利用ECD模型对《压缩空气》教学进行教育测评

〔摘""要〕"如何“充分发挥教育评价的指挥棒作用，引导确立科学的育人目标，确保教育正确发展方向”是每个教育工作者最为关注的问题。通过一定的科学测评手段，可以为教育的有效性提供有价值的参考和指导。本文利用基于ECD模型的小学科学教育测评，检测三年级学生科学思维素养发展水平，可以为小学科学教育测评提供具有一定价值的经验和参考。〔关键词〕"小学科学；ECD模型；教育测评中共中央、国务院印发的《深化新时代教育评价改革总体方案》明确指出：要充分发挥教育评价的指挥棒作用，引导确立科学的育人目标，确保教育正确发展方向，坚持科学有效，改进结果评价，强化过程评价，探索增值评价，健全综合评价，充分利用信息技术，提高教育评价的科学性、专业性、客观性。采用较为科学和专业的评价方式，对小学科学教学进行测评是小学教师确保自身教学正确性和有效性的必要手段。根据《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《科学课程标准》），广大教师提出了各种各样的教学方法，努力在《科学课程标准》指导下培养学生的科学素养。那么，这些教学方法有没有达到预定的教学目的？能否提高小学生的科学素养？怎样评价检测？本文以检测小学科学核心素养之一“科学思维”为例，利用ECD"模型检测三年级上册“空气”单元中的《压缩空气》一课所体现的小学生的科学思维素养发展水平。一、教育测评实践依据和框架设计（一）选取ECD框架的依据目前，国际上对学生科学素养进行评估的较为流行的方式有三种，即NAEP（美国国家教育进展评估）、TIMSS（国际数学和科学成就趋势研究）和"PISA（国际学生能力评估项目）。这三套科学素养评估体系中都应用了ECD模型。ECD（实证中心模型，Evidence-Centered"Design）模型，是由美国的梅斯雷弗等人提出的一种系统性、综合性的评价模型，现已成为美国教育评估领域的主要研究方向和应用模型之一。ECD模型强调“基于证据的推理”进行评价设计，非常契合现行课程标准所提倡的评价体系，即基于探究实践、凝练科学概念，评价学生科学思维、态度责任等科学素养发展程度，由此判断学生科学思维素养发展水平。因此，ECD模型非常适合对小学科学素养发展进行测评。同时，该模型先运用检测工具获取证据，再用数理统计模型对检测目标进行基于证据的推理，具有科学性、专业性和客观性。因此，本次实践选取ECD模型进行检测。（二）选取学生模块的理由笔者注意到，三大国际测评方式中TIMSS和NAEP均选择了四年级的学生进行能力评估。结合我国小学教育现状，小学3～4年级在整个小学阶段处于中段，是学生思维能力发展，尤其是从形象思维向抽象思维过渡的一个重要阶段。学生的逻辑思维开始出现：从对事物外部的直观形象特征的认知，到进一步发现、理解事物内部的本质特征的认知，开始了对事物本质与非本质的思考。因此，在学生科学思维发展研究中，小学3～4年级是一个关键期，有必要在此阶段对其科学思维能力发展进行一定的检测，为小学科学素养的培养是否有效提供了一定的参考。结合我国现行的《科学课程标准》，本评测尝试设计了适合我国小学3年级学生的科学素养评测，以探索如何应用"ECD模型进行科学素养评估设计，进而为我国小学阶段学生的科学素养进行系统性评估提供借鉴。同时，基于目前的教学现状，本次检测使用纸笔测验。利用ECD模型，以及教科版科学三年级上册“空气”单元中的《空气能被压缩》一课中涉及的探究实践活动，设计相关试题，收集由此得到的学生各项变量获得的分数等数据作为证据，推理评价学生的科学思维素养发展水平。（三）基于ECD模型设计检测科学思维素养发展的试题的依据ECD模型的概念性评价框架，一般由学生模型、证据模型、任务模型、组合模型和呈现模型５个模块构成。其中，前三个模型是比较关键的基础模块，后两个是以前三个模块为基础的组合以及呈现方式。1.学生模型。本模块是明确检测目标和检测内容。根据本学科确定概念的选择、情境的设计、试题的编制、评价的实施等各个环节。通过确定学生模型变量即各项检测目标，以及目标对应的不同层级的分值，能反映出学生的某一素养达到的水平。在检测学生科学思维素养发展水平时，学生模型变量的选择主要根据《科学课程标准》中的学业质量要求和核心素养水平描述。科学思维素养检测的学生模型变量主要包括“模型建构”“推理论证”“创新思维”等。2.证据模型。证据模型是确定检测方法，包含证据规则和检测模型。本模块在证据模型设计时，进一步详细描述学生在完成某种任务或者情境中，所表现的获得分值或者达到程度，以表征某种能力的发展水平。证据规则描述的是在共同的解释框架下，学生在任务（试题）上的行为表现（答案）的评分标准。根据《科学课程标准》中的学业质量要求和核心素养水平描述，科学思维发展水平证据规则分为0～4五个等级，每个等级的判定细则基本都是“不能完成”到“基本完成”，再到“较好完成”“完美完成”，最后达到“超越完成”。3.任务模型。本模块是明确具体用什么检测。主要是设置具体情境、在情境中设计任务或提出问题，收集学生在完成任务或者解答问题过程中的各种表现，以此获得证据模型所需的各种证据。本模块的设计紧紧围绕着上述设计的学生模型和证据模型，将各个任务或问题严格细化为在小学生能理解的情境中的一系列连贯的、有关联的具体任务，使测试者能够筛选出具体变量对应的不同能力或层次。二、教育测评实践实施路径设计《压缩空气》一课中实践活动的纸笔测试的依据如下。1.教学目标。根据《科学课程标准》以及教科版教材、三年级学生学情，确定教学目标如下：科学观念：通过注射器压缩空气活动，知道空气占据的空间可被压缩或扩张，认识到压缩的空气是有弹性的。科学思维：用比较的方法，区分空气和水在相同条件下被压缩时的不同特点。探究实践：通过探究压缩空气和水的活动，能用图画来记录压缩的现象，分析空气容易被压缩的原理。在教师引导下，能借助模拟实验从空气微粒角度解释空气可以被压缩和被扩张的现象。态度责任：感悟科技对生活的影响，压缩的空气可以制成玩具气枪、空气注射器等。2.设计教学任务。首先设置真实情境，观察气球打气筒在抽拉过程中如果被堵住一端的气孔，再进行抽拉，封闭气筒内的空气会如何变化。根据关键教学目标——科学思维发展，设计系列关联问题：推活塞空气如何变化？拉活塞空气如何变化？密闭空气为什么能容易压缩？建立空气微粒模型，并分析推理空气为什么能容易压缩。3.设计任务模型。基于ECD模型任务的证据规则，根据ECD模型分析以及具体课时内容等设计任务模型，设计如下：（1）设定课堂任务1：考查“模型建构”思维发展。建构出封闭注射器内被压缩与拉伸的空气微粒模型。对应五个不同等级（从0"～"4分），分别是：不能在教师指导下，初步认识简单模型的构成要素；能在教师指导下，初步认识简单模型的构成要素，空气可以看成是由空气微粒构成的；能在教师指导下，初步认识简单模型的构成要素，了解可以使用模型表达要素间的关系，做出科学解释，即空气微粒、密闭空间内数量恒定；能在教师指导下，初步认识简单模型的构成要素，了解可以使用模型表述要素间的关系，做出科学解释，即密闭空间内数量恒定的空气微粒能移动；能分析、解释简单模型涉及的各个要素及结构，通过分析、比较、综合等方法，抓住简单事物的本质特征，认识密闭空间内数量恒定的空气微粒之间有不固定的距离。（2）设定课堂任务2：考查“推理论证”思维发展。基于空气微粒模型的空间体积变化的证据，运用分析与综合、比较与分类、归纳与演绎等思维方法，建立证据与解释之间的关系，并提出合理见解。对应五个不同等级（从0～4分），分别是：不能在教师指导下分清观点与事实，不具备提供证据的意识；能在教师指导下发现空气被压缩或拉伸时是由于空气微粒本身发生了变化；能在教师引导下给予一定的证据，提出发现空气被压缩或拉伸时是空气微粒本身没有发生变化；能在教师引导下建立事实与观点之间的联系，根据研究问题提出假设或观点，即空气被压缩或拉伸时是由于空气微粒间发生了变化；能给予充足的证据，提出自己的假设和观点，利用分析、比较、归纳、演绎等方法建立证据、观点之间的联系，有逻辑清晰的推理过程，即空气被压缩或拉伸时是由于空气微粒间距离发生了变化。（3）设定课堂任务3：考查“创新思维”思维发展。能联系实际生活，找到1～2种压缩空气原理在生活中的应用例子；能学以致用，利用压缩空气原理设计制作产品。对应不同等级（从0～4分），分别是：不具有从多角度提出观点的意识；初步具有从多角度提出观点的意识；能针对事物的外在特征提出多种想法，其中个别想法具有新颖性，知道利用压缩空气可以制作产品，如打气筒、喷壶等；初步掌握重组思维、发散性思维、突出突破定势等创造性思维的基本方法；能针对事物的外在特征提出新颖合理的观点，如无针头胰岛素注射器；掌握创造性思维的基本方法，能基于所学的科学原理提出有一定新颖性、合理性的观点，开展初步的创意设计，如压缩空气礼花。三、测量实践与反思根据ECD模型和本实践的实际情况，最后的呈现形式，就是纸笔计量学生得分后统计各个变量得分总和，以此为证据分析测评学生行为表现呈现出来的三种科学思维素养发展水平。经过三年级5个班级（共200人）的样本实验数据表明：有11%的学生没有