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科学探究能力评价的作业设计

2011-5-30 14:37| 发布者: admin| 查看: 2707| 评论: 0

摘要: 资料来源:生物学通报,2006,41(2):34-36. 张海和1 刘恩山2 (1福建省厦门集美中学 福建厦门 361021 2北京师范大学生命科学学院 北京 100875 ) 摘要 简述了科学探究能力的涵义及其评
资料来源:生物学通报,2006,41(2):34-36.

张海和1 刘恩山2

1福建省厦门集美中学 福建厦门 361021   

2北京师范大学生命科学学院 北京 100875

 

摘要 简述了科学探究能力的涵义及其评价依据,以案例的方式说明如何设计科学探究能力的评价作业。

关键词 科学探究能力 评价作业 教育评价

 

1 科学探究能力及其评价依据

     《美国国家科学教育标准》认为,科学探究指的是科学家用以研究自然界并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。科学探究也指的是学生用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家研究自然界所用的方法而进行的各种活动。并且认为,探究是一种多侧面的活动,学生需要参与科学探究活动中某些方面的工作,也应该培养自己从事完整的探究活动的能力[1]。

      我国各理科课程标准,也把倡导探究性学习作为重要的课程理念,把发展科学探究能力作为重要的课程目标。如高中生物课程标准,明确提出了发展科学探究能力,并依照科学探究过程技能的方式列举了科学探究能力的课程目标。这些目标包括[2]:

      1)客观地观察和描述生物现象;

      2)通过观察或从现实生活中提出与生物学相关的、可以探究的问题;

      3)分析问题,阐明与研究该问题相关的知识;

4)确认变量;

      5)作出假设和预期;

      6)设计可行的实验方案;

      7)实施实验方案,收集证据;

      8)利用数学方法处理、解释数据;

      9)根据证据作出合理判断;

      10)用准确的术语、图表介绍研究方法和结果,阐明观点;

      11)听取他人的意见,利用证据和逻辑对自己的结论进行辩论以及作必要的反思和修改。

      从以上中外国家课程文件的阐述可以看出,科学探究是一个多侧面的活动,科学探究能力涵义既是指从事科学探究活动中某些方面工作的能力,也是指从事完整的科学探究活动的能力。

      能力一词在心理学上是指人们顺利地完成某种活动所必需具备的个性心理特征。通常划分为一般能力和特殊能力,一般能力指大多数活动所共同需要的能力。一般能力的综合体就是智力。特殊能力是指为完成某项专门活动必不可少的能力[3]。显然,探究能力属于特殊能力,是从事科学探究活动所必需的能力。从高考评价的角度,教育部考试中心认为,很难给泛指的“能力”下一个权威的定义。对于高考这一特定的测试项目而言,在教育测量领域中,不管什么专业、方向上的特殊能力,它是不能脱离最基本的知识基础的,没有知识,不可能谈什么能力[4]。而美国科学进步协会科学教育委员会将科学过程技能定义为一组具有广泛迁移力的适合多种学科和科学家工作性质所需要的能力[5]。因此,从教育的角度,发展科学探究能力,广义上包括相关的科学知识,科学态度、情感和价值观,以及实验操作技能和过程技能。狭义上,探究能力应该是其中特别能反映科学探究活动特点的实验操作技能和过程技能,尤其是过程技能。

      从我国生物课程标准中探究能力目标的陈述可以看出:在课程意义上,探究过程比探究结果更重要。从教育评价的角度,课程目标是科学探究能力评价的依据。所以,探究能力的评价既要重视探究结果的评价,更要重视探究过程的评价。

2 科学探究能力的评价及其作业设计

      在教学实践中,探究式教学活动多种多样。从探究过程来说,探究能力包括了观察、分类、测量、预测、辨别变量、构建假设、设计实验、搜集数据、解释数据及得出结论等一系列过程技能。高中生物课程标准中建议,从多个侧面评价学生的探究能力,就是充分估计了探究活动形式的多样性和探究能力的多面性。

      探究能力只有在探究过程中才能体现,因此,传统的纸笔测验不适用探究能力评价。探究能力评价需要通过真实的或模拟情境下的探究活动作业来进行。从评价类型来讲,以真实任务的形式进行的评价,属于实作评价(又称表现性评价)[6]。和客观题型的纸笔测验比较,这种评价方式的情境很难完全控制,而且也难以标准化,其评价前的准备工作要花费较多时间,追求评分的客观、公正性难度也较大,但这种评价方式能有效地展示学生在真实情境下的所知所能。因此,这种评价方式在课程改革中普遍受到重视。

      探究能力评价作业的设计,应围绕探究过程来进行。作业形式可以是纸笔测验型的,也可以是实际操作型。作业任务可以是探究活动的某些侧面,也可以是完整的实验探究。这主要取决于评价目的和评价规模。实验探究是探究活动中最为完整的探究活动形式。高中生物课程标准的评价建议列举了实验探究能力评价所考查的几个方面,这可以作为设计探究评价作业的参考内容。这些内容如下:

      1)提出问题和作出假设

     确定一个可以通过探究活动回答的问题。

     说出与问题有关的背景知识。

     作出一种可检验的假设。

      2)制定实验计划

     明确实验目的。

     陈述自变量和因变量的关系。

     描述观察或测量变量的方法。

     列出重要的步骤和材料器具。

    3)实施实验计划

     执行实验计划中规定的步骤。

     记录实验现象和数据。

     重复收集实验数据。

     处理实验数据。

    4)阐述和交流实验结果与结论

     根据实验现象和数据得出结论。

     应用有关的科学知识解释结论。

     说出假设是否得到支持。

     完成实验报告。

     对探究过程进行反思和评价。

      为了使比较复杂的探究能力评价活动做到公正、客观、有效,在具体操作时,一般要注意以下几个方面。

      1)明确评价的目标。教师在教学或评价之前就应该明确陈述期望学生达到的实际表现成果是什么。如本文案例3中的概述。

      2)提供适当的问题情境。这实际上就是设计评价作业,教师根据评价目标设计真实的或仿真的问题情境,这种情境能够用来评价学生的表现。如案例123

      3)明晰评价标准。在确立好评价目标和评价作业后,要详细说明教师所期望学生达到的表现标准是什么。为了明确界定表现标准,评价作业要在一定范围内进行预试,或者教师先拿自己做预试,记录并研究预试中出现的各种可能的表现成果。然后,根据对预试的研究,列出构成这些表现成果的重要方面和因素,作为评价的表现标准。如案例3

      4)选择评分方法。评分方法包括整体评分法和分析评分法两种,采用何种方法根据教师需要而定。如果仅仅是评定成绩,则使用整体评分法就可以。如果是诊断学习困难及了解学生熟练表现水准,则以分析评分法较好。使用分析评分法还需要针对评价项目进行权重设计。如案例3

3 科学探究能力评价作业案例

      在设计探究活动评价作业时,可以选择探究过程的某些阶段性的任务作为评价作业内容。换句话说,也就是一个评价作业可以侧重于过程技能的某些方面。评价方式也可以是多种多样的,有的可以通过口头或书面报告的形式进行;有的则通过对学生的书面报告、实际表现,以及探究结果进行综合评价。

      案例1:在云南热带雨林的旅行中,你发现了一种花的新种。这种花有的是橙色,其余的是紫色。你想研究这种花的花色是如何遗传的,这样你就可以发表论文。你假设橙色是显性性状。研究中,你将一株橙色花和一株紫色花分开栽培繁殖,结果后代全部都是橙色花。

      请问:这种结果支持还是否定你的假设?

      你为了取得更多的实验数据,你又做了一个实验,这次你将和前面一样的两种花,放在一起进行栽培繁殖,在40株后代中,22株是紫色花,18株是橙色花。

      请问:这种结果是支持还是否定你的假设?

      案例点评:这个案例,和传统的纸笔测试的题型相似,不同的地方在于问题情景。类似的传统题型往往是给出实验结果,让学生根据结果推导亲本的基因型,或者是给出基因型或表现型推导实验结果。而没有把实验的过程列入问题情景之中。而本案例设计把科学探究过程列入问题情境,实验结果只是实验过程的一部分。这样,和传统题型比较,评价目标和功能就大不一样了。传统题型的评价目标仅仅是生物学理解和应用层次的知识,而新题型不仅包含了理解和应用层次的知识,而且包含探究技能(作出假设、辨别变量、应用证据作出判断等)。

      案例2:一位生物学家探究植物的向光性。她的假设是植物的感光点在植株的顶端。实验中,她用不透光的帽子盖住正在生长的植株的顶端,这些植株就不会向光弯曲,那些没有盖住的植株就会向光弯曲。她得出结论认为,这些实验结果支持她的假设。

      现在假如这位科学家重复做了这个实验10次,每次的实验结果都是一样的。请回答以下问题:

      1)这些重复做的实验:

      a.表明她是出色的实验者。

      b.使她对自己的解释更有信心。

      c.使她更相信自己的实验设计。

      d.使她对实验结果更有信心。

      e.使她对自己的假设更有信心。

      2)下面哪个陈述可能是这位科学家在她的实验中所作的假设?

      a.帽子允许有些光到达植株的顶端。

      b.顶端的帽子的重量不会阻止植株的弯曲。

c.当植株的顶端没有被帽子盖住时,植株会向光弯曲。

      d.植株的顶端能感受光源的方向。

      e.科学家没有做假设。

      3)科学家后来认为,自己在前面的实验中没有进行合适的对照实验。下面哪项可能是最合适的对照实验?

      a.让植株在完全黑暗的环境中生长,观察其是否弯曲。

      b.将植株的顶端去掉,观察其是否会向光源弯曲生长。

      c.用一个透明的帽子将植株的顶端盖住,观察其是否向光弯曲。

      d.将植株放在光源来自四面八方的环境中生长,观察其是否弯曲。

      e.她所用的对照实验,即植株不用帽子盖住顶端的实验,是不用改进的。

      案例点评:这个案例要考察的不是学生对向光性知识点的掌握情况,而是让学生去反思一个真实的科学研究情境。这样评价的目标就包含了构建假设、设计实验、解释数据、得出结论等探究技能,而不是那些识记性的知识。

      案例3:实验探究作业———脉搏(试题)(测试时间:20 min

      作业之前,请认真阅读本指导。本作业由学生独立完成。答案请写在答卷上,答题之前看清题目,答题时可随时参看本指导和自己的数据记录本,字迹要清楚。工作前后请对照器材清单,要爱护器材,遵守有关规章和规程。

      1)概述:本作业是要求学生确定基本脉搏速率并搜集活动时脉搏变化数据,然后组织数据、描述观察到的变化并对其进行说明。主要评价学生进行简单的观察、收集和组织资料、对观察的现象进行归纳推论的能力。本作业大约需要20 min

      材料:①带秒针的钟表;②供活动时上下的楼梯。

      活动指导:你要明确以下是你要做的事,并知道如何做:

      ①知道如何测脉搏并测出自己的脉搏。如果不知道,可以请老师帮忙。

      ②决定从你静止时开始,过多久测一次脉搏。

      ③爬楼梯5 min,每隔一段时间测一次脉搏。

      2)问题:请独立地回答下列问题,并将答案写在答卷纸上:(共100分)

      ①制一张表,记下测脉搏的时间和测量结果。(50分)

②在运动期内你的脉搏是如何变化的?(20分)

      ③你认为为什么你的脉搏会如此变化?(30分)

      案例点评:这是一个完整的实验探究评价作业,作业设计的形式也非常完整。包括评价目标、过程指导、问题情境和评分标准。据有关实验初步研究,这种作业的信度达到0.82,可供评价个人所需。评分者信度也能达到显著水平[7]。为谨慎起见,我们认为,这种作业尤其适合在教学过程中的评价,用于甄别性考试,大面积推广使用,进而作为高考和中考试题形式还有待进一步研究。这个案例的评分标准如下:

      1.1. 测定脉搏速率并记载在表中———数据的表示(20分)

      表中至少有2种变量的测量。

      变量的测量是成对:测量时间和脉搏次数。

      表中设计的项目正确:数据填入相应的项目中并标出单位。脉搏次数是单位时间的脉搏次数。