科學探究能力的評價方法

1、科學探究能力的評價方法羅國忠廣西教育學院教研部，廣西南寧530023摘要 科學探究能力的評價有不同方法，這些方法各有特點。紙筆測量成本低但效 度也低，現場觀察效度高但成本也高，而工作單的效度和成本介于兩者之間。工作單又有 開放性工作單、結構性工作單和引導性工作單之分,其中結構性工作單與現場觀察的可 交換性最大。我國基礎教育課程改革啟動以來,科學探究能力的評價成為科學教育界的研究熱點 和難點。紙筆測量成本低，可以大規(guī)模使用，但其效度卻倍受質疑;現場觀察效度高，但高 成本制約了其大規(guī)模使用，這種兩難境地一直困擾我國科學教育界。從國際上看，很多國 際評價項目采用了較低成本的工作單方式,但對其可靠性和

2、有效性卻缺乏證明。本研究 在比較各種評價方式優(yōu)缺點的基礎上,研究各種工作單的有效性。一、紙筆測驗和現場觀察在起源于20世紀60年代的國際科學課程改革中，很多研究者傾向于把科學探究能 力劃分為一系列探究要素，諸如觀察、分類、描述、操作定義、假設、控制變量、實驗、 解釋數據、形成結論等探究要素或探究子過程。他們認為學生掌握了這些探究要素就 能逐漸掌握復雜探究能力，直至從事復雜的科學探究。一些科學課程如SAPA(science aprocess approach)和warwick science就是按照這樣來設計的，不同的章節(jié)涉及不同 的探究要素。科學探究能力不僅被分解成各個探究要素進行教學,也同樣

3、被分解成各個 探究要素進行評價。例如,Mcleod等人(1975)開發(fā)的紙筆測量工具就是針對SAPA課程的, 用來評價控制變量、解釋數據、形成假設和操作定義四個探究要素2。但這種針對具 體課程的測量工具無法遷移到其他課程，因此一些研究者開發(fā)了一些與具體課程無關的 通用測量工具如 Dillashaw 等人(1980)開發(fā)了 TIPS(the test of integrated process skills),測試5個探究要素:定義變量、控制變量、操作變量、制定計劃、解釋數據。 目前，我國的科學探究能力評價基本上處在這個階段，不同的是沒有專門的探究能力測 量工具,而是在一套試卷中設計兩三道試題來

4、考查某個或幾個探究要素能力。由于紙筆測驗具有施測方便、成本低、評分者信度高等優(yōu)點,因此它倍受使用者的 青睞。然而，隨著時間的推移，人們并未發(fā)現學生在這種要素分離的純化情境中表現出的 探究能力與在真實情境中表現出的探究能力有多少關系，這使人們開始質疑這些紙筆測 量工具的有效性。這是因為紙筆測驗基本是一道題目考查一個探究要素，而且這些題目 或探究要素互不相關，學生的答題行為不會產生結果反饋而真實情境中的科學探究過程 是一個統一、流動的活動，探究要素是相互影響的、依賴于情境的學生的每一步探究都 會以某種方式改變情境,下一步的決策和行動將建立在新情境中(Hodson,1993)。因此， 真實的科學探究

5、就像一個產生式系統，各個探究要素一環(huán)扣一環(huán)，上一要素出了問題，很 可能會導致下一要素出問題(Germann&Aram,1996)。而且，真實情境的探究能力類似于 “緘默知識”，這種“緘默知識”不可明確地教提高探究能力的有效途徑就是在真實情 境中做探究，并由一個有經驗的教師提供支持、批評和建議。因此,woolnoug(1990)認為， 科學探究不是探究要素的線性集合，而是一個不太整齊的過程;如果硬把科學探究分解 成一個個不相干的探究要素，將使科學探究失去真實面目。由此看來，要評價真實情境中 的科學探究能力，純化情境的紙筆測驗是難以奏效的。國際科學教育界一般把現場觀察當成科學探究能力的最有效評價方

6、式。所謂現場觀 察,就是讓學生動手探究，評分者通過觀察和訪談進行即時評分現場觀察可以采用兩個 評分者觀察一個學生的模式，也可以采用一個評分者觀察一個學生的模式顯然,現場觀 察所需的人力、物力、時間等成本很高無疑影響了它的廣泛使用。因此，在國外的一些 大規(guī)模評價項目中，往往只觀察一些花時間少的部分過程，很少觀察完整的探究過程。例 如,在有大規(guī)模評價科學探究能力傳統的英國，主要是通過觀察來評價學生低水平的操 作和觀察技能。二、工作單紙筆測驗和現場觀察的優(yōu)缺點都很明顯，而且彼此對立。為此，國際科學教育界采用 了一種介于紙筆測驗和現場觀察之間的一種評價方式一一工作單。所謂工作單方式就 是讓學生實際動手

7、探究,同時把探究過程和結果寫在一張單子上,然后教師對這張單子 的內容進行延時評分。按照結構性強弱，可以劃分三種工作單。第一種是開放性工作單, 只要求學生把探究過程和結果寫在空白的工作單上;第二種是結構性工作單，要求學生 按照工作單的提示結構寫上過程和結果;第三種是引導性工作單,它針對具體探究任務 一步步地引導學生探究并寫在工作單上。這三種工作單在國際上都各有用場,如英國 Nuffield A2 level physic課程就是讓學生在開放性工作單上描述過程和結果，但從 1988年開始,工作單的結構性有所增強，開放性有所減弱。國際教育成就評估協會(IEA 在20世紀70、80、90年代分別進行的

8、三次大規(guī)模國際科學研究、美國的國家教育進步 協會(NAEP)等都采用結構性工作單來評價學生的科學探究能力。美國密蘇里州根據學生 探究水平較低的狀況，采用了引導性工作單來評價科學探究能力,即在學生每進行一步 探究之前，教師幾乎都給學生提供上一步驟的參考答案,以引導學生完成探究。由于工作單評價方式可以讓整個班的學生同時進行探究，并且是延遲評價,因此時 間和人力成本大大減小。但是，一些質疑也隨之產生了:工作單不像現場觀察那樣觀察到 學生的探究過程,它能否可靠有效地評價學生的探究能力?有研究者認為，如果學生已經 動手做了探究，那么其工作單能可靠、有效地記錄其探究過程和結果。然而，這些研究者 是往往從經

9、驗出發(fā)，把工作單的可靠性和有效性當成不言而喻、不證自明的，很少有人通 過實證研究來證明(Woolnough,1990)。表1結構性工作單請按照下列要求,描述你的探究過程和姑果L根據你的知識和經驗，對問題進行假設，2對你的假設制定探究方案，3按照你的方案做實驗,并把數據呈現在表格或圖中。根據表格中的數據得出可靠結論。你的探究可能存在哪些誤差？為了進一步檢驗這三種工作單評分的可靠性有效性,筆者讓60個初三學生動手探究 “影響單擺周期的因素”，采用二對一的現場觀察。把學生分成A、B、C三組(每組學業(yè) 成績相當)，要求學生在動手探究時把探究過程和結果寫在工作單上,A組學生寫在開放 性工作單、B組學生寫

10、在結構性工作單、C組學生寫在引導性工作單。本研究所用的開 放性工作單沒有任何提示，只要求學生把探究過程和結果如實寫下來;表1為本研究設計 的結構性工作單，包含科學探究的一般要素，沒有涉及該探究的具體內容;引導性工作單 考慮到學生的探究能力較差，給出較詳細的引導，涉及了該探究的具體內容和步驟限于 篇幅，表2只給出引導性工作單的一部分，該部分要求學生按照要求寫下實驗結果。這種 引導與傳統的菜單式實驗不同，給學生預留了一定的空間例如，從表2可以看出學生是否 控制了相關變量、自變量的改變次數是否足夠、自變量的取值范圍是否合理、自變量的 間隔是否合理等。關于評分可靠性,即評分者信度，本研究得出現場觀察、

11、開放性工作單、結構性工作 單、引導性工作單的評分者信度分別為0.87、0.72、0.77、0.81。該結果表明:現場觀 察和工作單的評分者信度都較高，在可接受的范圍內。三種工作單的評分者信度低于現 場觀察的評分者信度。這是因為現場觀察可以觀察到學生的探究細節(jié)，不僅可以觀察到 自變量的起始點、改變自變量的次數、間隔、范圍，還可以觀察操作方法、測量方法是 否合理，如是否靜止釋放單擺、是否及時按停表等，因此現場觀察損失信息少，評斷更精 準。但是,工作單無法“觀察”到學生的操作細節(jié)而是通過學生記錄在工作單中的文字 敘述、數據來進行間接推斷,但一些學生的文字能力較差，敘述過于簡略或模糊,這會損 失一些信

12、息,導致評分者對一些探究要素的評判產生一些歧義。隨著工作單結構性程度 不斷提高，評分者信度也不斷提高，這是因為工作單的要求不斷明確，學生可發(fā)揮的余地 變小,有利于評分者可靠地評分。毫無疑問，在選取何種評價方式時，我們必須考慮有效性和成本問題。除此之外，我 們還應考慮公平性問題，也就是不同學生對不同評價方式的適應性問題。有研究者發(fā)現， 不同學業(yè)水平的學生在紙筆測驗和工作單中的表現差異不同，高水平學生在這兩種評價 方式中表現差異較小，而中下水平學生在這兩種評價方式中表現差異較大(Lawrenz Huffman,&Welch,2001)。這是因為中下水平學生的知識基礎等不扎實，其認知風格會發(fā) 揮更大的作用，如一些學生擅長實踐，現場觀察、工作單可能會便于他們發(fā)揮長處，而一 些學生擅長理論，紙筆測驗可能會更便于發(fā)揮他們的長處。