基于認知過程的科學(xué)思維診斷性測試結(jié)果與分析

張宇　崔琰　張躍

摘 要：本文對北京市某示范性高中三年級346名學(xué)生的測試數(shù)據(jù)進行了整體性和個性化的診斷分析，結(jié)果顯示，教師對于學(xué)生科學(xué)思維水平的判斷與學(xué)生實際情況有一定的偏差;選“物化生”的學(xué)生科學(xué)思維能力水平優(yōu)于其他選科組合的學(xué)生;個性化診斷的結(jié)果可以幫助教師因材施教、開展個性化指導(dǎo).

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;診斷性測試;個性化指導(dǎo)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）05-0010-04

作者簡介：張宇（1992-），女，北京人，碩士，中學(xué)二級教師，研究方向：物理課程與教學(xué)論;

崔琰（1982-），男，天津人，博士，中學(xué)一級教師，教研員，研究方向：物理教育;

張躍（1989-），女，北京人，碩士，中學(xué)一級教師，研究方向：物理課程與教學(xué)論.

《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出，科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一，也是學(xué)生適應(yīng)社會發(fā)展和終身發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力[1].

2019年，中共中央和國務(wù)院辦公廳頒發(fā)的《關(guān)于深化教育體制機制改革的意見》中明確提出“要注重培養(yǎng)支撐終身發(fā)展、適應(yīng)時代要求的關(guān)鍵能力.在培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識和基本技能的過程中，強化學(xué)生關(guān)鍵能力培養(yǎng)[2]”.因此，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力已經(jīng)成為當(dāng)前物理教學(xué)的重要目標，要想有效落實這一核心素養(yǎng)的發(fā)展目標，就要對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進行精準的診斷，只有在精確診斷的基礎(chǔ)上，抓住每個學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點，才能避免重復(fù)訓(xùn)練或超出學(xué)生能力所及范圍的訓(xùn)練，真正實現(xiàn)因材施教，提高教學(xué)效率.北京物理教育團隊提出物理學(xué)科核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)診斷內(nèi)容框架[3]，該框架由五個方面的核心素養(yǎng)要素構(gòu)成：概念理解、問題解決、新知建構(gòu)、科學(xué)思維、科學(xué)探究，其中科學(xué)思維是指從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互作用關(guān)系進行認識的過程中所使用的認識方式，其二級指標包括模型建構(gòu)、推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新，具體表現(xiàn)見表1.本文針對測試中科學(xué)思維這一指標的測試結(jié)果進行分析，以期為“教和學(xué)”提供可參考的依據(jù).

1 測試工具與樣本說明

本次診斷性測試題目圍繞高中物理學(xué)習(xí)的內(nèi)容，依據(jù)核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)診斷內(nèi)容框架與具體情景進行命制、編排，共10道大題，33道小題，每道小題突出考查學(xué)生使用某種物理學(xué)認識方式（科學(xué)思維或科學(xué)探究）探索客觀世界的某個物理學(xué)認識領(lǐng)域（概念理解、問題解決或新知建構(gòu)），比如通過推理論證（科學(xué)思維的二級指標D2）完成概念的關(guān)聯(lián)整合（概念理解的二級指標A2），33道題目中突出考查科學(xué)思維的題目共20道.為了提升測試卷的效度，課題組遴選了相關(guān)領(lǐng)域的專家，包括教育研究與評價專家、各級教研員、經(jīng)驗豐富的一線教師等20余人背對背出題、組卷，并召開研討會對每一道試題及評分標準進行審定、評估與完善.

測試樣本來源于北京市某示范性高中三年級4個層級、10個班級，共346名學(xué)生.所有被試在同一時間進行封閉式測試，由課題組成員進行監(jiān)考，并在規(guī)定時間內(nèi)答卷.

測試結(jié)果如圖1所示，學(xué)生整體信度（PERSON Reliability=0.84，>0.70）、試題整體信度（ITEM Reliability=0.99，>0.70）均較高.項目分離度（Tap Separation=9.08，>2）顯示試題能夠?qū)Σ煌芰λ奖辉嚰右詤^(qū)分.

2 基于測試結(jié)果的整體性分析

對不同層次群體或同一層次的不同班級群體的學(xué)習(xí)情況進行診斷分析，有利于教師從整體上把握學(xué)生的素養(yǎng)水平，有針對性地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計與學(xué)生能力相匹配的學(xué)習(xí)活動.

2.1 不同層次群體的測試結(jié)果與分析

測試結(jié)果如圖2所示，實線為各層級學(xué)生的得分率折線圖，虛線為各層級教師期待的得分率折線圖.對比四條實線，可以發(fā)現(xiàn)四個層級學(xué)生的測試結(jié)果呈現(xiàn)了較好的層級關(guān)系，符合最初分層的設(shè)定.對比虛實8條折線，整體上所有層級的教師期待都超出了學(xué)生的實際能力水平，甚至有些層級的教師期待已經(jīng)超過了上一層級的學(xué)生能力水平，比如三層教師在推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新兩個指標上對學(xué)生的期待值均高于二層學(xué)生的能力水平，四層教師在質(zhì)疑創(chuàng)新方面的期待值已經(jīng)接近二層學(xué)生的能力水平，四個層級中似乎一層教師期待與學(xué)生實際情況整體吻合較好，如圖3所示，這說明跨層級教學(xué)的教師對于學(xué)生科學(xué)思維水平的判斷與學(xué)生實際情況偏差較大.究其原因，一層任課教師只有一位，面對的學(xué)生群體比較單一，因此對學(xué)生的能力把握相對準確，而二三四層任課教師均面臨著跨層級教學(xué)的現(xiàn)狀，教授的學(xué)生多且不同層級學(xué)生能力水平迥異，如果教師長期以來對不同層級學(xué)生投放的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)任務(wù)不做區(qū)分，則可能會使低層級學(xué)生的能力得不到有效發(fā)展，從而達不到教師的預(yù)期.除此之外，近幾年生源的變化也可能是教師的教學(xué)經(jīng)驗與學(xué)生的能力水平出現(xiàn)偏差的原因.

2.2 同一層次不同班級的測試結(jié)果與分析

圖4和圖5分別為二層2班和3班學(xué)生得分率和教師期待對比圖.兩個班級處在同一層級，學(xué)生的能力水平與年級的平均值相差不多.但從測試結(jié)果來看，兩個班級的任課教師對于學(xué)生能力的把握情況卻很不同：2班教師對學(xué)生模型建構(gòu)和推理論證兩方面的能力預(yù)估比較準確，但對學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的預(yù)估偏高，這反映出教師在教學(xué)中對于學(xué)生模型建構(gòu)和推理論證能力的培養(yǎng)落實到位，而對于學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的培養(yǎng)還有待加強;而3班教師對于學(xué)生科學(xué)思維各項二級指標的預(yù)估都有偏差，在模型建構(gòu)指標上的預(yù)期偏低，在推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新這兩項指標上的預(yù)期偏高，這可能反映出教師對于學(xué)生物理模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)落實到位，而在推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新這兩項指標上投放的學(xué)習(xí)任務(wù)或許與學(xué)生實際能力水平并不匹配.

2.3 選科差異學(xué)生的對比分析

為了解因選科不同而對學(xué)生物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生的影響，我們在有望沖擊清華、北大的優(yōu)等生中選取了在高三期中考試的成績均為96分的50名同學(xué)的診斷性測試數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果如圖6所示.這些優(yōu)等生中25人至少選考1個文科，另外25人選考“物化生”.對比發(fā)現(xiàn)，選考“物化生”的學(xué)生在科學(xué)思維的各個指標上均高于選考文科的學(xué)生，這說明“物化生”三個學(xué)科對科學(xué)思維素養(yǎng)的培養(yǎng)目標應(yīng)該具有一定的相似性，學(xué)生能夠在一定程度上整合內(nèi)化不同理科所蘊含的相同思維方式和研究方法.查閱化學(xué)、生物課程標準（見表2），發(fā)現(xiàn)化學(xué)學(xué)科中的科學(xué)思維強調(diào)證據(jù)推理與模型認知，生物學(xué)科中科學(xué)思維強調(diào)運用歸納與概括、演繹和推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等思維方法進行推理論證，二者都與物理學(xué)科中模型建構(gòu)、推理論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等科學(xué)思維能力異曲同工.由此可以推斷，跨學(xué)科的共通概念很有可能會促使學(xué)生將所學(xué)的學(xué)科知識和研究方法進行有效的遷移，這為實施跨學(xué)科概念深層理解的教學(xué)整合提供了重要依據(jù).

3 基于測試結(jié)果的個性化分析

本次測試，我們既要對不同層級群體的學(xué)習(xí)情況進行診斷分析，同時也要針對個體學(xué)生進行個性化的診斷，從而提升教師對學(xué)生的個性化指導(dǎo)的精確程度.

3.1 優(yōu)等生的測試結(jié)果與分析

以北京市某中學(xué)409個測試數(shù)據(jù)為標準按比例劃分能力水平等級，形成如圖7所示的能力等級堆積圖.可以發(fā)現(xiàn)，A生在模型建構(gòu)、推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新三個指標的得分均處于優(yōu)秀等級，遠高于年級的平均水平，這為后續(xù)科學(xué)思維及其他學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ).不過，相比質(zhì)疑創(chuàng)新，推理論證的優(yōu)勢略顯不足，原因可能在于該生在對綜合性物理問題進行分析和推理的過程中沒有反思每一步的依據(jù)是什么，推理過程的“跳步”導(dǎo)致了思維鏈條的不連貫，從而不能準確地得到結(jié)論.

3.2 中等生的測試結(jié)果與分析

圖8為B生科學(xué)思維二級指標的得分情況，可以看出，B生在模型建構(gòu)和推理論證兩個指標的得分均處于優(yōu)秀等級，高于年級的平均水平，而質(zhì)疑創(chuàng)新能力則處于良好邊緣，低于年級平均水平，說明該生日常學(xué)習(xí)中可能很少嘗試對同一個問題從不同角度進行思考，用不同的方法來解決，同時解決問題后，也沒有反思是如何解決的、為什么要這樣解決、是否還有其他的解決方法、這樣的方法還可以解決什么問題等，因此很難實現(xiàn)知識和方法在新情境中的遷移.

3.3 邊緣學(xué)生的測試結(jié)果與分析

圖9為C生科學(xué)思維二級指標的得分情況，可以看出，該生在模型建構(gòu)、推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新三個指標的得分均處于年級的平均水平之下，特別是模型建構(gòu)能力處于不及格水平，說明該生對于高中典型物理模型及其研究方法的認識并不十分清晰，面對實際問題時，也不能準確把握主要矛盾和次要矛盾.除此之外，每個素養(yǎng)的二級指標能力要求是逐漸遞進的，模型建構(gòu)能力勢必會對推理論證、質(zhì)疑創(chuàng)新的發(fā)展帶來制約.因此，從低階能力入手提升邊緣學(xué)生科學(xué)思維水平可能會是學(xué)生最容易獲得提升的空間.

3.4 標準化考試中，成績相同的學(xué)生對比分析

圖10是同一次期中考試中成績均為96分的兩位學(xué)生的得分率柱狀圖.可以看出，D同學(xué)的科學(xué)思維各二級指標得分均高于E同學(xué)，且二者在推理論證方面的差異最大.可見，在對標準化成績相同的學(xué)生進行個性化指導(dǎo)時也應(yīng)該體現(xiàn)差異性.比如D同學(xué)模型建構(gòu)和推理論證都遠高于年級的平均水平，后期復(fù)習(xí)應(yīng)該更加注重創(chuàng)新能力的提升，而E同學(xué)則更應(yīng)該關(guān)注推理論證能力的發(fā)展.

4 結(jié)論與展望

對北京市某示范性高中三年級346名學(xué)生的測試數(shù)據(jù)，由整體到個體逐步展開診斷分析，得到如下結(jié)論：教師對于學(xué)生科學(xué)思維水平的判斷與學(xué)生實際情況有一定的偏差;選考“物化生”的學(xué)生科學(xué)思維能力水平優(yōu)于其他選科組合的學(xué)生;不同學(xué)生的診斷結(jié)果有所差異，因此個性化診斷的結(jié)果可以幫助教師因材施教、開展個性化指導(dǎo).基于本文的診斷結(jié)果，結(jié)合以往的教學(xué)經(jīng)驗以及學(xué)生的個體特點，教師后續(xù)可以設(shè)計更加具有針對性的教學(xué)內(nèi)容以及個性化指導(dǎo)的方案.只有在精確診斷的基礎(chǔ)上，抓住素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點，才能有效落實核心素養(yǎng)的發(fā)展目標[6].

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]新華網(wǎng).中共中央國務(wù)院關(guān)于深化教育教學(xué)改革全面提高義務(wù)教育質(zhì)量的意見[EB/OL].http：//www.xinhuanet.com/politics/2019-07/08/c_1124725254.html.

[3]張玉峰.為了物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的學(xué)習(xí)診斷：概念、路徑與內(nèi)容框架[J].中學(xué)物理，2020，38（01）：2-6.

[4]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[5]中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[6]張玉峰.基于課前學(xué)習(xí)診斷的教學(xué)整合研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2018.

（收稿日期：2020-11-11）