科學(xué)思維發(fā)展層級模型及其導(dǎo)向下的學(xué)習(xí)評價

摘 要：科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一，科學(xué)思維的內(nèi)涵與布魯姆思維認知是相互關(guān)聯(lián)的，據(jù)此建立了科學(xué)思維發(fā)展層級模型，并闡述了以思維發(fā)展為導(dǎo)向的學(xué)生物理學(xué)習(xí)評價策略.

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;思維發(fā)展;學(xué)習(xí)評價

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）13-0010-03

作者簡介：蔣煒波（1987-），男，四川人，碩士，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理教育教學(xué).

1 科學(xué)思維發(fā)展的層次模型

1.1 思維水平層級與認知思維等級

在《普通高中課程標準（2017年版）》中，科學(xué)思維作為物理學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵的重要組成之一被明確提出.新課程標準中將科學(xué)思維分為五個水平層級，最低為水平1，最高為水平5.本杰明·布魯姆在1956年提出的教育目標分類理論中，將人的認知思維從低到高分為了六個層次，即識記、理解、應(yīng)用、分析、綜合和評價，顯然，這一分類與新課程標準中的科學(xué)思維水平是相對應(yīng)的[1].

科學(xué)思維水平1層級，要求學(xué)生能說出一些簡單的物理模型，能對常見的物理現(xiàn)象進行簡單分析，能區(qū)別觀點和證據(jù)，知道質(zhì)疑創(chuàng)新的重要性.科學(xué)思維水平2層級要求學(xué)生能在熟悉的情境中應(yīng)用常見的物理模型，能對簡單的現(xiàn)象進行分析和推理并獲得結(jié)論，能使用簡單和直接的證據(jù)表達自己的觀點，具有質(zhì)疑和創(chuàng)新的意識.這兩個層級主要涉及到識記、理解、應(yīng)用三個較低層級的思維.

科學(xué)思維水平3層級，要求學(xué)生能在熟悉的情境中根據(jù)需要選擇恰當?shù)哪Ｐ徒鉀Q簡單的物理問題，能對常見的物理現(xiàn)象進行分析和推理，獲得結(jié)論并作出解釋;能恰當使用證據(jù)表達自己的觀點，能對已有的觀點提出質(zhì)疑，從不同的角度分析解決物理問題.科學(xué)思維水平4層級，要求學(xué)生能將實際問題中的對象和過程轉(zhuǎn)換為物理模型，能對綜合性的物理問題進行分析推理，獲得結(jié)論并作出解釋;能恰當使用證據(jù)證明物理結(jié)論，能對已有的結(jié)論提出有依據(jù)的質(zhì)疑，采用不同方式分析解決物理問題.這兩個層級除了包含識記、理解、應(yīng)用三個低層思維以外，還包含了分析、綜合和提出質(zhì)疑等三個較高層級的思維.

科學(xué)思維水平5層級，要求學(xué)生能將較復(fù)雜的實際問題中的對象和過程轉(zhuǎn)換為物理模型，能在新情境中對綜合性的物理問題進行分析推理，獲得正確的結(jié)論并作出解釋;能考慮證據(jù)的可靠性，合理使用證據(jù)，能從多個視角審視檢驗結(jié)論，解決物理問題具有一定的新穎性.這一層級對思維的層級包含最為全面，尤其是在質(zhì)疑、創(chuàng)新、評估層面，是五個思維水平中最高的.

1.2 科學(xué)思維發(fā)展的層次模型

隨著科學(xué)思維水平層級的增加，其對應(yīng)的認知思維等級也越來越高、越來越全面.但是科學(xué)思維中蘊含的質(zhì)疑創(chuàng)新卻并沒有在布魯姆認知思維模型中明確體現(xiàn)出來，這表明新課程標準在科學(xué)思維方面提出了比布魯姆認知思維模型更全面的思維發(fā)展要求.鑒于此，可以結(jié)合布魯姆認知思維模型和物理學(xué)科核心素養(yǎng)理念，構(gòu)建科學(xué)思維發(fā)展的層次模型，該模型包含三個思維階層，具體見表1.

低階思維是指低層次的思維認知水平，主要用于學(xué)習(xí)既定知識（即側(cè)重獲取輸入），以及完成簡單的任務(wù)（即低層次輸出），不要求較復(fù)雜的情境和問題，不涉及復(fù)雜綜合模型的使用.低階思維包含識記、理解、應(yīng)用等方面，指向科學(xué)思維水平1和水平2層級.

中階思維是指超越單純的知識獲取輸入的思維認知水平，主要用于對已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識的內(nèi)化升華（即側(cè)重加工整理），以及完成有一定難度的任務(wù)（即高層次輸出），此時涉及的情境也較為復(fù)雜，用到的模型也更加綜合.中階思維包含推理、論證、分析、綜合、系統(tǒng)化等方面，指向科學(xué)思維水平3和水平4層級.

高階思維是指高層次認知能力的思維認知水平，是對學(xué)習(xí)者在利用已有認知解決實際復(fù)雜問題過程中所需要的各種能力的發(fā)展培養(yǎng).高階思維包括評價、質(zhì)疑、創(chuàng)新、遷移、建構(gòu)、創(chuàng)造等，指向科學(xué)思維水平5層級.

科學(xué)思維發(fā)展的層次模型，是以布魯姆認知思維模型為基礎(chǔ)，以物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)為導(dǎo)向，是對科學(xué)思維這一學(xué)科核心素養(yǎng)的結(jié)構(gòu)化、層級化、顯現(xiàn)化，以便借此在教學(xué)中更加有針對性地進行科學(xué)思維的培養(yǎng).以科學(xué)思維發(fā)展為導(dǎo)向，能夠有效地對學(xué)生的物理學(xué)習(xí)進行評價.

2 以思維發(fā)展為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)評價

學(xué)習(xí)評價不只是針對學(xué)生的知識和方法層面，在核心素養(yǎng)理念下，學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展水平也是學(xué)習(xí)評價的一部分，良好的評價能夠很好地促進物理教學(xué)，切實幫助學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，因此，以科學(xué)思維發(fā)展為導(dǎo)向進行學(xué)習(xí)評價是非常有必要的.由于科學(xué)思維始終貫穿于整個學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，因此科學(xué)思維導(dǎo)向下的學(xué)習(xí)評價不能僅僅通過選拔性終結(jié)命題來進行，也需要關(guān)注到學(xué)習(xí)的過程和學(xué)習(xí)的診斷.

2.1 注重學(xué)習(xí)評價的過程性

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中需要有效調(diào)動各個層次的科學(xué)思維，但是思維很難量化，因此評價必然需要將客觀數(shù)據(jù)和主觀判斷相結(jié)合.

學(xué)生的物理學(xué)習(xí)都是以一系列的活動環(huán)節(jié)開展進行的，一節(jié)課的學(xué)習(xí)時間終歸是有限的，如果每一個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)都有較為明確的思維導(dǎo)向，那么在對與學(xué)習(xí)無關(guān)的時間流程進行刪減以后，某一活動環(huán)節(jié)所需要的必要學(xué)習(xí)時間的多少，客觀上就具備了反映學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的思維參與情況的功能.因此，可以通過統(tǒng)計必要學(xué)習(xí)時間，在思維層面對學(xué)生學(xué)習(xí)的過程進行評價.

但是僅僅依靠客觀數(shù)據(jù)還不足以完成過程評價，相同的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，不同的學(xué)生真正投入的程度也是不同的，這時候需要對學(xué)習(xí)的必要時間進行加權(quán).權(quán)重系數(shù)依靠學(xué)生自己學(xué)習(xí)的主觀感受，并結(jié)合小組內(nèi)部同學(xué)之間的互評進行判斷確定.最終的評價量表見表2.

比如第1個環(huán)節(jié)下的第1個具體項目，設(shè)計必要學(xué)習(xí)用時5min，其中低階思維用時3min，中階思維用時2min，高階思維用時0min.學(xué)生的自評參與度為80%，互評參與度為70%，那么最終參與度為二者的平均值75%，這便是學(xué)生必要學(xué)習(xí)時間的權(quán)重系數(shù).于是最終得到有效低階思維用時2.25min，有效中階思維用時1.5min，有效高階思維用時0min，有效的思維總時間為3.75min.

可以看到，學(xué)生自評和互評的權(quán)重系數(shù)有著重要的評價意義，它能夠有效地反映教師設(shè)計的思維活動與學(xué)生思維水平的契合度，權(quán)重系數(shù)越高，表明契合度越好，權(quán)重系數(shù)越低，則表明契合度越差.權(quán)重系數(shù)低，說明教師的教學(xué)設(shè)計與學(xué)生的思維水平出現(xiàn)了嚴重的脫節(jié).

需要說明的是，各個思維層面的有效學(xué)習(xí)時間的分配，并不一定是高階思維層面用時越多就越好，應(yīng)該要兼顧學(xué)生的實際思維水平，低階、中階和高階思維需要合理匹配，幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)過程.因為自評和互評得到的權(quán)重系數(shù)能夠很好地反映思維活動與學(xué)生思維水平的契合度，所以它自然也能夠反映各個階層思維有效學(xué)習(xí)時間分配的合理程度，權(quán)重系數(shù)越高，代表時間分配越合理.

2.2 注重學(xué)習(xí)評價的診斷性

中學(xué)階段的物理學(xué)習(xí)，可以分為概念理解、問題解決和新知建構(gòu)等部分，每一部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)都需要借助科學(xué)思維來完成.科學(xué)思維在處理每一部分的學(xué)習(xí)時，又包含模型建構(gòu)、推理論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等等.科學(xué)思維發(fā)展導(dǎo)向下的學(xué)習(xí)評價，需要能夠明確診斷學(xué)生在哪一個思維階段環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，從而在后續(xù)的教學(xué)中有針對性地解決突破.

診斷性的學(xué)習(xí)評價，仍然主要以實際教學(xué)中的測試來進行，即以命題考查的模式為主.此時特別需要注意創(chuàng)設(shè)試題情境.試題情境通常的解釋是指在一定時間內(nèi)各種情況的相對的或結(jié)合的境況，從物理學(xué)科特點來看，試題情境是運用文字、數(shù)據(jù)、圖表等形式，圍繞一定主題加以設(shè)置的，為呈現(xiàn)解題信息、設(shè)計問題任務(wù)、達成測評目標而提供的載體[2].

為了避免因為學(xué)生反復(fù)練習(xí)熟悉的情境而帶來診斷評價的偏差，命題的時候需要給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一些比較陌生的新穎的情境，讓學(xué)生在這些情境中調(diào)動科學(xué)思維去解決問題，從而暴露自己在思維層面還存在的問題.但也需要注意，陌生的試題情境需要建立在學(xué)生的認知基礎(chǔ)上，解決問題所需要的信息獲取、分析推理、數(shù)據(jù)處理等手段，不能夠超出學(xué)生的認知水平.

比如，對于電容器這一概念的理解，可以讓學(xué)生從眾多較陌生的情景中選擇誰屬于電容器，從而診斷學(xué)生對于電容器的模型建構(gòu)是否完成.可以讓學(xué)生畫出電容器的電荷—電壓圖、電勢能—電荷圖、電勢能—電壓圖，以及定性畫出電容器充放電過程中的電荷—時間圖、電壓—時間圖、電流—時間圖、電勢能—時間圖，從而診斷學(xué)生對電容器相關(guān)內(nèi)容的推理論證是否存在問題.還可以讓學(xué)生分析平行板電容器電荷不變時增加間距、電壓不變時增加間距時的能量變化問題，判斷學(xué)生是否認識到平行板電容器的模型適用條件，診斷學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新思維能力.

診斷性的學(xué)習(xí)評價，并不是單純的以學(xué)生答題的得分高低判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，而是通過分析學(xué)生的答題情況，以及出現(xiàn)問題的具體地點，從而有效診斷學(xué)生還存在的思維問題.因此在命題設(shè)問的時候，要有足夠的開放性，多一些主觀題，給學(xué)生豐富多元的信息表達環(huán)境，以便呈現(xiàn)學(xué)生的思維過程.即使是客觀選擇題，也應(yīng)該在各個選項的設(shè)計上下功夫，不同的錯誤選項能夠與學(xué)生不同的思維不足之處相對應(yīng)，從而充分暴露學(xué)生在思維發(fā)展上的問題，達成診斷的目的.

2.3 關(guān)注學(xué)習(xí)評價的選拔性

中學(xué)物理的學(xué)習(xí)，最終都需要面臨中考和高考這類選拔性考試，因此教學(xué)中自然也不能夠回避學(xué)習(xí)的選拔性評價，教學(xué)中應(yīng)該有意識地以科學(xué)思維發(fā)展為導(dǎo)向命制選拔性試題，從而對學(xué)生在面臨選拔性命題時的應(yīng)對策略加以培養(yǎng)和訓(xùn)練，幫助學(xué)生真正實現(xiàn)“既學(xué)得好又考得好”的目的.選拔性評價的命題和診斷性評價的命題有著很大的不同.

首先，在命題的目的上，選拔性評價的選拔性是首要的，是一種終結(jié)性評價，即考查學(xué)生會不會，而不是分析學(xué)生哪里不會、為什么不會以及怎樣學(xué)才能會.所以中考和高考這些選拔性的試題并不適合用于對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的問題進行診斷.

然后，在命題的方式上，選拔性命題突出選拔分層功能，整個試卷要注意考點分布的均衡性和重難點的突出性，必要的時候還需要故意將試題情境復(fù)雜化給學(xué)生增加難度，最終通過整個試卷學(xué)生的得分，判斷學(xué)生在物理學(xué)科上的綜合水平，從而完成選拔.相比之下，選拔性的試卷命題，不會在某個概念或者問題上反復(fù)設(shè)計不同層次的設(shè)問，也不需要通過學(xué)生的回答來診斷學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的問題.

最后，在題目的形式上，選拔性命題由于不需要診斷學(xué)生的過程性問題，因此對于學(xué)生的解題過程并不十分看重，相比之下對學(xué)生的答案結(jié)果更加關(guān)注.因此選拔性命題，通常以選擇題、填空題和解答題居多，鮮有分析論證、文字解答、推理闡述等主觀性很強的題目.

基于此，教學(xué)中可以充分借助學(xué)期的期中、期末考試，以及畢業(yè)年級的統(tǒng)一模擬考試，對學(xué)生的思維發(fā)展情況進行階段性總結(jié)評價，旨在讓學(xué)生和教師認識到學(xué)生在思維發(fā)展層面的水平和不足.此時試題的命制仍然以模型建構(gòu)、推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新三方面為主，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)較為陌生的試題情境，讓學(xué)生在情境中完成答題模型的選擇、建構(gòu)和遷移，同時還需要注意解決問題所需要的思維的寬度、思維的長度和思維的深度，充分評價學(xué)生各個思維層次的水平狀態(tài)[3].

3 結(jié)束語

當前的實際教學(xué)中，命題評價依然是最主要的評價方式，但是僅僅依靠各種帶有終結(jié)性和選拔性的考試來評價學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展水平，還是遠遠不夠的.思維的發(fā)展不僅要明確學(xué)生的思維水平，還需要明確思維發(fā)展中存在的不足和問題，從而有效地通過教學(xué)進行干預(yù)，以達到培養(yǎng)學(xué)生思維的目的.

因此，過程性評價和診斷性評價，應(yīng)該是思維發(fā)展導(dǎo)向下學(xué)習(xí)評價的主要方式，但是這兩類評價方式，需要教師充分認識科學(xué)思維在概念規(guī)律學(xué)習(xí)過程中的作用步驟，充分明確科學(xué)思維在解決問題過程中的詳細路徑，這樣才能對這些步驟和路徑有針對性地去設(shè)計評價情境，從而完成對思維發(fā)展層次和不足的評價.這對于教師既是極大的挑戰(zhàn)，也是難得的成長機會.

參考文獻：

[1]郭玉英，蘇明義.新版課程標準解析與教學(xué)指導(dǎo)——高中物理[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2018.

[2]蔣煒波，趙堅.試題情境：實現(xiàn)“四層”“四翼”承載作用的重要載體[J].物理教學(xué)，2020，42（10）：2-5+36.

[3]蔣煒波，趙堅.物理核心素養(yǎng)的試題命制與評價策略研究——以科學(xué)思維評價為例[J].物理教學(xué)，2020，42（03）：2-6.

（收稿日期：2021-04-28）