探索数字化物理学习的新途径
利用学习进阶框架构建基于形成性评价的学习策略
作者:魏 昕

  基于数字环境的学习因具有个性化、灵活性等特点,正发挥着越来越重要的作用。物理知识较为抽象,对学生的思维能力要求较高,而数字技术能够监控整个学习过程,有助于记录、评估学生思维等能力的发展情况。为了进一步提升数字化物理学习的效率,我们需要构建既满足物理学习特点又突出数字技术优势的学习策略。基于认知的形成性评价恰好为我们提供了这样一条可以尝试的路径。

  一、构建基于形成性评价的学习策略

  形成性评价是指利用特定的问题来诊断学生的认知情况,以此决定学生接下来的学习内容,并再次通过问题来评估学习效果,形成问题—知识—问题的学习策略[1,2] 。这种学习策略能够促进学生元认知的发展,使其了解自身的强项和弱点,知道如何应对学习中出现的问题,意识到自己是如何学习的[3] 。形成性评价作为一种学习策略,应有助于达到学习的效果,为此必须明确学习目标;为了诊断学生当前所处的认知层级,就必须明确学生可能存在的各类典型的认知状态,故需要一个框架来支撑形成性评价体系的构建。我们需将学习策略中的各个要素按照框架组织起来,构成问题诊断、学习内容推送、学习效果评估与认知层级进阶等要素相互作用的工作流程(如图 1)。

   

  图1基于形成性评价的学习策略流程

  在这个流程中,从问题诊断出发,数字系统可以根据学生的回答情况做出判断。如学生回答正确,表明学生可以进阶到更高的认知层级,系统向学生推送更高认知水平的诊断问题,并继续重复这一流程。当学生的回答表现出“概念迷思”时,系统将学生的回答进行归类,并根据相应的类别推送学习内容,在学生学习完相应的知识后,再次推送评估问题,以此来判断学生是否掌握了所学内容。对这个学习策略而言,数字技术的优势不仅在于能够快速诊断以及收集整个学习过程中的数据,而且在推送学习内容时,可以利用动画、视频及 VR等多媒体技术,将抽象的学习内容进行可视化处理,进一步降低学习的难度。

  二、指导框架的建立与题目的开发

  我们在学习进阶框架中将学习目标与各个层次的认知水平进行了有机整合,利于构建基于形成性评价体系的学习策略。下面以中学物理关于能量的认识为例对进阶框架进行简要说明。能量知识和与之相关的科学思维方式是学习的主要内容,“概念迷失”则是在学习过程中出现的能够反映各种中间层级认知水平的具体表现。因此,我们以能量知识和思维方式作“进阶变量”,在确定不同变量的“取值”后,便可以“概念迷失”等外显行为来描述各个层级的具体表现(见表 1)[4]。 不仅是能量,我们在学习物理学其他主题时,知识、思维及研究方法等都是主要的学习内容,对于其他物理内容而言,均可将知识、思维等当作“进阶变量”。在进阶框架中我们对每个层级的描述应当尽量详细。此外,研究者需要首先通过访谈、小范围测试或文献分析等手段,制定评价细则,依据进阶框架对有可能出现的答案进行认知层次划分。

  表1能量学习进阶框架示例

   

  在这个基础上,进一步扩大测试范围,对题目的有效性和可靠性进行检验。如例题所示,上面是根据进阶框架制定的评价细则,下面是学生在接受测试时给出的典型答案样例。我们将评价细则与学生的回答情况相对应,可以区分学生的认知层级。

  举例:有人说“如果能将地球上所有海水的温度降低0.1℃,那么放出的大量内能可以有效地缓解能源危机”,请问这一提议可行吗?请解释原因。

  水平 5:将“能量”当作分析事件能否发生的工具,利用热力学定律进行解释,如:不可行,不可能从单一热源吸收热量,使之完全变为功而不产生其他影响,在使海水降温的过程中会消耗大量的其他形式的能量。

  学生回答:不可行。根据热力学第二定律热量不能自发地从低温的物体到高温物体。水不能不依靠外力而自发降温放热,如果使水降温放热的话,则必须要有外界对其做功,而此时就已经消耗大量能源。

  水平3:利用因果推理,根据不恰当的物理知识进行解释,如:可行,因为内能E=Q=cm△t,海水质量巨大,如果△t为 0.1℃,将放出巨大能量。

  学生回答:可行。因为地球上95%以上都是水,根据公式Q=cm△t可知虽然只降了 0.1℃,但水的比热容很大,地球上水的质量也是空前的大。所以,地球上的水降低0.1℃足以解决能源危机。

  水平2:利用简单推理,根据日常经验等进行思考,如:可行,因为水在结冰时能够放热;不可行,因为海水降温会破换生态环境。

  学生回答:不可行。海洋面积占地球表面积的70%,降低0.1℃很难,而且现在全球变暖,海洋温度还在升高。

  三、利用数字技术开发学习内容

  在形成指导框架以及完备题目的基础上,我们可以根据基于认知的形成性评价学习策略的流程对各个要素进行组织安排。在依据进阶框架开发学习内容时,充分发挥数字技术能够将抽象内容可视化的优点,可以降低学生理解抽象知识的难度,提高学习的有效性。下面,以学习液化知识的相关内容为例说明。首先向学生提出一个基于日常生活中常见的真实情境的问题,如“冰镇矿泉水外的水滴从哪里来?”在学生对这个问题做回答后,数字系统可根据评价细则对学生的认知情况进行归类,判断其所处的认知层级。在没有达到相应层级而无法直接进阶的情况下,系统根据学生所表现出的“迷思”(所在认知层级)推送相应的学习内容。为了检验学生是否真正理解并掌握所学内容,再次推送的问题应当选自不同情境,通过进阶测试对学习效果进行检验,确保学生能够顺利提升认知水平。

  在实际开发中,针对同一认知层级的诊断以及评估问题应当开发一系列题目。根据各个题目的作答情况来确定学生的认知层级,避免由于单个题目本身的质量问题造成对学生认知层级的误判。在学习内容的开发上,不仅需要针对知识内容,还要关注科学思维和方法的提升。例如,在利用分子模型对液化现象进行解释时,在动画演示的过程中,向学生展示了相对完整的科学研究方法,让学生加强物理学经常使用微观尺度的模型来解释各种宏观自然现象的意识。通过不断学习,可使学生对物理学研究方法与研究思维的认识和理解不断地加深和巩固。

  总之,物理学习不再仅仅是对基本知识和基本技能的学习,数字化学习应该发挥自身优势,既要帮助学生学好物理知识,又要在科学思维、方法乃至科学态度与责任等核心素养的培育方面留有教育痕迹,帮助学生顺利实现多维度的协调发展。

  参考文献

  [1]Crooks T. The Validity of Formative Assessments[J]. British Educational Research Association Annual Conference,University of Leeds, 2001(9):13–15.

  [2]Huhta Ari. Diagnostic and Formative Assessment[M]. In Spolsky, Bernard; Hult, Francis M. The Handbook of Educational Linguistics. Oxford, UK: Blackwell. 2010.

  [3]Cauley K M,McMillan J H. Formative Assessment Techniques[J]. The Clearing House,2010(1):83.  

  [4] 魏昕 . 中学物理能量学习进阶研究 [M]. 南宁 : 广西教育出版社,2016.

  (作者系人民教育出版社物理编辑室高级编辑)

  责任编辑:祝元志

欢迎投稿
投稿平台

https://bkstg.pep.com.cn

联系信箱

mouyn@pep.com.cn

sunjh@pep.com.cn

zhuyz@pep.com.cn

欢迎加入QQ群
与编辑互动
合作伙伴