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文檔簡介
摘要:目前,數(shù)字技術(shù)戰(zhàn)略行動深入推進,人工智能、傳感器等新技術(shù)或新產(chǎn)品在教學(xué)中應(yīng)用日益普及,正在助推教育評價改革。我國基礎(chǔ)教育質(zhì)量檢測仍然以紙筆測試為主,對于學(xué)生學(xué)業(yè)的評測,主要考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識和基本技能,并且存在評價方式相對單一、評價反饋相對滯后、難以滿足大規(guī)模評測需求等問題。為了彌補評測方面的不足,借鑒國際學(xué)生評估項目PISA中數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗,融合數(shù)字化傳感器的優(yōu)勢,提出科學(xué)素養(yǎng)評價方案,有利于改進我國基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測支撐體系,豐富科學(xué)素養(yǎng)評測方式,加強試題的情境化設(shè)計,改變科學(xué)素養(yǎng)考評重點,優(yōu)化數(shù)據(jù)收集與分析,培養(yǎng)適應(yīng)時代的新人才。關(guān)鍵詞:數(shù)字技術(shù);科學(xué)素養(yǎng)評測;傳感器;計算機交互2023年教育部等十八部門發(fā)布的《關(guān)于加強新時代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》明確指出要加強數(shù)字技術(shù)在科學(xué)教育中的應(yīng)用,提出了教育數(shù)字化行動綱領(lǐng)。以人工智能、虛擬情境、云計算及數(shù)字化設(shè)備為代表的數(shù)字技術(shù)對現(xiàn)代社會產(chǎn)生了深遠的影響和推動作用。數(shù)字技術(shù)在科學(xué)素養(yǎng)評測方面涉及實時數(shù)據(jù)采集的傳感器設(shè)備和人機交互式問答程序及數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)分析等方面。國際學(xué)生評估項目(簡稱“PISA”)對科學(xué)素養(yǎng)的界定為:學(xué)生應(yīng)用科學(xué)的知識來確定問題,能夠基于相關(guān)證據(jù)得出結(jié)論的能力。學(xué)生有此能力可以更好地認(rèn)識自然、理解自然,并且通過調(diào)整人類活動來更好地適應(yīng)自然。目前互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展,計算機的應(yīng)用基本普及,設(shè)計動態(tài)、模擬的計算機任務(wù)評測學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)已成研究熱點,按照新思路設(shè)計科學(xué)素養(yǎng)評測方案,將帶來新的可能,引發(fā)新的變革。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》(以下簡稱“課標(biāo)”)指出學(xué)生科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任四個方面。筆者提及的科學(xué)素養(yǎng)與課標(biāo)提出的核心素養(yǎng)在基本內(nèi)涵上是一致的。一、數(shù)字技術(shù)在PISA科學(xué)素養(yǎng)評測中的應(yīng)用及特點在國際大規(guī)??茖W(xué)素養(yǎng)評測中,研究者逐步發(fā)展了基于信息和通信技術(shù)(InformationandCommunicationTechnology,ICT)的單元評估系統(tǒng)[1]。國際學(xué)生評估項目PISA在最新發(fā)布的《2025年P(guān)ISA評估框架》中指出,新的評測項目都是基于計算機平臺開發(fā)的。該平臺要求學(xué)生按照計算機的提示,在計算機搭建的虛擬情境下逐步完成評價任務(wù)。下面以PISA2015公開的樣題為例,分析數(shù)字技術(shù)在PISA科學(xué)素養(yǎng)評測中的應(yīng)用及其特點。(一)應(yīng)用數(shù)字技術(shù)呈現(xiàn)評測題目,模擬真實世界問題情境科學(xué)素養(yǎng)評測正朝著情境化和智能化方向發(fā)展,教師可借助數(shù)字技術(shù)為學(xué)生呈現(xiàn)問題和場景,從而更科學(xué)地評估學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平。在PISA樣題“在炎熱的環(huán)境中跑步”評測單元中,在數(shù)字技術(shù)加持下呈現(xiàn)了在炎熱天氣中跑步可能導(dǎo)致脫水和休克的情境。題目以文字、圖片、表格或模擬實驗等方式呈現(xiàn)(如圖1)。模擬實驗部分由參數(shù)調(diào)節(jié)器和數(shù)據(jù)表格組成,學(xué)生可以調(diào)節(jié)“氣溫”和“空氣濕度”滑塊按鈕,模擬當(dāng)時跑步環(huán)境下的溫度和空氣濕度,并選擇是否飲水。學(xué)生點擊運行按鈕后,人在跑步過程中的出汗量、失水量和體溫等示數(shù)會存儲在下方的數(shù)據(jù)表格中,支持其完成評測任務(wù)。在PISA科學(xué)素養(yǎng)評測中,每個評測單元圍繞同一情境設(shè)計題目,并且實驗?zāi)M系統(tǒng)建立在簡化的數(shù)學(xué)或物理模型之上。與以文字和圖片呈現(xiàn)題目的紙筆評測相比,數(shù)字化評測更具優(yōu)勢:借助數(shù)字技術(shù)動態(tài)呈現(xiàn)評測試題,為學(xué)生帶來生動直觀的感性認(rèn)識,以及具有啟發(fā)性的評測體驗。數(shù)字化評測系統(tǒng)不僅對學(xué)生的程序操作進行引導(dǎo),幫助他們克服計算機操作上的障礙,而且對他們的作答思路進行引導(dǎo),有助于循序漸進地完成評測任務(wù),進而全面展現(xiàn)他們的能力。(二)應(yīng)用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)交互式考查,注重學(xué)生能力評價PISA科學(xué)素養(yǎng)評測的科學(xué)性體現(xiàn)在:不僅考查學(xué)生知識水平,而且評估學(xué)生科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐和態(tài)度責(zé)任等核心素養(yǎng)。傳統(tǒng)的紙筆測試模式下,教師用選擇題、填空題、判斷題等形式考查,以學(xué)生提交的最終答案為單一評判標(biāo)準(zhǔn),忽略了對學(xué)生探究過程的評價。在數(shù)字技術(shù)的加持下,教師采用交互式作答的形式進行考查,能夠更準(zhǔn)確全面地評價學(xué)生。學(xué)生完成交互式的任務(wù),需要模擬真實的科學(xué)實踐,必須經(jīng)歷作出假設(shè)、設(shè)計并完成實驗、收集數(shù)據(jù)、形成結(jié)論、質(zhì)疑驗證這五個實驗探究環(huán)節(jié),并在實驗探究中回答相應(yīng)問題。在PISA樣題“在炎熱的環(huán)境中跑步”評測單元中,學(xué)生在熟悉和明確了休克、失水指標(biāo)含義后,就一直圍繞該問題(情境)進行思考和探索,模擬人在不同溫度和濕度環(huán)境中跑步,觀察人在跑步后身體溫度和失水量的變化,并回答相關(guān)問題(完整試題見表1)。在問題1中,命題人設(shè)置了一個特定情境,讓學(xué)生按照題目要求調(diào)試,通過得到的數(shù)據(jù)回答問題,這有助于學(xué)生熟悉操作系統(tǒng),為接下來的探究奠定基礎(chǔ)。在問題2中,命題人只限定了溫度和空氣濕度,要求學(xué)生探究人在跑步中飲水對脫水和熱休克的影響,并選擇表格中的實驗數(shù)據(jù)(組)支持自己的結(jié)論。此題中,命題人控制變量讓學(xué)生設(shè)計實驗,并回答問題。在問題3中,命題人只給定跑步環(huán)境中的空氣濕度,要求學(xué)生探究一個人跑步一小時不發(fā)生熱休克的最高氣溫是多少,這進一步提高了實驗設(shè)計難度。此外,學(xué)生需要選擇表格中的相關(guān)數(shù)據(jù)來支持自己的結(jié)論。在問題4中,學(xué)生無法直接選擇題干中給定的50%空氣濕度環(huán)境,而是分析在40%空氣濕度和60%空氣濕度環(huán)境下跑步后得到的數(shù)據(jù),加以推理,進而判斷在空氣濕度為50%、氣溫為40℃可以飲水的環(huán)境下跑步安全還是不安全,同時學(xué)生還得模擬操作并收集數(shù)據(jù)后做出選擇并從表中選取兩行數(shù)據(jù)支持答案[2]。整個單元題目通過問題設(shè)計的內(nèi)在聯(lián)系來引導(dǎo)學(xué)生的作答思路,與此同時,學(xué)生在給出題目答案的同時,還要選擇表格中的數(shù)據(jù)來解釋為什么支持他們得到的結(jié)論。測試者以人機交互的形式,模擬真實的科學(xué)探究過程,對學(xué)生的評價也不再局限于最終結(jié)果是否正確,將他們選擇支持結(jié)論的證據(jù)也列為考核項目,判斷其能力水平。二、數(shù)字化傳感器在科學(xué)素養(yǎng)評測中的結(jié)合應(yīng)用及優(yōu)勢(一)傳感器在科學(xué)素養(yǎng)評測中的應(yīng)用途徑隨著信息技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字化傳感器這種具有靈敏度高、數(shù)據(jù)可視化、操作便捷等特點的器材被廣泛應(yīng)用于科學(xué)素養(yǎng)評測中。在信息技術(shù)和專用軟件等一系列工具的加持下,傳感器可以將實驗裝置中的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出。其工作原理如下:傳感器將采集的信息轉(zhuǎn)化成電信號,通過數(shù)據(jù)采集器進而轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,并反饋到計算機軟件,最終通過數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室(DISLab)系統(tǒng)將實驗結(jié)果以可視化圖形呈現(xiàn)。在科學(xué)素養(yǎng)評測過程中,學(xué)生借助傳感器系統(tǒng)可以快速采集實驗數(shù)據(jù),監(jiān)控信號量的實時變化,獲取信號變化曲線并保存。學(xué)生對數(shù)據(jù)進行分析,找到證據(jù),完成評測任務(wù)。(二)傳感器在科學(xué)素養(yǎng)評測中的應(yīng)用優(yōu)勢融合應(yīng)用計算機和傳感器開展科學(xué)素養(yǎng)評測,為學(xué)生提供了直接參與探究實驗的機會——學(xué)生在已有知識的基礎(chǔ)上做出合理假設(shè),設(shè)計實驗方案,通過傳感器在電腦上實時獲得可視化的數(shù)據(jù)。數(shù)字化傳感器具有定量、直觀、實時、準(zhǔn)確等優(yōu)點,彌補了傳統(tǒng)實驗耗時長、器材多、不精確等缺點,其應(yīng)用不僅能夠幫助學(xué)生更好地處理實驗數(shù)據(jù),而且有利于提高科學(xué)素養(yǎng)評測的科學(xué)性。三、數(shù)字技術(shù)助力科學(xué)素養(yǎng)評測的借鑒與啟示(一)豐富科學(xué)素養(yǎng)評測方式在科學(xué)素養(yǎng)評測過程中引入傳感器,實施計算機輔助下的交互式的單元評測,從評測方式上看,這是對傳統(tǒng)紙筆評測的重要補充和創(chuàng)新。數(shù)字化評測更加注重對學(xué)生實驗設(shè)計能力和實驗動手能力的考評,實驗結(jié)果通過傳感器和表格直接呈現(xiàn),降低了學(xué)生數(shù)據(jù)處理的難度,有助于學(xué)生進行實驗探究。借助傳感器和實驗儀器及計算機,并用交互式操作試題(單元)評測學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)是重點研究方向。有關(guān)方面應(yīng)重視數(shù)字化傳感器和計算機系統(tǒng)的開發(fā)工作,助推科學(xué)素養(yǎng)評測的多樣化和現(xiàn)代化,順應(yīng)時代發(fā)展,進而有效提高科學(xué)素養(yǎng)評測的質(zhì)量和效率。需要注意的是,評測方式要根據(jù)考查的內(nèi)容來選擇。在學(xué)生已適應(yīng)紙筆測試的情況下,教師不能只是簡單地將紙質(zhì)的題目搬運上機上網(wǎng),還要考慮學(xué)生的信息素養(yǎng)和能力水平,盡量降低學(xué)生非相關(guān)因素對評測結(jié)果的影響。(二)加強試題的情境化設(shè)計在傳統(tǒng)的紙筆評測中,存在著科學(xué)題目的情境材料與解題所需信息分離、單純考評學(xué)生記憶性知識、科學(xué)情境空洞虛假等問題。此外,應(yīng)試教育影響較為嚴(yán)重且紙筆考查有很大局限,導(dǎo)致評測試題情境被忽視,學(xué)生缺乏專業(yè)性的指導(dǎo)。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用為試題的情境化設(shè)計創(chuàng)造了條件。教師借助傳感器和實驗器材,可以為學(xué)生建構(gòu)真實的評測情境,幫助學(xué)生將課堂上學(xué)到的科學(xué)知識遷移到現(xiàn)實情境(問題)中,引發(fā)學(xué)生思考,解決實際問題。同時,教師利用計算機的交互式功能、多媒體圖像文本處理功能,可以為學(xué)生構(gòu)建虛擬的評測情境。試題不再以單一的文字圖片呈現(xiàn)。教師在評測中引入動畫和視頻,使試題情境變得更加生動,代入感更強。值得注意的是,教師設(shè)計情境化試題容易陷入審題耗時長、學(xué)生不易抓住試題關(guān)鍵點等誤區(qū)。教師應(yīng)用數(shù)字技術(shù)設(shè)計試題情境,不僅要使試題情境與考查的科學(xué)知識緊密聯(lián)系,而且要清晰明了,以便引導(dǎo)學(xué)生順利完成評測任務(wù)。(三)改變科學(xué)素養(yǎng)考評重點在紙筆評測中,教師為應(yīng)試而教學(xué),學(xué)生也因應(yīng)試而學(xué)習(xí)。學(xué)生的最終成績往往更多地代表了教師的教學(xué)成果,而沒有充分反映學(xué)生的能力水平。在數(shù)字技術(shù)的加持下,教師可以設(shè)置更多探究問題,突出考評關(guān)鍵能力,包括科學(xué)觀點產(chǎn)生的思考過程、實驗的設(shè)計思路和實驗方法的運用等,要求學(xué)生不僅給出答案而且給出證據(jù)。學(xué)生要完成這樣的試題評測任務(wù),僅憑已學(xué)知識難以實現(xiàn),而需要轉(zhuǎn)變角色主動設(shè)計實驗、對比實驗,創(chuàng)造性探究,基于實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論。數(shù)字技術(shù)加持下的科學(xué)素養(yǎng)評測有利于糾正傳統(tǒng)教育評價中對學(xué)生分?jǐn)?shù)過度關(guān)注的傾向,真正實現(xiàn)教育評價從“知識導(dǎo)向”向“能力導(dǎo)向”轉(zhuǎn)變。數(shù)字化評測模式下,學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和科學(xué)素養(yǎng)得到更加全面且深入的考評,學(xué)生主動探究和解決問題的能力得以提高,學(xué)習(xí)動機和興趣被激發(fā)。此外,教師能夠更準(zhǔn)確地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,及時調(diào)整教學(xué)策略,促進學(xué)生的學(xué)業(yè)發(fā)展。(四)助力數(shù)據(jù)收集與分析教師在數(shù)字技術(shù)加持下實施科學(xué)素養(yǎng)評測,收集與處理數(shù)據(jù)效率很高。教師可利用的數(shù)據(jù)收集工具有在線調(diào)查問卷軟件、傳感器、數(shù)據(jù)記錄設(shè)備等。這些工具能夠有效地收集學(xué)生在科學(xué)實驗、觀察或調(diào)查中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以保存在云端服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫中,便于師生隨時訪問和使用。這突破了紙筆評測模式下數(shù)據(jù)收集的限制,為評測者提供了更好的數(shù)據(jù)管理和保護機制。同時,教師可以利用數(shù)據(jù)分析工具和軟件,對收集到的數(shù)據(jù)進行處理、統(tǒng)計和分析。評測者可以利用這些工具分析數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性、判斷趨勢,從而提取有意義的信息。在數(shù)字技術(shù)的加持下,教師可以將數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn),以圖表、曲線、動畫等形式展示數(shù)據(jù)的特征和關(guān)系。數(shù)據(jù)的可視化有助于評測者直觀地理解數(shù)據(jù),揭示潛在的規(guī)律和趨勢。有了精確的數(shù)據(jù)收集工具、高效的數(shù)據(jù)管理方式、強大的數(shù)據(jù)分析工具及直觀的數(shù)據(jù)可視化方式,評測者處理數(shù)據(jù)如魚得水,有利于提高科學(xué)素養(yǎng)評測的準(zhǔn)確性和有效性。(五)培育適應(yīng)時代的新人才隨著人工智能技術(shù)、虛擬現(xiàn)實和物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展,學(xué)生生活發(fā)生了翻天覆地的變化,社會對新時代學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)和信息素養(yǎng)提出了全新的要求。當(dāng)今學(xué)生每天都置身于豐富多樣的數(shù)字化生活場景中,周圍充斥著各種類型的數(shù)據(jù)信息。對學(xué)生而言,正確獲取、合理處理和妥
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