大中物理銜接教學(xué)中加強(qiáng)形成性評價(jià)的思考
——以“熱力學(xué)第一定律”為例

劉小賢，衛(wèi)蓉蓉，唐春紅

(1. 南京師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京，210046； 2. 南京航空航天大學(xué)附屬高級中學(xué)，江蘇 南京，210007； 3. 南京工程學(xué)院數(shù)理學(xué)院，江蘇 南京， 211167)

一、研究背景及研究意義

大學(xué)物理是大學(xué)理工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程，但是隨著高中課程以及高考的改革，大學(xué)物理與高中物理之間的銜接問題越來越突出。高中物理課程分為必修模塊和選修模塊，其中，選修模塊分別對應(yīng)熱學(xué)、力學(xué)和電磁學(xué)、原子學(xué)的相關(guān)內(nèi)容。不同省份物理高考沒有統(tǒng)一，導(dǎo)致不同省份學(xué)生的大學(xué)物理先修知識之間存在差別，部分學(xué)生高中知識與大學(xué)知識之間存在斷層，這對教師教和學(xué)生學(xué)都具有很大的挑戰(zhàn)。

為了解決大中物理教學(xué)內(nèi)容銜接問題，我國的學(xué)者做了大量的研究和實(shí)踐。于軍等學(xué)者對高中與大學(xué)兩個(gè)階段熱學(xué)部分、電磁學(xué)部分教學(xué)內(nèi)容的銜接做了詳細(xì)探討[1-2]；王琴妹等學(xué)者通過對調(diào)查試卷的分析提出要了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，加強(qiáng)教學(xué)的針對性[3]；施建青等學(xué)者針對高中階段未學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容的學(xué)生進(jìn)行大學(xué)物理預(yù)修課程的開設(shè)[4]。

教育評價(jià)可以分為總結(jié)性評價(jià)(summative assessment)和形成性評價(jià)(formative assessment)?？偨Y(jié)性評價(jià)主要是對學(xué)生在教學(xué)結(jié)束后的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評價(jià)和總結(jié)，并將分?jǐn)?shù)用于報(bào)告、甄別和選拔等方面。形成性評價(jià)則是在教學(xué)過程中了解學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握情況，并使用評價(jià)信息來改進(jìn)教和學(xué)以促進(jìn)學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握[5]。目前，在大中物理銜接教學(xué)中如何加強(qiáng)形成性評價(jià)的研究較少。本文通過實(shí)踐探究針對性教學(xué)的有效性，并為大中物理銜接教育加強(qiáng)形成性評價(jià)提供一條可行之路。

二、研究對象及方法

本文以理科專業(yè)班(化學(xué)專業(yè))和工科專業(yè)(機(jī)械專業(yè))2020級學(xué)生為研究對象，理科班40人，工科班44人，共84人，將兩班根據(jù)“是否學(xué)過熱學(xué)”各分為兩組，實(shí)驗(yàn)組(未學(xué)過熱學(xué))有37人，對照組(學(xué)過熱學(xué))有47人。

SPSS(statistical product and service solutions)是國際公認(rèn)的統(tǒng)計(jì)分析軟件之一，用于教育學(xué)、社會(huì)學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析。為了調(diào)查學(xué)生的熱學(xué)儲(chǔ)備，本文采用診斷題來了解實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的前概念；實(shí)施針對性教學(xué)后，采用后測題測試實(shí)驗(yàn)組對熱力學(xué)第一定律的理解情況；利用SPSS對診斷試題的各題進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)和交叉頻率分析，得出實(shí)驗(yàn)組學(xué)生對熱力學(xué)第一定律相關(guān)概念及應(yīng)用的原有認(rèn)知；利用SPSS對后測題的兩組學(xué)生數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)檢驗(yàn)，研究針對性教學(xué)對實(shí)驗(yàn)組學(xué)生學(xué)習(xí)熱學(xué)的影響。

三、研究思路及實(shí)施過程

以熱力學(xué)第一定律為文本，在學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律之前，筆者通過診斷題了解實(shí)驗(yàn)組的知識水平，分析學(xué)生的認(rèn)知情況；對學(xué)生的知識薄弱點(diǎn)進(jìn)行講解并輔以針對性練習(xí)題，彌補(bǔ)缺漏；最后以測題得分作為依據(jù)，評估兩組學(xué)生對于熱學(xué)的學(xué)習(xí)情況，以此來檢驗(yàn)教學(xué)的效果。形成性評價(jià)教學(xué)的設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

診斷題以熱力學(xué)第一定律的相關(guān)內(nèi)容為主，分為熱學(xué)的基本概念、熱力學(xué)第一定律的概念及應(yīng)用3部分，可具體細(xì)化為10項(xiàng)：溫度、內(nèi)能、功、熱量、過程量和狀態(tài)量；熱力學(xué)第一定律的概念及本質(zhì)；等溫與絕熱、準(zhǔn)靜態(tài)過程的定性分析、正循環(huán)中對熱量傳遞的判別、準(zhǔn)靜態(tài)過程的定量分析。即根據(jù)10個(gè)細(xì)化項(xiàng)目，形成10道測試題，并與專家進(jìn)行討論，最后形成診斷試題。每道試題都是不定項(xiàng)選擇，目的在于完整呈現(xiàn)學(xué)生的想法。

兩班學(xué)生開始學(xué)習(xí)熱學(xué)前，教師給學(xué)生30 min的時(shí)間完成診斷題并在學(xué)生完成之后進(jìn)行回收。利用SPSS分析出薄弱點(diǎn)之后，教師針對其中的薄弱點(diǎn)，列出自己整堂課的教學(xué)設(shè)計(jì)，采用講授法、提問法和討論法進(jìn)行整堂課的內(nèi)容。之后，教師以練習(xí)題的方式進(jìn)行針對訓(xùn)練，共分為兩次(表1和表2)。練習(xí)1是根據(jù)前測分析得出的薄弱點(diǎn)和教師反饋情況，進(jìn)行針對性出題。練習(xí)1題型多樣，分為選擇、填空、簡答和計(jì)算，目的是鞏固上課所學(xué)的知識，同時(shí)對學(xué)生的錯(cuò)誤概念進(jìn)行糾正，通過評價(jià)信息來改進(jìn)教和學(xué)。練習(xí)2是學(xué)生學(xué)完熱學(xué)部分后的綜合練習(xí)，包含摩爾熱容、熱力學(xué)第一定律的靈活應(yīng)用、循環(huán)效率3個(gè)知識點(diǎn)，目的是將學(xué)生所學(xué)的熱學(xué)知識融會(huì)貫通，充分發(fā)揮形成性評價(jià)診斷學(xué)情和教情。

表1 “練習(xí)1”細(xì)目表

表2 “練習(xí)2”細(xì)目表

四、結(jié)果分析

(一)學(xué)生的前概念

為了進(jìn)一步了解實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的知識薄弱點(diǎn)，對他們的診斷試題進(jìn)行分析，筆者通過SPSS對10道題進(jìn)行頻率分析，有些題進(jìn)行必要的交叉分析(表3、表4)。

表3 溫度概念的頻率表

表4 溫度各選項(xiàng)的交叉表

以題1“溫度”概念為例，該題測試學(xué)生對“溫度”基本概念的認(rèn)知情況。根據(jù)表3可知選擇Q1.C的人數(shù)占總?cè)藬?shù)的69.4%，選擇Q1.D的人數(shù)占總?cè)藬?shù)的58.3%，其余兩個(gè)錯(cuò)誤選項(xiàng)的幾乎沒人選，可見學(xué)生對于溫度基本不存在錯(cuò)誤概念。但由表4可知，既選C又選D的比例為30.5%，這說明約70%的學(xué)生對溫度的理解并不全面。通過SPSS對每個(gè)題都進(jìn)行詳細(xì)分析，可以得出實(shí)驗(yàn)組學(xué)生對熱力學(xué)第一定律相關(guān)概念的認(rèn)知情況(表5)。

表5 學(xué)生對熱力學(xué)第一定律的認(rèn)知情況

從表5我們可以看出，未學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生對于熱學(xué)的概念僅憑借直觀的感受來理解，尚未形成科學(xué)的認(rèn)識。比如，學(xué)生對于能直接感知的溫度比較了解，但對于內(nèi)能超過60%的學(xué)生都不清楚，因此也無法有意義地建構(gòu)溫度與內(nèi)能的聯(lián)系。超過60%的學(xué)生認(rèn)為功是狀態(tài)量，約50%的學(xué)生分不清“等溫”和“絕熱”，這些調(diào)查結(jié)果都說明，對于沒有學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生，他們對于熱力學(xué)基礎(chǔ)概念是非常模糊的，如果教師不幫助學(xué)生理清這些概念，會(huì)對之后的學(xué)習(xí)造成極大的困難。

高中物理學(xué)習(xí)主張從日常經(jīng)驗(yàn)引入物理問題，幫助學(xué)生理解一些較為抽象的概念。對于剛步入大學(xué)的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)熱學(xué)依然試圖引入生活中的例子來看待物理問題，更傾向于靜止地、孤立地看待物理問題。而熱力學(xué)關(guān)注系統(tǒng)在整體上表現(xiàn)出來的熱現(xiàn)象及其變化發(fā)展所遵循的基本規(guī)律，具有動(dòng)態(tài)性和聯(lián)系性。因此，熱力學(xué)本身的性質(zhì)與學(xué)生看待問題的角度不契合也是大中銜接一個(gè)值得注意的問題。

(二)形成性評價(jià)教學(xué)效果

本文利用SPSS對診斷試題的各題進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)和交叉頻率分析，在前測中，通過對實(shí)驗(yàn)組和對照組的得分進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果如表6所示。p=0.02<0.05，說明在95%的置信度下，學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生與未學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生對熱力學(xué)第一定律理解的水平存在顯著差異，且學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生對熱力學(xué)第一定律的理解水平要高于未學(xué)過的學(xué)生。

實(shí)驗(yàn)組在后測中平均得分為17.73分，對照組平均得分為17.49分。為了了解兩個(gè)組在后測表現(xiàn)中是否還存在顯著差異，我們對兩個(gè)組進(jìn)行了獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。p=0.81>0.05，說明在95%的置信度下，學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生與未學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生成績不存在顯著差異。結(jié)合均分可以得出未學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生成績比學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生成績高0.24分。

表6 學(xué)生理解熱力學(xué)第一定律的影響

化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)組在后測中平均得分為16.74分，對照組平均得分為14.67分。我們對兩個(gè)組進(jìn)行了獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。p=0.124>0.05，說明在95%的置信度下，兩組對熱力學(xué)第一定律的理解水平不存在顯著差異，但是實(shí)驗(yàn)組的成績高于對照組的成績，比對照組的成績高2.07分。機(jī)械專業(yè)實(shí)驗(yàn)組在后測中平均得分為18.78分，對照組平均得分為19.77分。我們對兩個(gè)組進(jìn)行了獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。p=0.395>0.05，說明在95%的置信度下，兩組對熱力學(xué)第一定律的理解水平不存在顯著差異。實(shí)驗(yàn)組和對照組成績已經(jīng)不存在顯著性差異，且實(shí)驗(yàn)組成績略高于對照組。由此我們發(fā)現(xiàn)，加強(qiáng)形成性評價(jià)對未學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生幫助較為顯著。

五、結(jié)語

通過對前后測以及練習(xí)題的分析，本文得出結(jié)論：(1)從整體來看，未學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生與學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生在前測中存在顯著差異，說明幫助未學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生進(jìn)行大中物理知識的銜接是有必要的；(2)經(jīng)過形成性評價(jià)教學(xué)后，未學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生與學(xué)過的學(xué)生在后測中不存在顯著差異，說明形成性評價(jià)教學(xué)對未學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生幫助很大，有利于促進(jìn)大中物理的銜接。此外，筆者對其練習(xí)題的完成率進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)化學(xué)專業(yè)未學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生練習(xí)題完成率高于學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生，機(jī)械專業(yè)未學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生練習(xí)題完成率低于學(xué)過熱學(xué)的學(xué)生，這說明學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度也是影響大中銜接的因素之一?？傊?，形成性評價(jià)教學(xué)對促進(jìn)大中銜接教育有一定幫助，教師可以根據(jù)形成性評價(jià)自身的特點(diǎn)，發(fā)揮形成性評價(jià)在教學(xué)中的價(jià)值。