徐睿

摘要： 從國(guó)家課程教學(xué)改革背景下化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試對(duì)智能賦分系統(tǒng)的迫切需求出發(fā)，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中對(duì)四家公司的智能賦分系統(tǒng)開展試驗(yàn)，通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集和分析，評(píng)估系統(tǒng)的賦分能力和存在的典型問題，并對(duì)系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)與應(yīng)用提出建議。

關(guān)鍵詞： 初中化學(xué)； 實(shí)驗(yàn)操作考試； 智能賦分

文章編號(hào)： 10056629（2024）03002207中圖分類號(hào)： G6338文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1背景

1.1改革的導(dǎo)向和成效

2019年11月，教育部發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見》，其中主要舉措的第6條“健全實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制”中明確指出“2023年前要將實(shí)驗(yàn)操作納入初中學(xué)業(yè)水平考試，考試成績(jī)納入高中階段學(xué)校招生錄取依據(jù)”［1］。截至2021年12月，全國(guó)共有19個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）統(tǒng)一加試實(shí)驗(yàn)操作考試，其中8個(gè)省采取省級(jí)統(tǒng)一命題、統(tǒng)一組織實(shí)施［2］。

2021年5月，根據(jù)《上海市進(jìn)一步推進(jìn)高中階段學(xué)?？荚囌猩贫雀母飳?shí)施意見》，上海實(shí)施了中考改革后的首次化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試，考試由上海市教育考試院統(tǒng)一命題并組織實(shí)施。化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試作為上海市初中學(xué)業(yè)水平考試綜合測(cè)試的一個(gè)組成部分，滿分5分，考試時(shí)長(zhǎng)15分鐘，為減少實(shí)驗(yàn)操作考試的偶然性，每位考生需要連續(xù)完成2次化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試，取2次考試中的高分記入中考總分［3］。

將實(shí)驗(yàn)操作考試納入中考計(jì)分的改革舉措，對(duì)一線的實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了很好的導(dǎo)向作用。教師在教學(xué)中普遍增加了學(xué)生動(dòng)手開展真實(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，關(guān)注學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性的落實(shí)，對(duì)提高學(xué)生開展科學(xué)探究活動(dòng)的效率、豐富學(xué)習(xí)經(jīng)歷、增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)、全面發(fā)展核心素養(yǎng)具有重要意義。在2021年秋季對(duì)上海某區(qū)的課程與教學(xué)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，某節(jié)高一、高二學(xué)生均可選修的化學(xué)拓展課中，新入學(xué)才兩個(gè)多月的高一新生（新中考政策的第一屆初中畢業(yè)生）在實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性和效率等方面明顯優(yōu)于已就讀一年多的高二學(xué)生，并由此影響到學(xué)習(xí)的積極性和方案設(shè)計(jì)、觀察記錄、數(shù)據(jù)處理、結(jié)論獲取等各個(gè)探究環(huán)節(jié)的質(zhì)量?？梢姼母锱e措產(chǎn)生了立竿見影的效果。

1.2實(shí)驗(yàn)操作考試面臨的挑戰(zhàn)

中考的實(shí)驗(yàn)操作考試是實(shí)作評(píng)價(jià)的一種形式，具有大規(guī)模、高利害的性質(zhì)，相比紙筆測(cè)試，必然在考試的組織和公平性等方面面臨巨大的挑戰(zhàn)。

2021年上海的實(shí)驗(yàn)操作考試采用現(xiàn)場(chǎng)一評(píng)和在集中評(píng)閱點(diǎn)的視頻二評(píng)相結(jié)合的方式開展，由于現(xiàn)場(chǎng)一評(píng)1人監(jiān)考4名考生，監(jiān)考教師具有一定的缺口，有的區(qū)需要組織高中化學(xué)教師參加為期2天的一評(píng)。二評(píng)幾乎需要投入所有的初中化學(xué)教師，周期也較長(zhǎng)，由于5月份正值學(xué)生復(fù)習(xí)迎考的關(guān)鍵階段，給學(xué)校和教師造成較大的壓力。人員多、周期長(zhǎng)也給各區(qū)的經(jīng)費(fèi)投入造成了一定的壓力。2023年，該考試取消現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分，全部改為視頻評(píng)分，盡管隨著評(píng)分方式和考務(wù)流程的優(yōu)化，組織工作壓力有所減小，但仍無法解決視頻閱卷中人員多、周期長(zhǎng)的問題。

撇開命題、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、考試組織管理等方面的因素，盡管事先對(duì)相關(guān)的評(píng)分人員都有專門的培訓(xùn)，但無論是現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分還是視頻評(píng)分，都存在評(píng)分員的個(gè)體差異性和主觀性造成的公平性問題。現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分中評(píng)分員有時(shí)很難同時(shí)觀察多個(gè)考生的關(guān)鍵動(dòng)作，甚至很難做到長(zhǎng)時(shí)間的高度關(guān)注；視頻評(píng)分中鏡頭視角的信息往往不夠全面，需要評(píng)分員進(jìn)行主觀推測(cè)。

開發(fā)和應(yīng)用智能賦分系統(tǒng)不僅是解決上述問題的一種重要思路，也可以促進(jìn)日常教學(xué)中對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的訓(xùn)練、矯正和過程性評(píng)價(jià)等。上海在新中考方案設(shè)計(jì)之初，就為實(shí)驗(yàn)操作考試的智能賦分預(yù)設(shè)了各種硬件條件。截至2021年5月，共建成理化實(shí)驗(yàn)操作考點(diǎn)391個(gè)，每個(gè)考點(diǎn)至少有一個(gè)化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化考場(chǎng)。標(biāo)準(zhǔn)化考場(chǎng)中的儀器配備實(shí)現(xiàn)了區(qū)內(nèi)統(tǒng)一，每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上都至少配有前視和俯視兩路高清攝像頭，可以記錄學(xué)生在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上規(guī)定范圍內(nèi)完成的所有操作。這些條件已經(jīng)在兩年的真實(shí)考試運(yùn)行中發(fā)揮了重要作用，也是智能賦分的基礎(chǔ)。

智能賦分系統(tǒng)的核心是智能算法，全國(guó)已有多家公司在實(shí)驗(yàn)操作考試智能賦分方面投入了研發(fā)力量，這些已有的方案能否滿足大規(guī)模高利害考試的要求，需要開展基于實(shí)證的教學(xué)研究。

2實(shí)驗(yàn)操作考試智能賦分的試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)的對(duì)象

K、 L、 M、 N四家公司的實(shí)驗(yàn)操作考試智能賦分系統(tǒng)，每家公司的系統(tǒng)除了智能賦分的軟件和考試管理軟件，還包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)、攝像設(shè)備、相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、算法服務(wù)器等。其中L公司在一些玻璃實(shí)驗(yàn)儀器上做了一些標(biāo)記，在天平中植入了藍(lán)牙模塊用于傳輸天平讀數(shù)給系統(tǒng)；M公司采用了三攝像頭的方案，第三個(gè)攝像頭位于實(shí)驗(yàn)臺(tái)的側(cè)面。

2.2使用的試題

試驗(yàn)采用歷年上海化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能考試的2組試題，其考查內(nèi)容和評(píng)分點(diǎn)見表1。2組試題涉及的實(shí)驗(yàn)操作具有一定的代表性和覆蓋面，可以較好地檢驗(yàn)智能賦分系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)操作考試中的可靠性。

2.3試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

試驗(yàn)由12位青年教師模擬考生參加測(cè)試，每位教師先后完成A、B兩組試題，由智能賦分系統(tǒng)進(jìn)行打分。表1試題考查內(nèi)容和評(píng)分點(diǎn)〖XB，HT8.H，J*2;Y2<續(xù)表>〗組別考查內(nèi)容評(píng)分點(diǎn)編號(hào)A氣密性檢查氣密性檢查操作正確A1氣密性檢查中現(xiàn)象與結(jié)論一致A2搭建制備二氧化碳的裝置儀器選擇正確A3集氣瓶口向上A4用電子天平稱取一塊大理石放上稱量紙，正確“歸零”A5質(zhì)量記錄準(zhǔn)確A6將大理石轉(zhuǎn)移至大試管底部固體由試管口緩緩滑到試管底部A7將稀鹽酸倒入大試管中傾倒方法正確A8鑒別氫氧化鈉溶液與氫氧化鈣溶液現(xiàn)象描述正確A9結(jié)論正確A10B量取20mL蒸餾水量筒讀數(shù)方法正確B1液體體積正確B2攪拌使粗鹽溶解玻璃棒攪拌動(dòng)作正確B3制作過濾器濾紙緊貼漏斗內(nèi)壁B4搭建過濾裝置漏斗下端尖嘴處緊靠燒杯內(nèi)壁B5過濾操作轉(zhuǎn)移液體時(shí)燒杯緊靠玻璃棒，玻璃棒末端輕抵三層濾紙?zhí)嶣6液面低于濾紙邊緣B7用滴管吸取濾液后滴加入試管中膠頭滴管使用正確B8鑒別硝酸鋇溶液與硝酸銀溶液現(xiàn)象描述正確B9結(jié)論正確B10測(cè)試前一天專門組織參加測(cè)試的教師開展研討，完成以下任務(wù)：

（1） 明確每個(gè)評(píng)分點(diǎn)得分的操作要領(lǐng)，例如B3的動(dòng)作要領(lǐng)包括：①玻璃棒不敲擊燒杯內(nèi)壁；②液體不濺出；③可溶性固體完全溶解。

（2） 通過討論盡可能羅列每個(gè)評(píng)分點(diǎn)可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤操作，例如B3可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤操作有：①使用玻璃棒以外的物件（如滴管、藥匙等）進(jìn)行攪拌；②玻璃棒敲擊燒杯內(nèi)壁；③攪拌時(shí)有液體濺出；④有攪拌動(dòng)作，但玻璃棒未伸入液面甚至未伸入燒杯；⑤玻璃棒伸入液面，但沒有攪拌；⑥用玻璃棒碾壓燒杯底部未溶解的固體；⑦有攪拌動(dòng)作，但是持續(xù)時(shí)間很短，可溶性固體未完全溶解……

（3） 明確每位教師在測(cè)試時(shí)的分工：在哪些評(píng)分點(diǎn)得分，哪些評(píng)分點(diǎn)故意做錯(cuò)失分，以何種錯(cuò)誤動(dòng)作失分。

最終，每位教師在參加測(cè)試前都會(huì)拿到一份個(gè)性化的任務(wù)清單，明確每個(gè)評(píng)分點(diǎn)需要做出的動(dòng)作，例如6號(hào)教師的任務(wù)清單如表2REF_Ref155130302所示。

對(duì)各公司導(dǎo)出的原始評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到的總正確率、對(duì)正確操作判斷的正確率、對(duì)錯(cuò)誤操作判斷的正確率、逐個(gè)評(píng)分點(diǎn)正確率情況如圖1、圖2所示。

圖1總正確率、對(duì)正確操作判斷的正確率、對(duì)錯(cuò)誤操作判斷的正確率

圖2各評(píng)分點(diǎn)正確率

（1） 從圖1可知，幾家公司的智能賦分系統(tǒng)評(píng)分的總正確率普遍不高，其中M公司由于數(shù)據(jù)導(dǎo)出時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)亂，無法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)解決問題，故正確率接近猜測(cè)概率50％，即接近理論上系統(tǒng)最差的表現(xiàn)，因?yàn)檎_率達(dá)到0與達(dá)到100％具有同樣的難度。鑒于M公司的數(shù)據(jù)已不具有分析價(jià)值，在后續(xù)分析中將其剔除，其三攝像頭的方案是否更加有效也無從分析。

（2） 從圖1還可以發(fā)現(xiàn)，各系統(tǒng)對(duì)正確操作和錯(cuò)誤操作的判斷能力各不相同，K判斷正確操作的正確率遠(yuǎn)高于判斷錯(cuò)誤操作，N正好相反，而L兩者比較接近。自動(dòng)賦分的要求是兩者相當(dāng)且都比較高，顯然三個(gè)系統(tǒng)都沒有達(dá)到這樣的要求。K可能是對(duì)正確的標(biāo)準(zhǔn)定得比較低；也可能是研究正確的操作比較多，而忽視了研究各種可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤操作。而事實(shí)上，考生在實(shí)驗(yàn)操作過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤情況是遠(yuǎn)多于正確操作的，賦分系統(tǒng)如何進(jìn)行判斷需要投入更多的研究。N可能對(duì)正確的標(biāo)準(zhǔn)定得過于嚴(yán)苛，造成很多正確操作被判為錯(cuò)誤。當(dāng)然，以這樣的標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)判錯(cuò)誤的操作正確率就高了。

（3） 從圖2REF_Ref155209370可以發(fā)現(xiàn)，同一系統(tǒng)在不同評(píng)分點(diǎn)、不同系統(tǒng)在同一評(píng)分點(diǎn)的正確率都存在較大差異，各系統(tǒng)未體現(xiàn)出應(yīng)有的可靠性和穩(wěn)定性。在有些評(píng)分點(diǎn)上，部分系統(tǒng)的準(zhǔn)確率已經(jīng)可以達(dá)到90％以上甚至100％。例如：A4、 A5、 A7、 A9、 A10、 B10。其中A4、 A5、 A9都是對(duì)狀態(tài)而不是過程的判斷，相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。A7的操作盡管是一個(gè)過程，但是其中的狀態(tài)和過程相對(duì)比較容易量化評(píng)判，所以有的系統(tǒng)能達(dá)到較高的正確率。A10、 B10在提供考生實(shí)驗(yàn)用品時(shí)就有固定答案，因此輸入系統(tǒng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)非常明確。但各系統(tǒng)獲取考生答題信息的方式不同，有的是通過讓考生在屏幕上直接選擇或輸入，有的是通過攝像頭拍攝考生答卷中的手寫內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別，顯然前者在評(píng)分時(shí)的難度較小，正確率較高的正是前者。另外考生的書寫也會(huì)出現(xiàn)各種可能，如“氫氧化鈉”“氫氧化鈉溶液”“NaOH”“NaOH溶液”等，再加上手寫筆跡的識(shí)別、答卷放置的位置和角度等因素，需要系統(tǒng)具有一定的“應(yīng)變能力”，這也是有些系統(tǒng)在這兩個(gè)評(píng)分點(diǎn)正確率不高的原因。

（4） 從圖2中部分正確率較低的評(píng)分點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合測(cè)試前對(duì)這些評(píng)分點(diǎn)的一些操作預(yù)設(shè)，發(fā)現(xiàn)K、 L、 N三個(gè)系統(tǒng)都將錯(cuò)誤操作判斷為正確的有：①用手捂試管進(jìn)行氣密性檢查，但是持續(xù)時(shí)間很短，只有1秒，然后下結(jié)論（A1、 A2）；②用燒杯作為收集二氧化碳的容器（A3）；③電子天平讀數(shù)比示數(shù)略大（A6）；④用量筒量取液體時(shí)刻度未朝向自己（B1）；⑤有攪拌動(dòng)作，但玻璃棒未伸入燒杯（B3）；⑥攪拌時(shí)玻璃棒敲擊燒杯內(nèi)壁（B3）；⑦濾紙緊貼漏斗壁，但側(cè)面或底部已有破損（B4）；⑧實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中沒有沉淀，但是試卷上回答“有沉淀”（B9）。三個(gè)系統(tǒng)都將正確操作判斷為錯(cuò)誤的有：①將大理石轉(zhuǎn)移到大試管底部（A7）；②過濾器的制作（B4）；③使用滴管滴加液體入試管中（B8）。這些問題的產(chǎn)生，主要有以下方面的原因：①系統(tǒng)對(duì)正確操作的“理解“不夠全面細(xì)致，判斷時(shí)利用的信息不夠全面，斷章取義抓局部來進(jìn)行評(píng)判；②對(duì)持續(xù)的過程進(jìn)行評(píng)判的能力不足；③在多個(gè)評(píng)分點(diǎn)之間存在關(guān)聯(lián)時(shí)，評(píng)判邏輯存在問題；④對(duì)實(shí)驗(yàn)中的某些信息捕捉不夠全面、精準(zhǔn)，影響后面的評(píng)判；⑤對(duì)某些評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的閾值設(shè)定與人工判定存在差距。

（5） 從圖2中L系統(tǒng)的表現(xiàn)來看，由于其在一些儀器上使用了一些輔助手段，使容器口等部位更加容易判斷，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更容易傳輸，使得A4、 A6、 A7、 B2、 B8等相關(guān)評(píng)分點(diǎn)正確率高于平均值。但提升并不顯著，遠(yuǎn)未達(dá)到優(yōu)秀水平。測(cè)試過程中也發(fā)現(xiàn)，由于在天平增加藍(lán)牙模塊后降低了天平的靈敏度，嚴(yán)重影響了正確的稱量操作和讀數(shù)。

3試驗(yàn)中反映出的問題

從測(cè)試的情況來看，各家公司都能通過智能賦分系統(tǒng)多角度地捕捉考生的行為，并能通過一定的算法校正圖像畸變后對(duì)考生的行為進(jìn)行進(jìn)一步的判斷，判斷一般都是通過物體識(shí)別、空間定位、關(guān)鍵幀捕捉等方式實(shí)現(xiàn)。但在真實(shí)環(huán)境中的測(cè)試結(jié)果并不理想，還遠(yuǎn)未達(dá)到大規(guī)模、高利害考試自動(dòng)賦分的要求。通過試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析和日常的調(diào)研訪談，可以提煉出以下一些需要解決的問題或困難。

3.1系統(tǒng)獲取信息的完整性

各系統(tǒng)獲取考生實(shí)驗(yàn)操作信息的方式比較單一，即依靠固定式雙路攝像頭的純視覺方案來獲取信息。

即使考生嚴(yán)格按照要求，所有操作都在實(shí)驗(yàn)臺(tái)劃定的框線范圍內(nèi)進(jìn)行，也可能無意中發(fā)生以下情況：手部或頭部在活動(dòng)過程中遮擋部分或全部攝像頭，就算只是瞬間，也可能丟失關(guān)鍵信息；實(shí)驗(yàn)過程中可能有液體濺到攝像頭上或者產(chǎn)生霧氣影響視頻質(zhì)量；儀器之間互相有遮擋，甚至個(gè)別儀器直接放在完全遮擋鏡頭的位置……

另外，考生在實(shí)驗(yàn)過程中肯定優(yōu)先滿足自己的實(shí)驗(yàn)和觀察需要，而攝像頭卻是從正對(duì)考生的視角進(jìn)行信息采集，從而導(dǎo)致丟失關(guān)鍵信息。例如：考生在使用量筒時(shí)會(huì)優(yōu)先將有刻度的一側(cè)對(duì)準(zhǔn)自己，而攝像頭就只能拍到量筒沒有刻度的一側(cè)。

3.2系統(tǒng)所獲信息的準(zhǔn)確識(shí)別

通過記錄的視頻進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別對(duì)系統(tǒng)也極具挑戰(zhàn)性。化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的很多儀器、試劑都是無色透明的，有時(shí)還存在反光的問題，這些因素會(huì)對(duì)其識(shí)別增加很大的難度，更何況還有光強(qiáng)、顏色、照射角度等環(huán)境因素的變化。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有些時(shí)候會(huì)涉及微小量或微小變化的判斷，例如：一滴水是否滴到試管以外，漏斗下端是否緊靠燒杯內(nèi)壁，固體是否完全溶解，顏色是否全部變白……這些都對(duì)系統(tǒng)提出了很高的要求。

此外，如何識(shí)別考生視角的信息也有難度。例如：如何從視頻中判斷考生視角下的量筒讀數(shù)，如何準(zhǔn)確識(shí)別考生在屏幕上或者答卷上書寫的文字、符號(hào)、圖示等。

3.3評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)把握

系統(tǒng)不會(huì)天生就有評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)，一定需要人為提供基本的原則或者典型的案例來生成。但是，人不可能給系統(tǒng)窮舉出所有可能的情況，甚至無法提供一個(gè)明確的劃分標(biāo)準(zhǔn)。例如：在固固加熱制氧氣的裝置中，要求試管口略向下傾斜。從系統(tǒng)開發(fā)者的角度，當(dāng)然是希望能從化學(xué)教師這里問出這個(gè)試管傾斜的角度在幾度到幾度的范圍內(nèi)，但我們能說得出來嗎？即使說得出來，考生如果超出0.5°就要扣分嗎？我們只知道這個(gè)傾斜的程度要讓固體不會(huì)滑向試管口而水卻能流向試管口，系統(tǒng)開發(fā)者的任務(wù)就是要將這樣的要求轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的評(píng)判能力。

3.4系統(tǒng)的普適性

好的系統(tǒng)應(yīng)該能夠在面對(duì)不同的場(chǎng)景、不同的考生、不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、不同的儀器設(shè)備、不同的操作方法等時(shí)都有很好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。例如，同一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)操作會(huì)在不同的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行考查；有的實(shí)驗(yàn)會(huì)有多種合理的操作順序；有的考生會(huì)在實(shí)驗(yàn)失敗后在考試允許的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行重做等。這就需要系統(tǒng)有能力從一個(gè)過程的角度對(duì)實(shí)驗(yàn)行為的規(guī)范性、合理性等方面進(jìn)行全面判斷，而不是僅從一個(gè)時(shí)間點(diǎn)或一個(gè)關(guān)鍵幀。

4對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試智能賦分系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的建議

4.1基于課標(biāo)要求和考試測(cè)量規(guī)范

智能賦分系統(tǒng)的開發(fā)是為教學(xué)和評(píng)價(jià)服務(wù)的，應(yīng)嚴(yán)格遵守化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的內(nèi)容與要求，不能為了系統(tǒng)開發(fā)的方便而隨意改變教學(xué)內(nèi)容、操作方法、實(shí)驗(yàn)儀器等。

如果為了智能賦分的方便，而專門制造一些看上去非常特殊的儀器，往往會(huì)對(duì)教學(xué)和評(píng)價(jià)產(chǎn)生很多負(fù)面影響。例如，有的公司在量筒的底部裝了一個(gè)綠色LED燈珠，讀數(shù)的時(shí)候打開燈光，凹液面一目了然，人和系統(tǒng)辨識(shí)起來都非常容易。但是，這樣的量筒可能會(huì)對(duì)液體顏色的觀察造成干擾，依賴特殊燈光的讀數(shù)方法對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)也未必是好事，另外這樣的厚底量筒也顯得很笨重，操作起來并不方便。有的公司在有些玻璃儀器的特殊位置畫上粗線條，如試管口、距試管底部三分之一處等。這樣的儀器有可能會(huì)影響學(xué)生對(duì)凹液面的觀察，在考試中也會(huì)對(duì)考生產(chǎn)生提示作用（有時(shí)可能是誤導(dǎo)）。

在考試過程中，系統(tǒng)不應(yīng)對(duì)考生提出額外的要求。例如，有的系統(tǒng)為了方便將考生的行為與評(píng)分點(diǎn)對(duì)應(yīng)，要求考生在每個(gè)小題的操作完成后都要通過點(diǎn)擊才能進(jìn)入下一環(huán)節(jié)的操作。這樣的額外要求不利于原本連貫的實(shí)驗(yàn)操作順利進(jìn)行，也必然會(huì)影響考試評(píng)價(jià)的效度，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)操作技能之外還附加了“考試技能”的要求。

4.2利用多元的信息采集設(shè)備

系統(tǒng)在視頻采集方面，除了原有的固定式攝像頭，還可以增加考生視角的攝像頭，將很大程度解決遮擋和視角差異造成的一系列問題，智能眼鏡、頭戴式攝像頭等都是可以考慮的方案。

目前在智能駕駛方面，除了極個(gè)別品牌還堅(jiān)持用“純視覺”方案外，很多廠商都采用了包括攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等傳感器在內(nèi)的多傳感器融合方案。這也可以為智能賦分系統(tǒng)的建設(shè)打開思路。例如，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)面和試劑瓶底部埋設(shè)霍爾傳感器，就可以很方便地感知試劑瓶被動(dòng)用的時(shí)間、順序等；如果再加上質(zhì)量傳感器，就還可以知道試劑的用量；其實(shí)前面提到的天平增加藍(lán)牙模塊也是很好的思路，前提是不能影響天平原有的性能。

多元信息采集設(shè)備使用時(shí)，不能改變?cè)械慕虒W(xué)要求和操作方式等，要“無感”地發(fā)揮作用。另外，在系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，要關(guān)注不同采集設(shè)備獲取到的信息之間的相互印證。例如，前面提到的攪拌過程中玻璃棒是否敲擊燒杯壁不容易判斷的問題，就可以結(jié)合視頻和音頻進(jìn)行綜合判斷。當(dāng)然，成本也是需要考慮的重要因素，但是在探索階段不妨可以大膽一些，畢竟有些硬件在技術(shù)成熟和大規(guī)模使用后成本會(huì)大幅降低。

4.3加強(qiáng)系統(tǒng)的智能算法研究

算法是智能賦分系統(tǒng)的核心和靈魂，僅靠窮舉和簡(jiǎn)單的條件判斷還算不上真正的智能。智能的系統(tǒng)應(yīng)該具有不斷學(xué)習(xí)和優(yōu)化的能力，需要用人工標(biāo)注的數(shù)據(jù)集來對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練。訓(xùn)練素材一定要保證高質(zhì)量，需要組織優(yōu)秀教師團(tuán)隊(duì)，通過研討、培訓(xùn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，然后才能生成可靠、優(yōu)質(zhì)的訓(xùn)練素材，促進(jìn)系統(tǒng)的不斷迭代優(yōu)化。歷年的實(shí)驗(yàn)操作考試中積累的視頻素材和賦分未必符合系統(tǒng)初期訓(xùn)練素材的質(zhì)量要求。

4.4形成應(yīng)用和完善的良性循環(huán)

優(yōu)秀的智能賦分系統(tǒng)不可能一蹴而就，需要在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、不斷完善。我們可以讓其先在簡(jiǎn)單的場(chǎng)景中使用起來，一是可以積累更多的系統(tǒng)訓(xùn)練素材，二是可以減輕部分工作壓力。例如，可以讓系統(tǒng)先在一些客觀性強(qiáng)、變數(shù)少的評(píng)分點(diǎn)取代人工進(jìn)行評(píng)判；或者在教師對(duì)視頻進(jìn)行評(píng)分時(shí)，通過系統(tǒng)的算法對(duì)需要教師重點(diǎn)觀看的時(shí)間段進(jìn)行提示，從而提高教師閱卷的效率。

除了將智能賦分系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)操作考試外，還可以探索在日常教學(xué)中將其用于化學(xué)探究能力的訓(xùn)練、評(píng)價(jià)和反饋，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作、測(cè)量、觀察、數(shù)據(jù)和現(xiàn)象的呈現(xiàn)、分析、結(jié)論、評(píng)價(jià)等各個(gè)方面［4］。這樣的應(yīng)用不僅可以推動(dòng)系統(tǒng)充分發(fā)揮文本分析、圖形分析等方面AI技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，還可以進(jìn)一步提升系統(tǒng)的利用率并提高教學(xué)效率，同時(shí)也讓我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更貼近育人的本源。

4.5提高標(biāo)準(zhǔn)化考場(chǎng)的利用率

化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試的標(biāo)準(zhǔn)化考場(chǎng)不應(yīng)是每年只用一次或只用一季的教學(xué)場(chǎng)所，其價(jià)值更應(yīng)該體現(xiàn)在日常應(yīng)用中。從標(biāo)準(zhǔn)化考場(chǎng)的建設(shè)階段就要考慮其將來的利用率問題，提前從設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)考試和日常教學(xué)的兼顧。目前不少建成的標(biāo)準(zhǔn)化考場(chǎng)中顯示屏、攝像頭林立，且無法方便拆卸。在不使用視頻記錄功能時(shí)弊端盡顯，一是擋視線，不利于教學(xué)中交流活動(dòng)的開展；二是不方便，實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí)礙手礙腳，且容易損壞設(shè)備。于是平時(shí)教師不愿意用，校長(zhǎng)舍不得用，造成閑置浪費(fèi)。建議在標(biāo)準(zhǔn)化考場(chǎng)建設(shè)時(shí)，相關(guān)的裝備要考慮能夠方便拆卸，按需組裝，提升使用的靈活性。

L3級(jí)別的自動(dòng)駕駛已經(jīng)在國(guó)內(nèi)獲準(zhǔn)路試，期盼化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試的智能賦分系統(tǒng)也能早日投入實(shí)際應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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［2］王慧， 孫可， 楊覬風(fēng)， 陳謙， 何智. 全國(guó)各地中考實(shí)驗(yàn)操作考試實(shí)施現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告（一）［J］. 中國(guó)現(xiàn)代教育裝備， 2022， （6）： 4～10.

［3］盧致杰. 數(shù)字化考試背景下的上海初中理化實(shí)驗(yàn)操作考試實(shí)踐［J］. 招生考試研究， 2022， （2）： 23～41.

［4］梁正譽(yù)， 鄧峰， 石子欣， 楊維震. 新加坡GCE OLevel化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考查評(píng)介與啟示［J］. 化學(xué)教學(xué)， 2023， （10）： 85～91.聚焦課堂案例研究聚焦課堂案例研究“模型認(rèn)知”素養(yǎng)：內(nèi)涵與教學(xué)進(jìn)路*全國(guó)教育科學(xué)規(guī)劃教育部重點(diǎn)課題“指向核心素養(yǎng)的中學(xué)化學(xué)深度學(xué)習(xí)教學(xué)評(píng)價(jià)研究”（課題編號(hào)：DHA210347）的研究成果?！浴半娊庠淼膽?yīng)用”為例