科学新课标解读与实践：科学素养测评中情境化试题的命制技术

科学新课标解读与实践：科学素养测评中情境化试题的命制技术摘要情境化试题具有诊断学生学科素养的发展情况、测评学生科学探究能力的发展状况、评估学生高阶思维的发展水平、唤起学生学习的积极情感体验等方面的作用。情境化试题设计的三要素是真实情境、核心问题或任务、表现期望。设计情境化试题需要重视试题素材的收集、确保作答任务与真实情境强关联、为特定情境匹配适宜的题型、基于科学探究的基本要素设计作答任务、情境描述与规定作答时间相匹配。关键词情境化试题；试题设计；命题；科学素养测评正文通过情境化试题来评估学生的学业或素养已成为国内外常见做法[1]。笔者所在课题组10多年一直参与区域初中生科学素养测评与诊断改进项目，共研发超过2700道科学素养测评试题，其中情境化试题超过1800题。据此测量出的结果与数据成为我国区域基础教育质量分析与改进的重要依据之一。如何设计符合学科特点的情境化试题？笔者认为需要回答以下3个子问题：针对特定学科，情境化试题能够发挥的作用是什么？设计要素有哪些？需要哪些设计策略？对这些子问题的研究和梳理有助于进一步深入理解情境化试题的命制技术，从而提升命题水平，提升能力考查的有效性。本文以科学素养测评为例，探究情境化试题的命制技术。

1科学素养测评中情境化试题的作用在科学素养测评中，情境化试题主要是指以真实的科学学科情境为素材编制的试题，这些试题通常用以考查学生思考问题的条理性、深刻性和独特性，考查学生探索未知领域、独立解决问题的能力，特别是考查学生在真实情境中综合应用所学知识发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。以区域初中生科学素养测评与诊断改进项目为例，情境化试题是这个测评工具的主要试题类型，其发挥的作用主要有以下4个方面。1.1诊断学生学科素养的发展情况学科素养主要用于在复杂情境中解决复杂问题[2]24。评价一个情境是否复杂，主要取决于要调动多大数量的知识、技能和态度。难度不是来自于要使用的每一次运算，而是来自于如何把这些运算联结在一起[3]102。情境认知理论也认为有意义的学习产生于一定的复杂情境中。由此可知，来自不同领域的观点高度一致地指向了复杂情境，这些都表明学科素养的测评离不开情境，特别是复杂情境。复杂情境在情境化试题中通常表现为题干中图片、图表等特定的科学现象或数据，这些试题要求学生通过对这些基于真实科学探究材料的阅读、解释、推断、预测、估算以得出结论，从而实现对学生在复杂情境中解决复杂问题的能力评估。1.2测评学生科学探究能力的发展状况科学探究能力是科学素养的核心。《义务教育科学课程标准（2022年版）》课程目标中明确要求学生形成科学探究的意识，理解科学探究是探索和了解自然、获得科学知识、解决科学问题的主要途径，理解科学探究的基本要素，具有初步的科学探究能力。在科学素养测评中，科学探究能力也被称为科学学科的关键能力，《中国高考评价体系》指出，关键能力是指学习者在面对与学科相关的生活实践或学习探索情境中的问题时，有效地认识问题、分析问题、解决问题所必须具备的能力[4]。综上可知，无论是从科学探究能力本身的考查，还是从科学探究能力作为科学学科的关键能力来说，科学探究能力的测评都离不开情境。1.3评估学生高阶思维的发展水平高阶思维的发生过程是一个运用知识的过程[5]99。当一个人把新的信息和记忆中储存的信息进行相互关联或重新组合，并拓展这些信息去实现一个目的或找到复杂情境中可能的解决方案时，高阶思维能力才会被激发和运用。心理学视野下的高阶思维一般包括创造性思维、问题解决、决策等[5]100，其中：创造性思维的评估要鼓励学生创造性地思考问题、解决问题，其实现途径是设置新颖或陌生的试题情境和设问方式，考查学生完成开放性或探究性任务的能力[6]；问题解决指的是学习者把原有的概念和规则进行综合，在新的情境中加以应用并得到新认知成果的能力[7]；决策是对解决方案的评估和选择[5]83。情境化试题内含一定的知识元素，具备真实问题的不确定性、开放性和复杂性，学生需要根据已有的知识经验对问题情境进行信息处理，对问题作出表征和判断，在问题分析和思维发散的基础上形成对问题解决方案的种种假设，并在认知监控中完成对问题解决的评价和决策。在这一过程中，学生的学科知识和生活经验以问题为中心完成整合，学科能力也顺利迁移成实际问题解决能力[8]168-169。区域科学素养测评项目中的情境化试题，特别是应用维度的情境化试题全部取材于日常生活、环境与社会或科学研究情境，内含核心科学问题解决场景，要求学生创造性地解决科学探究过程中的真实问题，从而实现对学生高阶思维的测评。1.4唤起学生学习的积极情感体验教育评价事关教育发展方向，有什么样的评价指挥棒，就有什么样的办学导向[9]。试题作为教育评价的基本组成单位，承担着指挥棒的功能。那些由非情境化试题占多数的试卷及其导向下的教学，更多地是对学生低阶思维的评价，不利于促进学生高阶思维的形成。快速发展的现代社会需要个体更多地发展高阶思维，因此，在各种考试中使用更多的情境化试题评价学生的高阶思维发展水平，无疑具有引领教学重心的转向功能[8]168。现代教学的一个首要目标是“使学生准备好去解决他们从来没有遇到过的问题”，教学生学科学不是为了让他们能够通过科学测试，而是要他们能够理解和认识世界[10]77。科学教学中的理解和认识世界无疑是在与科学相关的工作情境中认识和理解世界。情境化科学试题创设的本质正是为学生提供一个合法的边缘性参与科学工作的场景，对学生在科学工作场景中能做什么、不能做什么的表现进行收集与分析，基于证据对学生的科学学业质量作出评价。与此同时，试卷中一个个科学工作场景的呈现，还会使学生感到科学知识的学习是为了解决现实生活中的真实问题，从而使他们感到科学知识的实用性，最终唤起他们对学习的积极情感体验。情境化试题通过情境定位学习的意义，这不仅有利于引导学生思考如何运用所学知识，还有利于问题解决能力的培养与形成，有利于增强学生学习的期望和主动性，有利于引导教学一线关注对学生高阶思维的培养。

2情境化试题设计三要素情境化试题的设计离不开真实情境、核心问题或任务、表现期望3个要素，且这3个要素缺一不可。并非所有的真实情境都能被设计成情境化试题，因为还取决于是否能在真实情境中挖掘到合适的核心问题或任务。2.1真实情境情境是指真实的问题背景，是以问题或任务为中心构成的活动场域[2]36。情境是情境化试题区别于其他试题最明显的要素，但这里要强调的是真实情境。笔者所在课题组基于10多轮行动研究，对情境化试题的基本要素形成一些基本共识，其中最基本的共识就是：所有的试题情境都必须真实可靠，绝对禁止在真实生活和科学研究中不会也不可能出现的假情境。一个优质的情境化试题犹如一个热点新闻话题，可以一下子吸引学生的眼球，让学生感到新颖、有趣，甚至不可思议。学生会立即想知道为什么会这样、结果会怎样，会想一直探究这个问题直到发现真相，甚至对情境及其中的问题欲罢不能，愿意花时间、花精力研究；而这一系列学习欲望与兴趣被激发的根本原因，正是由试题情境的真实性所带来的。每年的科学素养测评工具研发都会对试题进行小规模的试测和访谈，访谈中会问参测者最喜欢哪些试题。回顾历年访谈结果发现，最受欢迎的试题基本上都具有让人回味无穷的真实情境。一个让人回味无穷、欲罢不能的真实情境，会使读者和这个情境维系一种积极的情感关系，情境能把读者调动起来、活跃起来，激发进一步的学习动机[3]137。在试题素材收集阶段，一个好的真实情境出现时，有经验的情境化试题设计者往往会不自觉地被吸引，感到兴奋不已，这也从直觉角度证实了真实情境的价值。一般来说，一个真实情境并不一定能够转化为一个好的情境化试题，但一个好的情境化试题一定来源于真实情境。没有真实情境，情境化试题将无从谈起。2.2核心问题或任务核心问题或任务是基于情境提出的需要学生回答的问题。当足够数量的真实情境被收集到时，情境化试题的设计才真正开始，这就像有了一些好布料后开始思考如何将其加工成一件高品质的时装。与其他试题不同，情境化试题的问题或任务必须从情境中精心挖掘和提取，一个好的情境可能本身已经自带了一个好的问题，但这个好问题不会自己跳出来，需要有经验的试题设计者发现素材中最有价值的自带问题。例如，我们路过一块草莓地，看到果农用黑色和透明色2种薄膜对草莓地的不同区域进行遮盖，有经验的试题设计者看到这个情境马上提出一些问题，如：为什么要用薄膜遮盖草莓地？为什么要用2种颜色的薄膜？用薄膜遮盖草莓地基于哪些科学原理？如何知道遮盖了薄膜的草莓比不遮盖的更好？不同的薄膜会有哪些不同的效果或者功能？是否可以推断遮盖了薄膜的草莓可能比不遮盖薄膜的草莓长得更好？如果遮盖了薄膜的草莓地比不遮盖薄膜的草莓地产量更高/品质更好，如何解释这种产量的提升或品质的改善？然后，试题设计者要考虑的就是把这些问题转化为需要学生完成的任务。在素材讨论阶段，试题设计者应尽可能围绕情境提出各种想探究的问题，尽可能把所有问题研究清楚，这个研究可以自己做实验，也可以查阅文献。当所有提出的问题都弄清楚后，有经验的试题设计者就能依据自身的学科背景知识和熟知的测试框架，从众多问题中挑选出那些适合测试内容的核心问题或任务。实际上，在对初始问题的研究过程中，学科知识会与特定问题逐渐匹配，情境所蕴含的知识与技能考查切入点也会逐渐形成。在初始问题中，有一些相对封闭，也有一些是简单问题，还有一些与拟测评内容不相干，甚至还有一些测评对象暂时无法理解、也弄不清楚的问题，所有这些问题都是要抛弃的问题，剩余那些依存学科核心知识和任务的问题才是与情境相匹配的核心问题或任务。2.3表现期望表现期望是指试题希望测量的学生的心理特质，对应于测量框架或指标体系的各个维度，且具有层次性。一个不熟悉试题设计与测试框架的人，仅依据某个情境化试题就准确解读试题的表现期望，可能有一些困难，这也正是测试工具研发工作需要高度重视双向细目表的原因之一。为了反复确认试题设计者对自己所设计试题的属性及其在试卷中的功能是清晰、合理的，也为了让与测试相关的其他人员对试题有一个清晰的理解，每一个试题的表现期望都会按照测试框架的基本维度清晰地呈现在试卷双向细目表中。情境化试题的表现期望通过作答任务和情境共同传达给学生。情境化试题自带的真实情境传达的表现期望是，知识的学习最终是为了解决真实生活或职业情境中的真实问题，这也正是情境化试题能够引领教学重心的转向、唤起学生学习的积极情感体验的根本所在。

3情境化试题的设计策略从命题素材到一个成熟的情境化试题，中间要经历严密而复杂的打磨过程，这一过程是技术加工的过程，是需要精心安排的过程，更需要基于实践经验的设计策略来保障。3.1重视试题素材的收集好情境在情境化试题的设计过程中是一个逐渐浮现的过程。一开始，即便是有经验的试题设计者，往往也只能意识到某个素材有被开发成情境化试题的潜力与可能。这种素材往往来自于一个有科学探究习惯的教育研究者的职业敏感，它可能是一次驻足观察的经历，一次野外科学考察中的发现，一个实验探究中的困惑，一个有待澄清的争执，还有可能是来自某本书籍、网站或者新闻中的一个说法、一张照片、一个猜想、一个有待验证的推测……总之，这些能够引起教育研究者职业敏感的事物，往往蕴含一定的科学原理或科学问题。接下来，有经验的试题设计者就会从原始素材出发，与素材发现者进行深度讨论，逐步澄清素材中蕴含的科学问题或任务，并将核心问题和任务还原到原生情境中。最后，原始素材经过有经验的命题专家的选择、加工、打磨之后，最终成为真正的试题情境。基于以上描述，想要获得一个好的真实情境，就必须在前期收集大量新颖的命题素材，这不仅依赖于有科学探究习惯的命题团队成员的分享与讨论，更依赖于头脑风暴所提供的氛围，因为只有在畅所欲言、自由思考的氛围中，才会尽可能多地释放可能的试题素材。一方面，每个人对科学的兴趣、认识、思考与探究经历都是独一无二的，用头脑风暴的方式提供一种宽容、开放、相互激发灵感的氛围，让那些沉睡在参与者记忆中的鲜活的、真实的情境素材尽可能地涌现出来，是情境化试题设计的第一步，也是获得一个好情境最为关键的一步；另一方面，一个人的经历和视野也是有限的，试题设计者需要不断地从新成员所带来的新素材和新眼光中汲取新的灵感。此外，情境化科学试题的设计者还应该有随时收集、记录、保存试题素材的习惯。好的试题素材与思路通常只存在于一念之间，当脑海中闪现创意时，迅速记录是非常有效的方式。建立一个情境化试题素材收集备忘录，并进行常态化的试题素材收集，也是好情境收集的有效策略之一。举例来说，一位试题设计者在逛公园时突然发现有些树木竟然在“打吊针”，于是他将这一现象拍照留存。在之后的命题头脑风暴活动中，命题团队成员从不同角度对照片（图1）中树木输液的现象提出很多感兴趣的问题，如：“树木输液跟人输液是一样的道理吗？”“人输液时针头接到静脉里，树木输液针头会接到哪里？”“树木输液的成分会是什么？”“树在什么情况下需要输液？”。通过对树木“打吊针”现象的各种追问与讨论，该素材的核心问题和任务逐渐明晰，再加上后续有针对性地进一步深入观察探究，一个基于真实科学探究情境的试题被设计出来，见例题1。3.2确保作答任务与真实情境强关联在情境化试题中，确保作答任务与真实情境强关联是非常重要的技术之一。新手在设计情境化试题时，很容易出现一些无需材料就能作答的题目，这往往是他们还没有理解作答任务与情境应该相互依存造成的[10]211。情境化试题测评的是学生在新情境中运用已有知识的能力。这就要求试题设计者要善于在一个全新的情境中洞察那些隐藏于其中的学生熟悉的知识，挖掘那些隐含其中的核心问题或任务，确保作答任务与具体情境强关联。举例来说，一位有经验的试题设计者发现厨房有一个红薯发芽了，并且越长越高，他拍下照片（图2）并提出问题：“在红薯苗长高的过程中，红薯的质量是减轻还是增重？为什么会发生这样的变化？”结合课本知识可知，植物在发育过程中，一方面通过呼吸作用消耗营养物质，另一方面进行光合作用并合成有机物储存在体内。通过上述追问、思考和挖掘，一道作答任务与真实情境强关联的试题被设计出来，见例题2。此外，还可以根据实际测量的发芽红薯的数据变化设计一道试题，让学生对数据进行解释，如例题3。3.3为特定情境匹配适宜的题型情境化试题适宜的题型主要有问答题和选择题，具体到某个情境是适合选择题还是问答题，一般由核心问题或任务的开放程度决定，开放程度高的核心问题或任务建议匹配问答题，反之则适合选择题。如果问题情境比较复杂，提供的信息量也较大，可将其开发为问答题或问答题与选择题都有的组合题。举例来说，某素材的情境涉及的知识包含扦插时植物发生的结构改变、蒸腾作用、呼吸作用和光合作用，信息量大、核心问题的开放程度较高。这些素材既可以设计为选择题，也可以设计为问答题，但如果仅仅设计成选择题会浪费素材信息，因此设计为问答题更加合适，见例题4。3.4基于科学探究的基本要素设计作答任务科学探究涉及提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流和反思评价等要素[11]。每个具体的科学情境所包含的知识背景、任务和问题不同，能考查的学生能力也不同；因此，根据情境化试题的情境来源、考查功能和科学探究的基本要素，将情境化试题划分为不同的考查方向是必要且可行的。笔者开展的实践研究证明，按照科学探究的基本要素对情境化科学试题的作答任务进行设计是可行的。情境化科学试题的情境一般来自科学家的科学研究或学生的科学探究活动。在设计试题时，把真实科学研究中与学生所学科学内容相关的数据、实验现象呈现出来，要求学生根据已知信息得出结论，并对结论进行解释，见例题5。例题5：为研究疏果套袋对枇杷结果情况的影响，浙江省某研究团队将8km2的枇杷果林分成相同的2组，对其中一组实行疏果套袋，另一组不作疏果套袋处理（对照组），其他管理措施一样。枇杷采收