用PTA量表評(píng)價(jià)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的探討

田春鳳 秦晴晴

摘 要：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作為科學(xué)探究關(guān)鍵性的一步，關(guān)乎整個(gè)探究活動(dòng)的成敗。學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)既是提高學(xué)生科學(xué)探究能力的重要方面，又是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要內(nèi)容。本文通過確定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的構(gòu)成要素、明確評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、形成評(píng)價(jià)水平、分配權(quán)重、量化賦分等一系列環(huán)節(jié)，制定出物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的PTA量表，為評(píng)價(jià)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力提供客觀、可操作的評(píng)價(jià)工具。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力；PTA量表；評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）10-0064-3

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是指實(shí)驗(yàn)者根據(jù)研究問題或?qū)嶒?yàn)?zāi)康?，在?shí)驗(yàn)操作之前，運(yùn)用科學(xué)知識(shí)和原理對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的整體構(gòu)思和規(guī)劃，應(yīng)包括對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)步驟、結(jié)果處理等全部內(nèi)容的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)探究是科學(xué)探究的主要形式之一，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)則是探究中承前啟后的關(guān)鍵一步，關(guān)乎整個(gè)探究活動(dòng)的成敗。猜想與假設(shè)必須通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)；論證與結(jié)論必須借助實(shí)驗(yàn)來提供證據(jù)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)既關(guān)乎科學(xué)探究能力的提高，又是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要內(nèi)容。

PTA（即基本要素分析）是一種對(duì)學(xué)生作業(yè)的評(píng)分工具，是對(duì)科學(xué)探究能力評(píng)價(jià)的主要工具之一。本文通過確定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力構(gòu)成要素、明確評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、形成評(píng)價(jià)水平、分配權(quán)重、量化賦分等一系列環(huán)節(jié)，制定物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的PTA量表，為評(píng)價(jià)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力提供客觀、可操作的評(píng)價(jià)工具。

1 確定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的構(gòu)成要素

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是指實(shí)驗(yàn)者根據(jù)研究問題或?qū)嶒?yàn)?zāi)康?，運(yùn)用科學(xué)知識(shí)和原理對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整體構(gòu)思和規(guī)劃的能力，即能根據(jù)要求自主設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案的能力。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的構(gòu)成要素，因?qū)W科特點(diǎn)或研究側(cè)重點(diǎn)的不同而有所差異。例如，劉東方、王磊認(rèn)為制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力包括確定定性和定量的方法，鑒別各種變量，設(shè)計(jì)有邏輯順序的實(shí)驗(yàn)步驟和探究的方法，選取合適的實(shí)驗(yàn)材料和工具收集證據(jù)，采用各種表格、圖片及其他思維輔助工具來顯示數(shù)據(jù)等五個(gè)構(gòu)成要素[2]。曹永青認(rèn)為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力包括以下幾個(gè)方面：（1）方案是否能檢驗(yàn)假設(shè)；（2）是否合理運(yùn)用科學(xué)方法；（3）設(shè)計(jì)的表述是否清楚[3]。郭金花、吳星、湯亞蘭等將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力分為實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和方案反思三個(gè)一級(jí)指標(biāo)[4]。李瓊從明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、可靠的理論依?jù)、正確的儀器藥品選擇、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論等幾個(gè)方面界定了生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力[5]。2003年由教育部頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》[6]將科學(xué)探究納入其內(nèi)容體系，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力提出以下三點(diǎn)要求：（1）知道實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵延袟l件，制定實(shí)驗(yàn)方案；（2）嘗試選擇實(shí)驗(yàn)方法及所需要的裝置與器材；（3）知道實(shí)驗(yàn)的變量及其控制方法。

綜上所述，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容來看，一般包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材及裝置、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理等內(nèi)容，將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的構(gòu)成要素確定為：①科學(xué)性；②可行性；③實(shí)驗(yàn)方案表述的質(zhì)量。

2 明確評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 科學(xué)性

科學(xué)性是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量的根本保證，主要從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、儀器設(shè)計(jì)、結(jié)果處理等角度考查。即所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案必須符合物理學(xué)的基本原理，運(yùn)用科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)方法達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，儀器的設(shè)計(jì)不違背科學(xué)原理，應(yīng)運(yùn)用科學(xué)的方法分析和處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，保證所得結(jié)果與結(jié)論客觀、真實(shí)、有效。因此，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)科學(xué)性的一級(jí)指標(biāo)包括：實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性、方法選擇的科學(xué)性、儀器設(shè)計(jì)的科學(xué)性和結(jié)果處理的科學(xué)性四個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

2.2 可行性

可行性是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的核心要素，主要從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)的操作及規(guī)程等角度考慮。從實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕嵌龋饕疾閷W(xué)生所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案是否能很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，能否檢驗(yàn)猜想與假設(shè)；從實(shí)驗(yàn)儀器的角度，主要考查需要的材料及器材是否經(jīng)濟(jì)易得，其組裝和調(diào)試是否簡便可行；從實(shí)驗(yàn)的操作及規(guī)程角度，主要看所設(shè)計(jì)的方案是否具有可操作性，流程設(shè)計(jì)是否合理，便于實(shí)施。因此，將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的可行性這個(gè)一級(jí)指標(biāo)分為實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡目尚行?、?shí)驗(yàn)儀器的可行性和實(shí)驗(yàn)操作的可行性三個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

2.3 實(shí)驗(yàn)方案表述的質(zhì)量

即便學(xué)生能設(shè)計(jì)出符合科學(xué)性和可行性的實(shí)驗(yàn)方案，但如果表述不夠清晰，也會(huì)使得他人無法讀懂或理解其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，因此，實(shí)驗(yàn)方案表述的質(zhì)量也是構(gòu)成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的重要因素之一，在一定程度上反映實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的高低。首先要注意表述的明確性，即用準(zhǔn)確的語言、清晰的思路表述自己的實(shí)驗(yàn)方案，以便讀者能準(zhǔn)確理解；其次，也要注意語言的簡潔性，不能啰嗦，避免不必要的因素影響讀者理解。因此，對(duì)于實(shí)驗(yàn)方案表述的質(zhì)量這個(gè)一級(jí)指標(biāo)，可將其分成表述的明確性和語言的簡潔性兩個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

3 細(xì)化二級(jí)指標(biāo)，形成評(píng)價(jià)水平

為了使量表更具有可操作性，編制的過程要充分考慮每個(gè)二級(jí)指標(biāo)的特征和學(xué)生的實(shí)際，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的二級(jí)指標(biāo)編制若干評(píng)價(jià)水平來描述每個(gè)指標(biāo)的具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。例如，對(duì)于“實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡目尚行浴?，可將其劃分?個(gè)評(píng)價(jià)水平，分別是方案能很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、方案能基本?shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头桨覆荒軐?shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

4 量化賦分，形成量表

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)其重要性賦予權(quán)重。如前述，“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性”是根本，是反映學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力高低的重要依據(jù)，因此賦予其0.4的權(quán)重；“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的可行性”是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的核心要素，如果一個(gè)方案不具備可行性，即便再科學(xué)也是沒有用處的，可以說方案的可行性在整個(gè)評(píng)價(jià)體系中起著關(guān)鍵性的作用，因此給予該指標(biāo)0.45的權(quán)重；“實(shí)驗(yàn)方案表述的質(zhì)量”雖然也在一定程度上反映實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，但其重要性在這三個(gè)指標(biāo)中是最低的，給予0.15的權(quán)重。

至此，物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的PTA量表初步形成（如表1所示）。在山東省某高中試用了該量表調(diào)查高一學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，結(jié)果表明該量表具有較強(qiáng)的可操作性和較高的信度。中學(xué)教師在運(yùn)用該量表時(shí)也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行簡單的修改與完善。

5 結(jié) 語

PTA量表是評(píng)價(jià)學(xué)生科學(xué)探究能力的有效方式之一，其評(píng)價(jià)指標(biāo)清晰明確、可操作性強(qiáng)。運(yùn)用PTA量表可以定量地進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的評(píng)價(jià)，在一定程度上反映出學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的水平，為一線教師轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，以更有效的教學(xué)手段來培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力提供客觀的依據(jù)，從而促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力及多方面能力的提升。

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