核心素养下的初中物理实验教学中的实验评价设计

2022年4月，教育部印发了《义务教育课程方案和课程标准（2022版）》。新课标将学习目标由三维目标升华到核心素养，以新课标为代表的文件旨在提高学生的学习质量，减负、提质看似矛盾的两个时代需求对教学工作提出了更高的要求。为此，本文从教学评一体化的角度出发，探索初中物理实验教学的新尝试。在教学评一体化初中物理实验教学中，教师的教与学生的学已经得到了充分研究，评价设计相对单一，主要停留在纸笔评价和实验会考上。本文以沪科版八年级物理第六章第四节《科学探究：物质的密度》为例，探究基于核心素养的初中物理实验教学中的评价设计，采用评价设计量化表推进实验评价，完善初中物理实验的教学评一体化。一、实验核心素养评价设计方案物理是基于实验的科学，实验学习是物理学习的核心，如何从新课程标准出发，有效开展教师教学、学生学习和教学评价呢？如何评价学生实验学习的效果呢？初中物理核心素养是初中物理课程育人价值的集中体现，是学生通过初中物理课程学习逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力。初中物理核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。在初中物理教学中，从学科核心素养出发，围绕“教、学、评”三个方面设计了六个栏目：课标原文、核心素养、核心认知、关键能力、课时测评/实操测评、评价建议·质量水平。各个栏目旨在探索“教”的尺度、“学”的要求和“评”的标准。“教”的尺度由课标内容和核心素养决定；“学”的要求由核心认知和关键能力来体现；“评”的标准由关键能力和课时测评/实操测评来落实。对初中物理实验教学评价，从分组实验、演示实验、跨学科实验三种类型的实验出发，基于课标原文和初中物理核心素养开展教学；学生结合核心认知和关键能力进行学习；设计由关键能力和实操测评落实的“优秀”“良好”或“不合格”三个水平的评价量化表。因为初中物理课程标准未设计“物理学科核心素养的水平划分”，所以评价量化等级参照2017版普通物理高中物理课程标准中附录1的“物理学科核心素养的水平划分”。优秀水平：具有清晰的物理观念，能从物理学视角正确描述和解释现象，提出物理问题与猜想，制定科学的探究方案，选用合适的器材获取数据，发现规律，恰当地使用证据得出结论，能有依据地质疑，撰写研究报告，对科学探究过程与结果进行反思。良好水平：具有物理观念，能从物理学视角描述和解释现象，提出物理猜想，在教师的指导下制定科学的探究方案，使用已有器材获取数据，在交流讨论中发现特点，使用证据得出一定的结论，撰写实验报告，进行反思。不合格水平：具有问题意识，能提出问题，在教师的协助下使用简单的器材收集数据，进行初步的数据整理，对物理存在好奇心。本文以《科学探究：物质的密度》为例，实验评价设计如下。二、分组实验核心素养的评价设计初中物理课程标准要求的测量类必做实验9个，探究类必做11个实验，共20个实验。这些实验均需要采用分组实验，由学生进行实验操作推进教学，才能达到对应的学习要求，覆盖了所有声、力、光、电、热、运动等核心知识点，是学生养成科学探究、科学推理相关能力的方式，是形成科学态度与责任的有效途径，是形成初步物理观念的有力抓手。在发现问题和提出问题环节，学生锻炼观察能力、科学推理能力、以物理视角看待实际问题的能力。在设计实验与制定计划环节，学生锻炼科学推理能力、规划能力。在实验与收集数据环节，学生锻炼规范操作的动手能力，培养收集数据的意识。在分析与论证环节，学生体验变量推理、组合推理等科学推理方式，科学论证所提出问题的合理性。在交流与合作环节，学生学会学习，学会交流，养成严谨认真、实事求是的科学态度与责任。在提出问题环节，优秀水平的学生根据生活经验，提出关于材质和质量与体积的比值可探究的物理问题；良好水平的学生根据生活经验，提出关于质量与密度比值的物理问题；不合格水平的学生根据生活经验，提出物理学科以外的问题。学生从物理学视角看待实验探究问题，明确物理研究的领域，强化科学本质观。在猜想与假设环节，优秀水平的学生根据生活经验，结合科学推理，提出准确猜想；良好水平的学生根据生活经验，提出准确猜想；不合格水平的学生根据生活经验，没有思考地随意猜想。学生由生活经验出发，在生活实际的基础上做出合理推理，得出准确猜想。从生活实际、已有知识两个角度看待新领域，强化科学推理能力。在制定计划与设计实验环节，优秀水平的学生能写出科学探究物质的密度必要的实验步骤，并能按照正确的顺序进行排序；良好水平的学生能写出科学探究物质的密度必要的实验步骤，并能按照一定的顺序进行排序；不合格水平的学生根据所提供的实验步骤，无法进行准确排序，然后开展实验。学生在根据实验测量需要选取合适的仪器，撰写实验步骤，考虑不同实验步骤对实验的影响中，强化科学推理能力。用天平测量液体质量环节，优秀水平的学生能考虑到水的流动性与粘滞性，采用测量两次烧杯与水总质量的差值来测量水的质量；良好水平的学生能考虑到水的流动性，采用测量烧杯与水的质量和空烧杯的质量差值来测量水的质量；不合格水平的学生未考虑到水的流动性和粘滞性问题，直接用托盘装水来测量水的质量。液体的流动性和粘滞性对实验误差的影响较大，在实验过程中，教师要引导学生考虑其影响。学生分析烧杯中水的残留对实验的影响，强化科学探究能力。在分析论证环节，优秀水平的学生通过多次实验寻找到物质密度的普遍规律；良好水平的学生通过实验计算出物质大致的密度；不合格水平的学生通过实验计算出物质的密度错误值。为了使实验结论更准确，学生至少需要完成3—6次的实验测量，通过多样化的实验材料完成多次测量，并尝试说出“同种材料，密度相同”“不同材料密度一般不同”的结论，强化科学探究能力。在合作与交流环节，优秀水平的学生能对石块吸水引起的质量和体积测量的影响进行分析，并定量计算其造成的影响；良好水平的学生能对石块吸水引起的质量或体积测量的影响进行分析；不合格水平的学生对误差来源的种类、方式及其原因无法进行说明。学生在真实情景下展开误差分析，理论联系实际，从物理走向社会。三、演示实验核心素养的评价设计基于实验需求、物理学时、实验硬件条件等综合因素，分组实验往往不能覆盖每一课时，演示实验却能贯穿所有。上至新课讲授，下至复习课强化，演示实验能够根据课程标准要求、重难点突破情况、学生实际掌握情况等进行灵活安排，因此，其评价设计也更显灵活。演示实验要特别注意引导学生观察，演示前明确告知学生观察什么，实验现象不明显的时候，结合多媒体技术，采用慢镜头、电脑投屏等方式进一步展示，保证学生看到清晰的物理现象。在观看“中空石块模型吸水过程”演示实验时，优秀水平的学生通过实验了解石块吸水后体积测量值与真实值的关系，并定量计算吸水对体积测量的影响；良好水平的学生通过实验了解石块吸水后体积测量值与真实值的关系；不合格水平的学生通过实验无法了解石块吸水后体积测量值与真实值不同。学生锻炼对液面变化的观察能力，收集石块和液体总体积的能力，建构简单的石块吸水模型能力。备注：中空石块模型有阀门的空心球体，阀门闭合，球体内部为空气，球体未吸水；打开阀门，水流进入空腔模拟石块吸水。在观察“石块质量变化”的演示实验时，优秀水平的学生观察石块吸水前的质量测量值和吸水后的质量测量值的差异，理解其差值的意义；良好水平的学生观察石块吸水前的质量测量值和吸水后的质量测量值的差异；不合格水平的学生不能明白石块吸水前的质量测量值和吸水后的质量测量值的差异。配合电子秤观察石块入水前后的质量区别，体验科技进步对科学研究的便利，熟悉从物理走向生活，体会科学、技术、社会之间的关系，形成初步的辩证唯物主义世界观。四、跨学科实验核心素养的评价设计跨学科实验教学是对学生掌握知识的内化，将方法与规律提炼成物理观念这一核心素养的有效方式。此处的学科评价设计不仅要兼顾初中物理本身的核心素养，也要兼顾所跨学科的核心素养本身，生成合理的评价设计。在《科学探究：物质的密度》一节，教师布置估测人体各组织的密度实验课后作业，通过实验探究进行跨学科融合。在实验材料选取环节，优秀水平的学生用其他哺乳动物组织代替人体各组织进行研究，明确转化法的本质；良好水平的学生收集人体头发、指甲屑、血液等不损伤身体的材料进行实验；不合格水平的学生无法获取实验材料或者替换材料，导致实验无法进行。学生通过实验的获取锻炼发现问题和解决问题的能力，明确科学思维中转化法的本质，强化转化法的科学推理能力。在实验材料收集与保存环节，优秀水平的学生在合适的时间、合适的地点尽可能选用新鲜材料，采购后用保鲜袋密封保存，防止水分流水，选用材料种类丰富；良好水平的学生选用不新鲜材料或者冷冻材料，选用材料种类单一；不合格水平的学生选用材料变质且种类单一。通过理论联系实际渗透生物学科，强化跨学科实践能力。在体积测量环节，优秀水平的学生采用保鲜膜防水，测量完整组织体积进行实验；良好水平的学生采用保鲜膜防水，测量部分组织体积进行实验；不合格水平的学生直接测量部分组织进行实验。采用保鲜膜隔水后，再对完整的组织进行实验，可以防止细胞膜吸水过多，造成体积过大，进而影响实验测量。骨骼中空部分是骨髓，故而骨骼的真实密度为骨骼和骨髓的平均密度。只有利用完整的骨骼进行实验才能保证骨骼密度测量的准确性，若含有碎骨进行测量，测量误差往往较大，测出来的密度为骨头这种材质的密度。通过完整骨骼类比空心物体，小碎骨类比实心物体强化理解平均密度，学生强化对物质密度的理解。在得出骨骼密度与软组织密度差异的实验结论环节，优秀水平的学生通过实验发现骨骼密度和软组织密度的差异，通过查询资料明确其原因，形成基于密度的生物学结构与功能观的生物核心素养；良好水平的学生通过实验收集骨骼密度和软组织密度，思考其差异的原因；不合格水平的学生通过实验测量骨骼或软组织密度在参照范围之外，导致无法进一步分析，难以得出准确结论。骨骼密度与软组织密度差异的关系，躯干的骨骼起到支撑人体的作用，颅骨起到保护人体最重要的脑部组织的作用，肋骨起到保护人体心肺的作用。支撑与保护需要硬度比较大的材料充当骨架，自然界中生命体体内密度比较大的材料往往由钙构成，钙的密度相对软组织的碳氢化合物密度较大，因此骨骼密度一般大于软组织密度。学生强化跨学科实践能力，形成生物核心素养生命观念中初步的结构与功能观。在得出瘦肉与肌肉密度差异的环节中，优秀水平的学生通过实验与查阅资料，了解肌肉与肥肉的密度差异，并分析其原因，了解基于密度结构与功能相互适应的生物核心素养；良好水平的学生通过实验，知道了肌肉与肥肉的密度差异，尝试分析其密度差异的原因；不合格水平的学生通过实验，大致计算出人体软组织的密度，数据误差过大导致无法进一步分析，难以得出准确结论。肌肉密度约为1.14×103kg/m3，肥肉密度约为1.03×103kg/m3。肌肉的成分水占比55%，蛋白质占比20%，体脂肪占比20%，无机物占比5%。肥肉脂肪占比高达90%，其余占比10%。肌肉更多地提供力量，与骨骼配合保证人体的运动能力；肥肉则充当能量储备，其密度与动物脂肪相接近。学生锻炼跨学科实践能力，形成生物核心素养生命观念中初步的结构与功能观。五、结语“教学评一体化”是在新课程标准的引领下，基于“大单元”教学的过程；是在