美国科学能力计划研究概况述评及启示.docx

    美国“科学能力计划”研究概况述评及启示    龚 伟1，王祖浩2（1. 浙江师范大学 教师教育学院，浙江 金华 321004；2. 华东师范大学 化学系，上海 200062）摘 要：“科学能力计划”是美国罗格斯大学物理学与天文学教育研究小组在分析物理学科发展史、认知技能分类以及吸收相关科学教育工作者反馈意见的基础上提出学生经过物理课程学习后应具备的科学能力，构建了相应的测评框架用于测评学生的科学能力水平发展状况，采取形成性评价的方式让学生一同参与到评价之中从而提供给学生更多的学习机会，促进了学生科学能力的可持续发展考察、分析这个计划，可以引发我们深入思考当下学业水平测评机制，对于建构符合我国实际的科学学科能力测评框架具有启迪价值Keys：科学能力计划；科学学科能力；能力测评G633 ：A doi:10.3969/j.issn.1005-2232.2015.01.009收稿日期：2014-11-20基金项目：教育部人文社科研究基地重大项目“义务教育段科学学科能力模型与测评框架研究”（项目批号：11JJD880024）作者简介：龚伟，浙江师范大学教师教育学院教师，浙江省基础教育研究中心研究员；王祖浩，华东师范大学化学系教授。

通讯作者：龚伟，E-mail：yzugw@《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2012年）》将“坚持能力为重”作为当前基础教育的重要指导思想，我国正着力于开展基于学科能力模型的学业质量标准的研制、以及对学生的学业质量进行测评[1]但长期以来，我国基础教育阶段学生的学业成就标准体系并没有真正建立起来，有关学生学科能力表现及其评价标准的研究还较为弱化，“如何走出知识结构的传统思维，而向能力目标转型”已迫在眉睫学科能力是一个具有严密结构的逻辑整体，学生在每一门学科中具有不同类型、层次的思维活动和行为表现，而如何有效培养与准确测评学生学科能力的相关研究日益引起重视我们课题组经过三年时间的研究，对学生科学学科能力表现作出定性规定，并借助纸笔测试从科学思维静态结果的视角检测了学生的科学学科能力发展现状[2,3]然而，学科能力始终处于动态的变化发展之中，纸笔测试无法表征学生学科能力水平发展的全貌美国“科学能力计划”致力于科学能力过程性评价的研究，为进一步优化和扩大中小学科学课程的学科能力研究给予方法论意义上的参考，也为我国基础教育阶段有效开展学生学业质量评价提供重要启示，本文将阐述这一计划的具体研究过程以及实际操作方法，并对其借鉴意义进行思考。

一、“科学能力计划”的研究起源美国“科学能力计划”（Scientific Abilities Project, SAP）是在美国国家科学基金会（National Science Foundation, NSF）学生学业评价项目（Assessing Student Achievement, ASA）的支持下，由美国罗格斯大学物理学与天文学教育研究小组（Rutgers Physics and Astronomy Education Research group）展开研究（以下简称罗格斯研究小组）[4]该项研究以物理学科为载体，致力于科学能力形成性评价的探讨，以此帮助学生实现“科学过程”的目标1996年版的美国国家科学教育标准从六个方面[5]对能力提出了相应的要求，这对美国乃至世界范围内的科学教学与评价发展起到了一定的指导作用但罗格斯研究小组研究发现，“即使改革最多的物理学导论课程也没有集中地发展学生的这些能力，而是重在评估他们”，“形成性评价的关注重点也主要是测验学生对概念的理解”，“几乎没有测验工具用来评估学生是否能够设计和进行调查、沟通或者辩论科学论点”，等等[6]因此，罗格斯研究小组基于改变以往科学教学中所存在的“重认知，轻过程”“学生能力培养缺乏抓手”“教师无法评估学生能力水平”等现象，致力于研制一套形成性评定任务和评估准则，以期达到对学生科学能力进行有效测评与培养相结合的目的。

二、“科学能力计划”研究历程（一）研究的整体设计为了使教师与学生顺利开展形成性评价，桑德勒（Sadler）以问题的形式提出了在进行形成性评价前应明确的三条原则：① 你打算去何方？（Where are you trying to go?）——明确学习活动所要达到的目标；② 你现在所处的位置在哪？（Where are you now?）——正确诊断学生现有的学习水平；③ 你如何到达那里？（How can you get there?）——帮助学生达到目标而提供策略和技能[7]桑德勒的三个提问为罗格斯研究小组针对科学能力的研究提供如下研究线索（见图1）：“究竟什么是科学能力？”“如何确立科学能力要素？”“科学能力由哪些要素构成？”“如何测评学生的科学能力？”“测评结果如何促进学生科学能力发展？”（二）科学能力的内涵“科学能力计划”中所指的“科学能力（Scientific Abilities）”是指科学家们在构建科学知识体系和解决科学实验问题时所使用的重要程序、过程及方法在科学学习中，学生的科学能力与科学过程技能（science process skills）不同，它不是一种自动化（automatic）技能，需学生深入思考后批判性地习得。

[6]罗格斯研究小组在深入分析物理学科发展史、认知技能分类以及广泛听取相关科学教育工作者反馈意见的基础上，归纳总结出学生经过物理课程学习后应具备的科学能力有：● 用多种方式表述信息；● 使用科学仪器进行观察实验，并收集用以解释现象、检验假说以及解决实际问题的相关证据；● 加工处理并整合证据，构建模型解决问题；● 对模型进行多方面解释，并能基于新获得的证据对模型作出相应修改；● 对某实验设计、结果或问题解决方案进行评价[8]（三）科学能力测评工作的具体实施1. 科学能力的分解由相关学习理论可知，学习是一个复杂的认知过程，可在一定程度上通过具体的行为表现出来罗格斯研究小组在列出学生所需发展的科学能力后，开始根据形成性评价活动的具体要求设计评价标准来指导他们的学习，该评价标准又将每一个能力分解成更小的子能力（Sub Abilities），即学生的能力行为表现通过这样的分解，科学能力的宏观要求就细化成了学生能力行为表现的微观描述，评价标准更具操作性这里以“用多种方式表述信息”与“收集和分析数据”为例，考察对学生科学能力表现的具体要求（表1）2. 能力水平的区分学生在学习不同科学内容时需要不同的科学活动，这些科学活动对学生的思维有不同的要求，如有些科学活动仅需要学生简单识别，有些科学活动需要学生进行判断推理。

因此，罗格斯研究小组根据不同的认知要求，采用“0-3分”的模式（Scoring Rubrics）描述学生每一个子能力的行为表现（0-缺失的；1-不完整的；2-需要改进的；3-完整的），表2是“收集和分析数据能力”的完整评价标准3. 科学活动的设计罗格斯研究小组在细化能力列表的同时，开发设计了学生能够在复习课和实验室完成的活动，主要涉及两种类别的评价任务一类为监督者评价任务（supervisory evaluation tasks），在这类任务中学生表现得像个主管来评估别人的工作（通常是一个虚拟朋友的工作），必要时还需对所评估的工作进行修改另一类为综合评价任务（integrated evaluation tasks），在这类任务中学生对自己的工作进行评估与修改学生所要求进行的活动可能是一个问题的解决方案（problem solution）、实验设计（experiment design）、实验报告（experiment report）、概念性要求（conceptual claim）、被提议的模型（proposed model）监督者评价任务是为了帮助学生们明确能力目标、标准、评价策略的使用方法，而综合评价任务则鼓励学生将评估融入到他们的学习行为中。

在任务使用上，罗格斯研究小组建议在学习的最初几周使用监督者评价任务，让学生熟悉评价细则，然后过渡到综合评价任务，让他们在使用策略评估和纠正自己工作时获得进步这里展示了一个在实验室操作完成的关于应用型实验的例子，这个活动将帮助学生培养他们设计应用型实验来解决实际问题，以及收集和分析数据的能力4. 科学能力的测评评价的关键在于其质量而不是是否存在，必须是基于客观评价标准的详细描述，而非仅仅提供字母等第布莱克（Black）和威廉（Wiliam）的研究发现，利用形成性评价对学习效果产生的效应远大于其他任何的教育干预（效应大小为0.4-0.7），而且对于表现不佳的学生的影响比较大；同时，在形成性评价活动中个人评价（self-assessment）比单一由教师作出评价提供更多有价值的反馈信息，“个人、小组、大组反馈机制（individual, small-group, large-group feedback system）”可以促使学生在活动中有更多的收获[9]因此，罗格斯研究小组所提倡的评价工作具体如下：每九个人为一小组（八个人为记分员，另外一个是被测对象），被测对象完成活动项目后离开，其余八名记分员被要求按照统一的格式依据评分标准给被测对象打分；然后将所有得分统计在一起，并讨论彼此评分出入较大的项目；最后，基于这些讨论修改评分标准中的细则，修改后再次对一名新的被试对象进行重新打分，如此反复的过程要进行到评分者信度达到80 %或更高的一致性。

有时，学生本人（被测对象）也被要求参与评估，他们也需要根据标准自我评价、共担责任，并根据评价结果而采取相应的改进行动5. 科学能力的发展“科学能力计划”有两个重要的目标：其一是验证学生参与形成性评价任务是否的确获得了相应的评价能力；其二是探明学生评价能力的改善是否有益于他们科学能力的发展对此，罗格斯研究小组采用对照实验来验证上述两目标的实现，让实验组学生对相关作业进行评价研究结果表明，实验组学生在自我评价过程中掌握了对特殊情况的分析（mastery of special-case analysis）是他们能力提升的主要原因科学能力计划”基于物理学科特点建构的科学能力测评模型是一个开放的、动态的发展模型，要求教师和学生共同理解学习目标该计划力求设计促进学生发展的科学问题（科学活动），通过教师评价、同伴互评和自我评价等方式对学习情况进行持续性监控，不断发现问题并及时进行反馈与调整，使得所有学习者的科学能力在整个学习过程中得到持续发展这样的做法测评了学生对科学和世界本质的理解程度并将评价导向更深层次的能力评价，不仅突出了测评任务的学业成就评估功能，而且发挥了其诊断与教学功能，更好地促进了学生的学习。

三、对“科学能力计划”的思考科学教育的目标是“提升学生的科学素养”，而科学素养的关键所在是培养学生的能力科学教育必须为学生的未来发展所具备的能力奠定基础，基于实证研究的美国“科学能力计划”的相关研究成果为我国基础教育工作者们从科学学科层面上探讨能力的测评带来了启示与挑战：（一）就科学学科能力内涵而言，必须考虑学科的“特质性”我国国内学者基本上是从心理学的角度来定义学科能力，引用最多的是林崇德（1997）率先提出的“学科能力是成功解决学科问题或完成学科任务的个性特征”[10]这种将心理学所界定的能力冠以学科即为“学科能力”的定义具有一定的抽象性，使得学科教师在教学中往往不能准确把握能力培养与评价的本质要求，其实践指导性意义欠缺科学能力计划”从物理学科本质特点出发并接受一线教师的反馈意见提出学生经过物理学科教育后应具备的科学能力，每一项科学能力还包括不同水平层级的次级能力，给我们带来了有价值的启示我国要在基础教育阶段科学学科层面上构建一个与课程标准相对应的能力标准，则必须更加关注从学科视角分析科学学科的本质特点。