科学实验探究题对学生科学素养的评价功能

摘 要：科学中考实验探究题是评价学生科学素养有效载体之一.本文通过对2012年浙江中考出现的三例实验探究题的赏析,阐述科学实验探究题对学生科学素养的评价功能以及对师生今后教与学的启示.

关 键 词 ：实验探究题；科学素养；评价功能

初中科学是以提高学生科学素养为宗旨的综合学科,“科学素养（Scientific Literacy）包含多方面的内容,一般指了解必要的科学技术知识,掌握基本的科学方法,树立科学思想,崇尚科学精神,并具备一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力.”[1]有效评价学生的科学素养能更好地促进学生科学素养的提升.科学中考评价中出现的实验探究题作为评价学生科学素养的一个有效载体逐渐受大家青睐.本文围绕2012年浙江中考三例实验探究题,浅析科学实验探究题如何发挥评价学生科学素养的功能以及对教与学的启示.

例1（2012杭州）将一些能较好吸收和发射红外线的纳米级金属氧化物（如氧化铁、氧化铝、氧化锌等）通过特殊工艺织入纤维,然后用该种纤维制成的内衣,称之为红外保暖内衣.对于红外保暖内衣和普通保暖内衣在人体运动时,通气和散热的效果比较,某人设计如下实验：

①上午某时间穿红外保暖内衣,跳绳前测前胸体表温度,跳绳10分钟,再次测前胸体表温度.

②下午某时间同一人穿普通保暖内衣（检测设普通保暖内衣和红外保暖内衣除材质不同外,其余都相同）,在通风状况相同的同一房间里,重复上午相同的实验步骤.

③比较上、下午跳绳前后的体表温度变化量,得出两种保暖内衣通气散热效果强弱结论.

请回答下列问题：

（1）洗涤红外保暖内衣时,不宜选用的洗涤剂是弱酸性洗涤剂（选填“弱酸性洗涤剂”、“弱碱性洗涤剂”、“中性洗涤剂”）.

（2）若该人跳绳后腿部发酸,是因为肌肉细胞进行了无氧呼吸.

（3）有人认为根据该实验得出的结果不可靠,你认为该实验设计量控制不严密的地方是上午和下午时间可能不同；跳绳10分钟的时间和力度可能不同；人体一天中的不同时间的体表温度也可能不同等.（写两点）

（4）为了得出更可靠的结论,请写出你认为该实验最需改进的具体方面（写一点）用这两种不同的内衣面料制成左右各一半或前后各一半的内衣,穿在身上,同时测定左右胸或前后胸在跳绳前后温度的变化；控制气温或跳绳的力度相同；同时在上午或下午进行实验等.

[赏析]该题取材于日常生活知识和现代科学技术推广.涉及化学、生物知识和科学探究中的实验设计能力和评价能力.第1小题间接考查学生对酸与金属氧化物反应规律的运用,第2小题考查学生对无氧呼吸的理解,第3小题考查学生分析影响实验结果的主要因素,对所研究的问题的自变量进行确认,分析多个自变量的同时存在对实验结果的可靠性的影响.第4小题考查学生能否提出增加实验结果可靠性的相关改进建议.

例2（2012嘉兴舟山）在实验中经常会出现实验现象与理论的“不配合”,理性思考这些现象有助于提高我们的科学素养.

（1）甲图是研究二力平衡的实验装置,此时小车保持静止.若在右盘中加入一个较小的砝码,小车理应向右运动,但实际操作时小车往往扔保持静止.你认为出现这种现象的原因 存在摩擦.

（2）乙图是验证质量守恒定律的实验装置,此时天平平衡,当吸滤瓶中的白磷燃烧并冒出大量白烟时,“砰”的一声,橡皮塞冲出,瓶中的白烟也随之冒出.重新塞上橡皮塞,此时会发现天平仍然平衡,你认为出现这种现象的原因是天平的灵敏度不够或冒出的白烟质量太少或天平无法称出白烟的质量.为了避免在实验过程中橡皮塞被冲出,可以打开吸滤瓶支管上的夹子,并接上一个小气球.

（3）当实验现象与理论之间出现“不配合”时,可取的做法是（ C ）

A.否定相应的理论

B.放弃实验,直接认同相应的理论

C.查阅资料,了解理论的适用条件

[赏析]本题取材于课堂教学中两个经典的演示实验,涉及科学探究片段与物理化学知识的综合运用.第1小题考查学生对摩擦力的理解与应用,第2小题考查学生对天平的使用和质量守恒定律的运用,两个小题同时考查了学生能否“将证据与科学知识建立联系,得出基本符合证据的解释”的能力.第3小题考查学生能否提出增加实验结果可靠性的相关改进建议.

例3（2012宁波）做“镁带在空气中燃烧”实验时,小科同学发现生成物中有少量黑色固体.黑色固体是镁和什么物质反应所产生的?他提出下列猜想：

猜想一：黑色固体可能是镁和氮气反应的产物.

猜想二：黑色固体可能是镁和二氧化碳反应的产物.

为了验证上述两个猜想,小科设想：

（1）让空气通过A、B装置,其中A装置的作用是除去空气中的二氧化碳.

（2）用C瓶收集通过A、B装置后的气体,并加入足量的红磷燃烧；待C瓶冷却后,再把点燃的镁带放入C瓶中.

经思考发现,由于收集气体时相关气体的密度差异及C瓶冷却后瓶内外的气压差异,达不到预期效果.于是,他在老师的帮助下获得了这种气体,观察到镁带在该气体中燃烧并有淡的固体产生；然后用D瓶收集一瓶二氧化碳气体,把点燃的镁带放入D瓶中,观察到镁带在D瓶中也能燃烧,同时有白色固体和黑色固体生成.

通过以上实验,他得出结论：猜想二正确.同时,他对燃烧有了新的认识： 燃烧不一定需要氧气.

[赏析]本题以演示实验“镁带在空气中燃烧”为背景,设计了一个完整的科学探究过程,综合运用了化学知识中的除杂质（除去空气中的二氧化碳、氧气）、燃烧的条件,并与科学探究能力有机地结合起来.第1小题考查的是碱与非金属氧化物反应的知识,第2小题考查的是根据变量设计实验,依据镁带燃烧的产物多样化进行有计划的观察,将观察现象与物质颜色知识建立联系,得出符合事实的解释.并将燃烧的概念的认识进一步加深. 综上三例所述,中考科学实验探究题作为评价学生科学素养的有效载体,其评价功能体现在：

1. 能有效评价学生已知的科学知识与技能水平

中考试题的评价“要注重从整体上评价学生对科学内容的理解与应用,着重评价学生对科学概念和原理及科学课程核心内容的领会、掌握与应用情况,以及学生分析、综合等思维能力的发展状况.”[2]如例1中的第1小题考查的酸的知识,学生并没有学习弱酸知识,但可在所学酸的知识基础上进行分析、综合得出弱酸也能与金属氧化物反应.例1中的第2小题呼吸作用、例2中第1小题考查的摩擦力、第2小题考查的天平的使用,例3第1小题中碱的性质都是科学课程中的核心知识.至于三个例题涉及‘“研究二力平衡”、“质量守恒定律”的演示实验以及“镁带的燃烧”等真正体现了“技能的评价目标包括观察技能、实验技能、收集和处理信息的技能等方

面.”[3]

2.能有效评价学生已具有的科学探究能力水平

例1中的保暖内衣、例2中镁带燃烧这些符合了“科学探究考查应依赖于真实的、有探究价值的、符合学生探究的科学问题”[4].它们来源于生活与课堂,能真正考查出学生对所学知识的理解的深度、广度,对新知识的处理能力的水平.同时例1的第3、4小题和例2的2、3小题考查了科学探究的几个要素,例3全面和整体地考查了科学探究的各要素.

3. 有效评价学生的科学态度、情感和价值观

例3对镁带燃烧的产物的探究过程,在分析处理科学问题时,尊重事实,注重证据,能依据客观事实,提出自己的见解并根据客观事实获取符合客观的结论.类似的评价在历年浙江中考的评价中随处可见.

4. 能有效评价学生对科学、技术、社会和环境关系的认识

如例1以保暖内衣为命题背景,通过对相关知识的运用评价,提高学生对科学、技术在实际生活中运用的素养,达到学以致用.类似的例子如2011年舟山、嘉兴卷要求学生认识工业用盐毒性的原因,2011年杭州卷考查学生在同一地方,夏天大树树荫下的气温要比阳光直晒下的气温明显低的主要原因的探究,均体现出人类与环境相协调的关系.

随着初中学业评价的优化,PISA评价理念的不断渗透,实验探究题作为评价学生科学素养的有效载体越来越发挥其功能,给我们的教学也带来启迪与思考.

1. 教师的教指向学生的综合学力的提升

从以上三例实验探究题的分析可知,教师只有运用现代教学理念,在教学过程中逐渐培养学生的综合学力,学生才能将所学的知识与所具有的能力有效地运用在处理实际问题中.重知识轻能力的教学活动已不符合新课程教学活动,也会影响学生的科学素养的提升.

2.学生的学指向自身学习方式的优化

学生自身综合学力的提升,必须有良好的学习方式作为保障.在科学学习中,自主、合作、探究应该成为学生学习的主要学习方式,并不断优化,才能有效提升自身的科学素养.

3. 注重实验教学,体现科学探究

中考科学实验探究题充分体现出科学概念和规律不管是产生与发展,还是获取现有的科学概念规律,都是以实验为基石.师生应该领会教材中每一个实验的设计目的并能认真完成.这不但能体现出科学探究,更能对科学知识有深刻的理解,有利于学生科学素养的提升.

[参考文献]

[1][2][3][4] .义务教育初中科学课程标准（2011年版）.北京师范大学出版社, 2012年1月第1版.

[5]浙江省教研室制订的2012年《浙江省初中毕业生学业评价考试说明》.

（作者单位：坦头中学,浙江 天台317200）