選考生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)的現(xiàn)狀

竺麗英 王良民

摘要： 研究以高二化學(xué)選考生為例，借助微視頻技術(shù)，采用PTA量表法，從問題與假設(shè)、優(yōu)選與設(shè)計、操作與實踐、分析與推理、表達與交流等要素，探查學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)的現(xiàn)狀。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在該素養(yǎng)上的整體表現(xiàn)處于中等水平，假設(shè)表述不夠科學(xué)，用品選擇、方案設(shè)計的創(chuàng)新性有待提升，實驗操作不夠嚴(yán)謹(jǐn)，推理、結(jié)論能力還可加強，多種表達方式的整合設(shè)計不夠完美。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)選考生; 科學(xué)探究與創(chuàng)新意識; 微視頻; 表現(xiàn)性評價 ? ? 文章編號： 10056629（2019）6002206??????中圖分類號： G6338??????文獻標(biāo)識碼： B

1?研究背景與問題

科學(xué)探究是國際科學(xué)教育研究的熱點，也是我國高中化學(xué)新課程改革的基本理念之一，早在2003版的高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，就明確提出要通過以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，強化學(xué)生的科學(xué)探究意識，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力[1]，2017版課標(biāo)更是將“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”列為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的五大內(nèi)容之一。高考實行選考改革后，選考生作為一個特殊的群體，今后有更大的幾率從事化學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的工作或研究，其在“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)上的水平高低將直接影響化學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)和化學(xué)學(xué)科的可持續(xù)發(fā)展。

然而，由于課堂教學(xué)時間、實驗器材等諸多現(xiàn)實條件的限制，教師很少有機會能現(xiàn)場指導(dǎo)和評價學(xué)生的科學(xué)探究能力與創(chuàng)新意識。微視頻技術(shù)是信息技術(shù)輔助教學(xué)的一種新路徑，在教育領(lǐng)域中除了廣泛應(yīng)用于教師專業(yè)發(fā)展的技能培訓(xùn)和智慧教育的學(xué)習(xí)資源供給之外[2]，還被用于學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰Φ谋憩F(xiàn)性評價研究[3]，不僅能清晰記錄、展現(xiàn)整個實驗探究過程，還有助于訓(xùn)練其信息技術(shù)的媒體設(shè)計及應(yīng)用能力。為此，研究嘗試借助微視頻技術(shù)，探索評價新高考改革背景下化學(xué)選考生在“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)上的表現(xiàn)水平，為有效提升選考生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)、因材施教地開展選考、學(xué)考的分類教學(xué)提供數(shù)據(jù)支持。

2?研究設(shè)計

研究對象選擇

研究以浙江省某中學(xué)高二年級的化學(xué)選考生為對象，該校學(xué)生的學(xué)業(yè)水平整體處于全省中等偏上。目前該校實行選課走班制，學(xué)生在高一下學(xué)期期末就確定了高考自選科目，高二上學(xué)期開始進入學(xué)考、選考的分類走班教學(xué)。

評價量表設(shè)計

盡管大家在表述“科學(xué)探究”時概念內(nèi)涵稍有差異，但對其主要環(huán)節(jié)的界定基本一致，一般都包含提出問題、猜想假設(shè)、設(shè)計方案、實施方案、得出結(jié)論、解釋評價、交流討論等。如2017版課標(biāo)提及的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)目標(biāo)要求學(xué)生： 能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的化學(xué)問題，能依據(jù)探究目的設(shè)計并優(yōu)化實驗方案，完成實驗操作，能對觀察記錄的實驗信息進行加工并獲得結(jié)論;能和同學(xué)交流實驗探究的成果，提出進一步探究或改進的設(shè)想;能尊重事實和證據(jù)，破除迷信，反對偽科學(xué);養(yǎng)成獨立思考、敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的精神[4]。且在對這些環(huán)節(jié)的評價上，大多采用PTA量表法[5]。為此，研究也嘗試?yán)肞TA量表法，依據(jù)科學(xué)探究的開展過程，將“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)分為5個基本要素： 問題與假設(shè)、優(yōu)選與設(shè)計、操作與實踐、分析與推理、表達與交流，并根據(jù)不同的特征要求，把每個要素分為3個水平。

“問題與假設(shè)”要求學(xué)生能敏銳地發(fā)現(xiàn)有探究價值的化學(xué)問題，并根據(jù)已有的化學(xué)知識和生活經(jīng)驗，明確研究目的，提出猜想，做出假設(shè)和預(yù)測，水平劃分依據(jù)學(xué)生理解問題、表述假設(shè)的準(zhǔn)確程度?！皟?yōu)選與設(shè)計”要求能依據(jù)提出的假設(shè)，選擇最適宜的實驗藥品和器材，設(shè)計最佳路線或方案。將實驗選材的簡便性、方案設(shè)計的科學(xué)性及新穎性作為水平劃分的標(biāo)準(zhǔn)?！安僮髋c實踐”評價學(xué)生是否能根據(jù)實驗的要求，完整地開展實驗操作，得到明顯的實驗現(xiàn)象，確保實驗的成功率，水平劃分時依據(jù)實驗過程的完整性、操作的規(guī)范性、熟練性以及實驗的成功率等。“分析和推理”要求學(xué)生根據(jù)實踐操作得到的事實數(shù)據(jù)，進行篩選和處理，做出相應(yīng)的推論，解釋誤差及與預(yù)想結(jié)果不一致的現(xiàn)象，推理與結(jié)論的科學(xué)性是評判該要素的重要特征。“表達與交流”考查學(xué)生對實驗過程與結(jié)果的展示能力，基于微視頻技術(shù)的表現(xiàn)性評價主要利用實驗報告和微視頻兩種手段，通過口頭語言、書面文字、動手操作等多種形式，評價學(xué)生的實驗表現(xiàn)力，研究根據(jù)實驗報告和微視頻的完整性、清晰性、多種展示形式之間的配合性以及視頻所含的技術(shù)水平等對其進行等級劃分。

為確保觀察量表的有效性，研究邀請了3位資深的高中化學(xué)教師，對量表的基本要素及行為標(biāo)準(zhǔn)進行了細致的評判，修改了部分語言表述，使其更加清晰明確、簡潔精煉，最終形成了“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”PTA評分量表，見表1。

微視頻任務(wù)設(shè)計

酸堿指示劑是中學(xué)化學(xué)的重要內(nèi)容，學(xué)生在初中就已經(jīng)知道了室溫下溶液酸堿性的判斷，學(xué)會了使用石蕊、酚酞等常見的酸堿指示劑和pH試紙測定溶液的酸堿性。在此基礎(chǔ)上，蘇教版高中化學(xué)“化學(xué)反應(yīng)原理”模塊教材專題3第二單元設(shè)置了“溶液的酸堿性”，進一步探討了任何溫度下溶液的酸堿性判斷、pH的計算及測定等。

“自制酸堿指示劑”的表現(xiàn)性任務(wù)安排在9月中旬的一個周末，作為“溶液酸堿性”單元學(xué)習(xí)的“先行組織者”。具體要求是： 挑選一種植物，利用家里可以找到的材料，自己制作一種酸堿指示劑，并用其檢驗日常生活中常見物質(zhì)的酸堿性。學(xué)生需借助手機等電子產(chǎn)品記錄整個實驗過程，包括展示選用的植物原料、具體步驟以及最終顯色結(jié)果，同時，對微視頻實驗的時間和技術(shù)處理也有一定的要求，詳見表2。

微視頻觀察評定

研究共收到實驗微視頻108個，其中，有3個無法播放，視為無效，最終得到有效視頻105個，有效率為972%。研究者先仔細觀看每位學(xué)生的實驗視頻和實驗報告，根據(jù)制定的PTA量表，進行初步評分，并用代碼記錄結(jié)果，如分別用數(shù)字1、 2、 3代表三個水平，在“表達與交流”要素，還單獨設(shè)置了“美化技術(shù)”與“表達方式”兩個欄目，代碼分別為：“1=無美化、2=有美化”，“1=講解和文字兼有、2=講解、3=文字、4=兩者均無”，為后續(xù)實驗表現(xiàn)力的深入分析提供基礎(chǔ)，具體見表3。

例如，1號學(xué)生選用月季花作為指示劑來源，提出的假設(shè)為“月季花可以使不同的溶液變色”，基本理解了需要探究的問題，但表述不夠準(zhǔn)確，混淆了實驗現(xiàn)象與研究假設(shè)的概念，該要素記為“2”;通過拇指堵住飲料吸管的操作來量取液體，實驗用品簡便易得，而且靈活利用了虹吸原理，非常有創(chuàng)意，在“優(yōu)選與設(shè)計”上記為“3”;用傾析法分離指示劑汁液時采用直接傾倒的方式，沒有借助引流棒，以致部分沉淀混入傾析液中，操作不夠規(guī)范，但實驗現(xiàn)象依然明顯，因此，“操作與實踐”要素記為“2”;在“分析與推理”中，只演示了將月季花指示液滴加到白醋、洗潔精等溶液的操作，沒有進一步分析推理，缺少結(jié)論，評為“1”;從實驗表現(xiàn)力看，上交的實驗報告內(nèi)容基本完整，視頻展示清晰，而且由于指示劑浸泡的時間較長，他還進行了剪輯處理，但非常遺憾的是他在整個實驗過程中都沒有語言講解，只是在用品介紹等環(huán)節(jié)加了字幕說明，為此，在“表達與交流”維度只能評為“2”，“美化技術(shù)”評為“2”，“表達方式”評為“3”。

為確保視頻分析的信度，兩周之后，研究對所有實驗視頻進行再次評分，并利用斯皮爾曼等級相關(guān)系數(shù)計算兩次評分的一致性，得到系數(shù)在0831～0881， p=0000<0001，均有顯著相關(guān)，評分者信度較高，數(shù)據(jù)可見表4。

3?研究結(jié)果分析

數(shù)據(jù)處理主要利用Excel 2010和SPSS 240軟件，利用單樣本χ2檢驗，比較不同水平上的學(xué)生人數(shù)差異，并用百分條圖展示人數(shù)分布，具體可見表4和圖1。

“問題與假設(shè)”要素表現(xiàn)

具體來看，處于水平3的學(xué)生最多，有51人，占486%，有將近一半的學(xué)生能完全理解“自制酸堿指示劑”的探究任務(wù)，清晰、明確、科學(xué)地表達假設(shè)，如“我認(rèn)為紫甘藍可以用來制作酸堿指示劑”。水平2有46人，占438%，其表現(xiàn)大多和1號學(xué)生類似，能基本理解問題，但對假設(shè)的表述不夠準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)，無法正確區(qū)分“現(xiàn)象”和“假設(shè)”。處于水平1的學(xué)生最少，只有8人，他們不管是在實驗報告的“問題與假設(shè)”欄目，還是在微視頻中，都沒有提出任何假設(shè)。究其原因，有個別是因為作業(yè)態(tài)度不認(rèn)真，忽視了研究假設(shè)，還有個別是由于化學(xué)基礎(chǔ)水平較低，不知道如何進行假設(shè)。

“優(yōu)選與設(shè)計”要素表現(xiàn)

由圖1可知，水平1的學(xué)生最少，只有5人，存在明顯的科學(xué)性錯誤。水平2有73人，占695%，人數(shù)最多，大都能根據(jù)既定的假設(shè)，選擇生活中簡便易得的用品，如紫甘藍、莧菜、葡萄、火龍果皮、牽?；ǖ阮伾^深的蔬菜、水果和花朵，作為酸堿指示劑的原料，用一次性杯子、碗碟作為反應(yīng)容器，用筷子充當(dāng)攪拌棒等;設(shè)計的實驗方案也基本合理，一般都是先通過酒精浸泡、煮沸、榨取等方式提取指示劑，然后再用白醋、食鹽水、洗潔精、肥皂液等家里常見的液體檢驗指示劑的顏色變化，但設(shè)計的方案新穎性不足。處于水平3的學(xué)生有27人，接近25%左右，他們選擇的用品簡便易得，探究方案科學(xué)合理，可行性強，而且在選材或方案設(shè)計上表現(xiàn)了一定的創(chuàng)意，如用礦泉水瓶、胡蘿卜作為搗碎植物用的杵，將月餅盒子鏤空制成試管架，利用吸管的虹吸原理量取液體等。

“操作與實踐”要素表現(xiàn)

本探究需要學(xué)生完成兩個主要操作： 一是，提取植物的汁液;二是，通過在不同酸堿性溶液中的顏色變化，驗證這種植物的汁液是否能作為酸堿指示劑，同時，該過程也一并檢驗了生活中常見物質(zhì)的酸堿性。χ2（2， N=105）=41200， p=0000<0001，有極其顯著差異。

從圖1可知，學(xué)生在“操作與實踐”維度上的表現(xiàn)不是非常理想，處于水平3的只有30人，也即只有不到30%的學(xué)生能完整、規(guī)范、熟練地使用各種器材，成功完成實驗，并能靈活處理實驗操作中的偶發(fā)事件。水平2的學(xué)生居多，有64人，占610%，他們都能較完整地完成兩個任務(wù)，但是會缺少儀器、用品介紹等一些次要的步驟;實驗操作存在些許不規(guī)范的地方，如傾析法分離指示劑汁液時未考慮引流等。有11人處于水平1，實驗過程不完整，或是只有指示劑汁液提取的過程，忘記了指示劑的驗證，或是剛好相反，只有指示劑和白醋、洗潔精等檢測液的混合過程;實驗操作不夠規(guī)范，如有學(xué)生用筷子搗一次性紙杯中的蘋果，用力過猛導(dǎo)致紙杯被擊穿等。

“分析與推理”要素表現(xiàn)

就本探究任務(wù)而言，在“分析與推理”要素中需要學(xué)生結(jié)合自己制作的指示劑在不同酸堿溶液中的顏色變化，做出“選定的植物是否能作為酸堿指示劑”的論斷。研究得到χ2（2， N=105）=15829， p=0000<0001，差異極其顯著。

圖1顯示，處于水平2和水平3的人數(shù)相差不大，分別為47人和42人，占448%和400%。可見，在“分析與推理”方面，將近85%的學(xué)生能對實驗現(xiàn)象進行正確解釋，但其中卻只有一半能基于這些事實現(xiàn)象進行科學(xué)推理，得出準(zhǔn)確的結(jié)論。例如，有學(xué)生只記錄了白醋、洗潔精、食鹽水在提取的紫甘藍溶液中的顏色變化，卻沒有進一步呼應(yīng)假設(shè)，得出“紫甘藍可以作為酸堿指示劑”的結(jié)論;有些學(xué)生有推理和結(jié)論，但得出的結(jié)論卻不科學(xué)，如有人用茄子皮提取指示劑，實驗現(xiàn)象為“茄子皮提取液為棕黃色，加入小蘇打溶液中呈現(xiàn)淡黃色，加入白醋中呈橙黃色”，顏色變化并不明顯，茄子皮并不適合作為酸堿指示劑，但他卻接受了原來的假設(shè)。此外，還有16人處于水平1，沒有對實驗現(xiàn)象進行分析、推理和反思，缺少實驗探究結(jié)論。

“表達與交流”要素表現(xiàn)

與“操作與實踐”要素類似，只有30%左右的學(xué)生表現(xiàn)完美，不僅在實驗報告上內(nèi)容完整、字跡清晰，實驗視頻清晰流暢，講解演示配合密切，而且對視頻還有技術(shù)處理。一半左右的學(xué)生處于中等水平，雖然實驗報告基本完整，實驗視頻清晰，但整體設(shè)計不夠完美，要么缺少語言講解，只有文字，要么缺少剪輯、美化等技術(shù)處理。而剩余20%左右的學(xué)生均處于水平1，或是缺少實驗報告，或是視頻展示不夠清晰，缺少講解和文字說明，或不夠連貫，視頻斷片卡殼嚴(yán)重。

具體來看，在105個微視頻中，有視頻剪輯、美化等后期處理的學(xué)生有46位，見圖2。如有學(xué)生為視頻添加了優(yōu)美的背景音樂，有學(xué)生對關(guān)鍵操作和實驗現(xiàn)象進行了字幕說明，還有學(xué)生對時間較長的指示劑浸泡過程進行了剪輯處理，具有一定的信息技術(shù)處理能力。而在語言、文字等表達形式的綜合應(yīng)用上，既有語言講解，又有文字說明的有12人;配合語言講解的有63人，人數(shù)最多;只有文字輔助說明的有13人;而兩者皆無的有17人，見圖3。可見，邊講邊實驗是學(xué)生在微視頻探究中的主要表現(xiàn)形式。

4?研究結(jié)論與展望

研究基于微視頻技術(shù)，利用PTA量表法，以“自制酸堿指示劑”實驗為載體，探查了高二化學(xué)選考生在“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)上的表現(xiàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)： 學(xué)生的素養(yǎng)整體處于中等水平，不夠嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)和完善。從人數(shù)分布看，除了“問題與假設(shè)”要素外，其余4個要素都是水平2上的比例最高。從具體表現(xiàn)看，學(xué)生能理解科學(xué)探究的任務(wù)，但對假設(shè)的表述還不夠科學(xué)，教師需要引導(dǎo)學(xué)生進一步理清研究假設(shè)、實驗現(xiàn)象、研究結(jié)論等概念之間關(guān)系;能合理選擇實驗用品、設(shè)計實驗方案，但創(chuàng)新意識還有待提升;能基本完成實驗的主要操作，但難免會存在遺漏次要步驟或操作不規(guī)范等缺陷，不夠細致嚴(yán)謹(jǐn);能對實驗現(xiàn)象和過程進行分析、解釋和反思，但卻無法據(jù)此進行科學(xué)推理得出相應(yīng)的結(jié)論，甚至忘記得出結(jié)論這一步驟，科學(xué)探究不僅包括客觀物質(zhì)性的“動手”操作，還包括蘊含大量創(chuàng)造性思維和科學(xué)理性的“動腦”思考與“動嘴（筆）”論證[6]，可見，選考生的推理能力有待提高;在實驗表達方面，能基本完成書面實驗報告，清晰地展示實踐操作過程，邊講邊實驗者較多，技術(shù)美化的也不少，但語言講解、動手操作和技術(shù)處理等多種表達形式共同整合的卻不多，微視頻的整體設(shè)計還不夠完美。

研究只利用微視頻技術(shù)的表現(xiàn)性評價探查了選考生在“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)上的現(xiàn)狀，在后續(xù)研究中，將進一步探索性別、學(xué)業(yè)成績、其他選考科目等因素與該素養(yǎng)之間的相互關(guān)系及作用機制，嘗試采用課堂實驗探究、課外自主實驗、趣味實驗校本選修課等進行核心素養(yǎng)提升的實證研究。

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