李瑞鵬

(石嘴山市第三中學 寧夏 石嘴山 753000)

1 研究背景

2017版《普通高中物理課程標準》(以下簡稱《高中標準》)提出“科學探究素養(yǎng)”[1]， 是學生通過物理學的學習應(yīng)具備的能力之一．物理定律是基于觀察與實驗，經(jīng)過分析推理、歸納總結(jié)得到的結(jié)論，在高中物理知識中占有很大的比重，是教學中實施科學探究的載體．學習進階理論致力于促進科學概念和科學實踐能力在教學中的連續(xù)性，最早在科學教育領(lǐng)域被提出，已經(jīng)推廣應(yīng)用于多個科目的課程開發(fā)、教學設(shè)計、評價測評等范疇．構(gòu)建科學探究的能力進階對物理學科的教學實施與評價有非常重要的作用[2]．

1.1 科學探究的內(nèi)涵與要素

2011版《義務(wù)教育物理課程標準》(以下稱《初中標準》)中科學探究被界定為兩層含義，既是學生的學習目標，又是重要的教學方式[3]． 據(jù)此，科學探究可解讀為：既指科學研究(學習目標)也指科學探究技能(教學方式)．科學研究是探索、認識和解釋未知現(xiàn)象，生成科學知識的過程，科學探究技能是學生獲取科學知識，領(lǐng)悟科學思想、方法時所用的學習方式[4]．科學研究為科學探究技能教學提供模型，科學探究技能教學是對科學研究的模仿[5]．核心素養(yǎng)注目于面向未來的個人發(fā)展與社會需求的能力培養(yǎng)，高中階段的科學探究是在義務(wù)教育的基礎(chǔ)上，引導學生領(lǐng)略科學研究的實施過程，掌握科學探究技能，增強利于學生終身發(fā)展的能力．所以科學探究可理解為學生通過對科學家研究物理現(xiàn)象時運用和經(jīng)歷的一系列科學方法與活動的學習與模仿后獲得的實踐能力．

《初中標準》將科學探究歸納為7個方面的要素，《高中標準》將之整合、凝練為4個要素：問題、證據(jù)、解釋、交流，更加明確了學生對科學探究素養(yǎng)要達成的關(guān)鍵能力．

1.2 學習進階理論簡介

學習進階(learning progressing,簡稱LPs),是近幾年加拿大、美國等國家新一輪科學教育課程改革中的新興理念．美國教育委員會(ACE)認為：學習進階描述的是學生對某個主題連續(xù)的、更加熟練的思考方式，這些思考方式能隨著學生對這個主題的學習和探究依次連續(xù)發(fā)展．”[6]文獻[7]將學習進階解釋為：是對學生在各學段學習同一主題的概念時所遵循的連貫的、典型的學習路徑的描述．結(jié)合已有研究，可以將“階”理解為學生在學習過程中的思維“踏腳點”，以此為“支撐”達到學習目標．

學習進階主要包含5個方面的要素：進階終點、成就水平、預(yù)期表現(xiàn)、進階參量、評價工具．其中，進階終點，是指學生在完成某一主題概念的學習后所要達到的終極目標；成就水平表示學習進階路徑中起點與終點之間的中間層次；預(yù)期表現(xiàn)描述學生在達到某一層次后的能力體現(xiàn)；進階參量反映學生學習狀態(tài)的發(fā)展情況，一般用學科內(nèi)的核心概念或關(guān)鍵能力來表征；評價工具用來評判學生在學習進階路徑中所達到的層次水平．

學習進階理論能統(tǒng)籌兼顧科學探究思維特征與學生的認知特點，所以在物理定律教學中依據(jù)學習進階設(shè)計科學探究的進階模型，是落實科學探究素養(yǎng)行之有效的方法．

2 物理定律教學中科學探究的進階模型設(shè)計

學習進階理論的框架構(gòu)建一般經(jīng)歷3個過程，首先，根據(jù)課程標準、學科特征以及學生的認知特點對框架內(nèi)的進階參量、進階起點與終點、成就水平進行系統(tǒng)分析，明確這些要素的具體描述，初步建立框架．其次，結(jié)合各層次的成就水平設(shè)置學生的預(yù)期表現(xiàn)．最后，依據(jù)學生顯化的預(yù)期表現(xiàn)開發(fā)評價工具．下面，將從這3個方面分別闡述物理定律教學中科學探究的進階模型設(shè)計．

2.1 明確進階參量以及起點與終點 設(shè)定成就水平

物理定律的得出過程大致如圖1所示，這些科學研究過程中的重要環(huán)節(jié)被從中抽離出來當做科學探究技能，也能反映學生學習物理定律時學習狀態(tài)的發(fā)展情況，這其中問題、證據(jù)、解釋、交流作為科學探究素養(yǎng)要求的關(guān)鍵能力，可確定為進階模型的一級進階參量，其中，問題可以分為物理情境、發(fā)現(xiàn)問題、作出假設(shè)3個二級參量；證據(jù)可以分為探究方案、儀器選擇、獲得數(shù)據(jù)3個二級參量；解釋可以分為分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、科學解釋3個二級參量；交流可以分為交流討論、評價反思、撰寫報告3個二級參量．它們之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系如圖2所示．

圖1 物理定律得出的一般過程

圖2 進階參量之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系

高中教育是以義務(wù)教育為基礎(chǔ)，為學生進入大學做準備，所以建模時應(yīng)以學生在初中物理學習中已經(jīng)獲得的科學探究能力為起點，以高考要求的學生應(yīng)獲得的科學探究能力為終點．通過對初、高中課程標準的分析，分別錨定了進階模型的進階起點與終點．進階起點：學生具有科學探究的意識；進階終點：學生獲得科學探究的能力．

學生要獲得某種學科能力，認知活動上一般要經(jīng)歷3個過程：學習理解，應(yīng)用實踐，遷移創(chuàng)新[8]．因此將起點與終點之間的成就水平設(shè)定為3個層次：

水平1：表示學生經(jīng)過對已有的科學探究活動的模仿，學習和理解其中的科學探究技能，該層次可稱為模仿探究，主要表現(xiàn)為學生對已有科學探究活動的記憶、概括與整合等行為.

水平2：表示學生有意識地應(yīng)用已經(jīng)學到的科學探究技能嘗試設(shè)計探究方案、進行探究活動、解決物理問題，該層次可稱為嘗試探究，主要表現(xiàn)為學生運用探究技能嘗試分析、解釋與推論等行為.

水平3：表示學生能熟練地將已經(jīng)學到的科學探究技能遷移到不同的問題中進行科學探究，并能根據(jù)問題情境重新建構(gòu)探究活動，該層次可稱為遷移探究，主要表現(xiàn)為學生熟練運用技能進行聯(lián)想、遷移與創(chuàng)新等行為．

通過以上分析與論證，初步建構(gòu)了物理定律教學中科學探究的進階模型，如圖3所示.

2.2 預(yù)期表現(xiàn)的設(shè)置

結(jié)合各層次的成就水平和各級進階參量在物理定律教學中的預(yù)設(shè)表現(xiàn)，對各層次的預(yù)期表現(xiàn)進行了設(shè)置，具體內(nèi)容如表1所示．

2.3 開發(fā)評價工具

評價工具的開發(fā)既能評判學生在學習進階路徑中所達到的層次水平，同時也能為教學質(zhì)量起到“監(jiān)控”作用，還能為進階模型的修正提供反饋．常用的評價方式有試題評價、教學介入、訪談?wù){(diào)查等． 根據(jù)問題、證據(jù)、解釋、交流4個參量在教學中呈現(xiàn)的特點，針對于問題和交流的評價宜采用教學介入的評價方式，該種評價方式是教師在教學中根據(jù)預(yù)設(shè)表現(xiàn)設(shè)置一組層次水平不同的問題或活動，然后根據(jù)學生的表現(xiàn)快速地幫助教師把握學生所處的水平層次，為接下來的教學實施與學生科學探究能力的提升作出及時有效的調(diào)整(例如表2)．

表2 教學介入的評價方式

探究方案的制定與數(shù)據(jù)的分析是傳統(tǒng)實驗題考查的主要方向，所以針對證據(jù)與解釋的評價宜采用試題評價方式，以2016年高考全國卷Ⅰ理綜第22題為例進行分析．

某同學用圖4(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz，30 Hz和40 Hz，打出紙帶的一部分如圖4(b)所示．該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數(shù)據(jù)和其他條件進行推算．

圖4 題圖

(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖4(b)中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為______，打出C點時重物下落的速度大小為______，重物下落的加速度的大小為______．

(2)已測得s1=8.89 cm，s2=9.5 cm，s3=10.10 cm；當重力加速度大小為9.80 m/s2，實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%，由此推算出f為______Hz．

試題分析：利用紙帶計算瞬時速度是對

及

兩公式的記憶與整合，屬于水平1；加速度的計算是通過對已知信息的分析和公式

vC=vB+aT

的推導得到，屬于水平2；驗證機械能守恒實驗考慮重力是對原實驗的創(chuàng)新與遷移，因此，f的計算屬于水平3．

3 基于進階模型的教學設(shè)計與實施

(1)合理規(guī)劃教學階段，確定進階目標

科學探究能力的獲得不是一蹴而就的，需要經(jīng)歷一些中間狀態(tài).高中3年的教學中，每個年級科學探究能力的進階終點是不同的，根據(jù)對《高中標準》的分析，學生經(jīng)歷高一階段的學習，應(yīng)具備模仿探究水平；經(jīng)歷高二階段的學習，應(yīng)具備嘗試探究水平；經(jīng)歷高三階段的學習，應(yīng)具備遷移探究水平，從而獲得科學探究能力．所以在實際教學中，教師要根據(jù)標準的要求，合理制定教學目標，科學重構(gòu)教材內(nèi)容，使學生探究能力的培養(yǎng)融入到日常教學之中，既要將目標設(shè)置的有一定高度，又要切合學生的實際情況，通過階梯遞進式的小目標，架設(shè)從初級目標到高級目標的橋梁．

(2)關(guān)注個體差異，促進整體進階

學生探究能力的發(fā)展因個體而異，同一時期不同學生探究能力的發(fā)展存在差異性，另外同一學生各個探究要素的發(fā)展也可能不均衡，所以教師在教學的設(shè)計與實施中應(yīng)關(guān)注個體差異，促進整體進階．備課時根據(jù)每個層次的預(yù)設(shè)表現(xiàn)，在學生最近發(fā)展區(qū)設(shè)置有梯度的相互關(guān)聯(lián)的問題，為每個層次學生的進階創(chuàng)造條件，讓所有學生在思考中提升自己，達到進階的目的．

課堂教學中時刻關(guān)注學生的表現(xiàn)，及時調(diào)整問題層次，還要注意探究能力水平較高的學生的回答可能會“覆蓋”低層次的問題，因此導致沒有起到對能力水平較低的學生的引導，所以同一問題盡可能讓多個學生回答，還可以根據(jù)學生的回答從低層次引導到高層次或者從高層次引導到低層次．課后布置分層作業(yè)，按照整體分層→統(tǒng)計→個體分層的順序分兩次布置，進一步發(fā)展所有層次學生的科學探究能力 ．

(3)多種評價方式并重，落實探究素養(yǎng)

傳統(tǒng)評價中，針對學生科學探究能力的評價主要是以實驗題為主的診斷或總結(jié)性評價，這種紙筆測試的評價能為學生所處的成就水平提供一定程度的反饋，但無法反映學生的表達、交流和實驗操作能力，并且實驗題的考查更多側(cè)重于對學生探究方案的制定(實驗原理)和數(shù)據(jù)的分析(數(shù)據(jù)處理)兩方面能力的評價，弱化了對其他探究能力的發(fā)展與提升．要促進學生科學探究能力的全面進階，應(yīng)充分發(fā)揮教師和學生在評價中的作用，采用多種視角的評價．

課前運用診斷性評價評判學生所處的成就水平，以此為依據(jù)開展物理定律教學的設(shè)計與實施；課中基于各層次成就水平及預(yù)期表現(xiàn)采用現(xiàn)場觀察，借助教學介入的評價工具，對學生的問題、證據(jù)、解釋、交流4個方面的能力進行全面系統(tǒng)的形成性評價；課后再采用診斷或總結(jié)性評價對教學實施的效果提供反饋．具體實施中可以結(jié)合不同物理定律的特點靈活選擇評價方式，開發(fā)不同的評價工具，有的放矢，促使學生的科學探究能力向高層次進階．