指向核心素养的高中物理教学评价
——来自NGSA 的经验与启示

周悦琪，肖 洋，熊建文

华南师范大学物理学院，广州 510006

新一轮课程改革特别强调对学科核心素养进行有效评价。《普通高中物理课程标准（2017年版2020 年修订）》（以下简称《课标》）特别指出：“要加强旨在培养物理学科核心素养的物理学科评价方法研究与创新”［1］。然而，传统评价往往局限于认知领域，并且常造成知识与技能的割裂，难以满足对核心素养整体性与综合性评价的需求［2-3］。如何落实课程标准的要求、实施核心素养导向的教学评价，是当下物理教学亟待解决的一个关键问题。

美国《新一代科学评价》（Next Generation Science Assessment，简称NGSA）的颁布，为落实学科核心概念（Disciplinary Core Ideas，DCI）、科学与工程实践（Science and Engineering Practices,SEP）、跨学科概念（Crosscutting Concepts，CC）三维整合学习的评价提供了依据。本文通过分析该文件落实三维整合的评价设计，为我国高中物理教学实施核心素养导向的评价提供启示。

1 NGSA 的产生背景与核心主张

21 世纪以来，美国基础教育阶段的学生在国际大型科学教育测评中的表现不佳，被归结于国家层面的标准与地区层面课程、教学和评估的不一致［4］。为此，美国国家研究理事会在2011 年颁布了《K－12 年级科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》（以下简称《框架》），首次正式提出学科核心概念、跨学科概念、科学与工程实践三维整合与连贯发展理念［5］。基于此，2013年颁布的《新一代科学标准》（Next Generation Science Standards，简称NGSS）进一步以表现期望为核心实现了横向的三维整合，阐明学生在完成各阶段学习后掌握所学内容应表现出的外显行为［6］。在此基础上，基于NGSS 的课程开发、教师专业发展、教学和评价受到了持续关注［4，7］。但由于《框架》仅描述了各阶段的评价目标，NGSS 仅提出划清测评标准的评估界限，2014 年颁布的《开发新一代科学标准的评价》厘清了实施符合《框架》与NGSS 愿景评价的现状，指出了科学学业评估系统的改革应持续努力的方向［8］。最终，2018 年颁布的《新一代科学评价》（NGSA）系统地提出了符合《框架》与NGSS 愿景的评价开发流程、课堂评价任务案例，为有效测量学生在三维整合表现期望的达成程度提供了指引［9］。

在上述背景下产生的NGSA 主张以“可用知识”为核心理念，采用“以证据为中心”的评价任务设计模式，实施三维整合评价。“可用知识”是指学生对知识的深入理解及应用于情境实践解决问题的能力，对于应用科学思想解决现实问题具有至关重要的作用［10-14］。在“可用知识”的指导下，NGSS 概括出学生应知道什么及能做什么，并明确表述为三维整合的表现期望，指引着NGSA有效实施三维整合评价［14］。“以证据为中心”的设计模式以“评价是基于证据的推理过程”为基础，强调要推断出学生知道什么以及程度如何，需要以学生所说、所做的具体表现作为证据支持［15］。基于这一模式，NGSA 系统地将表现期望拆解为一条或一系列学习表现，提供了更多可作为证据的细节，指导了评价任务的设计［16］。最终创建出的评价任务可在教学过程中使用，并获得效度较高的证据，以证明学生正逐步达到NGSS 中的表现期望，实现“教－学－评”一致性［9］。

2 NGSA 中评价任务的设计过程

“以证据为中心”的设计模式指向三大核心问题：测评什么、如何测评以及使用什么测评。围绕上述问题，NGSA 将评价任务的设计过程分为6 个步骤（图1）。首先，评价目标的确定往往以具体的目标表现期望为依据，回答了“测评什么”（步骤①）。其次，“如何测评”要求在分析如何建立学生外显行为表现与测评目标水平之间联系的基础上，具体阐明能证明学生外显行为表现的证据（即领域分析阶段）。这一阶段将NGSS 中的表现期望拆解后（步骤②），构建整合图清晰地描绘三个维度的详细关系（步骤③）。最后，“使用什么测评”涉及到评价任务和评分量规的设计与开发。基于领域分析的结果，重构具体的学习表现，制订相应的评价任务设计模式，描述提供给学生的任务情境，以引发能作为证据的学生行为表现，依此设计评价任务及评分量规，对应步骤④至步骤⑥。

图1 NGSA 中评价任务的设计过程

2.1 对照NGSS，确定目标表现期望

目标表现期望通常可选取NGSS 中的一个或一系列表现期望作为依据。本文以初中（MS）物质科学领域“物质及其相互作用”学科核心概念（PS1）的第4 点要求（MS－PS1－4）为例，介绍评价任务的设计过程。该条目的表现期望为：构建模型来预测描述粒子运动、温度和纯净物物态如何随热能的变化而变化。

2.2 拆解表现期望，重构三维整合

表现期望是对三维横向整合的概括性描述，缺乏开发评价任务的细节指引，因此需要拆解表现期望［13］。拆解一般应以文献、教材或教学经验为依据，明确表现期望涉及各维度的具体要素［17］。分析可知，MS－PS1－4 涉及“物质的结构与性质”和“能量的定义”次级核心概念、“构建和使用模型”的实践、“因果关系”的跨学科概念。

在此基础上对各维度的要素进行进一步的具体解构。表1 为MS－PS1－4 学科核心概念维度的具体解构情况。首先，应准确界定并细化“物质的结构与性质”和“能量的定义”，如细化“物质的结构与性质”包括“物质是由不同类型的原子组成的……”。然后，明确学生学习该概念后应达到的理解水平，如学生应学习到“物质是由原子和分子构成的”。接着，确定评价边界，即学生只需要知道什么或不需要知道什么，如明确指出学生不需要知道热量和温度之间的关系。最后，基于已有的文献、调查或教学经验，判断学生需要掌握的先前知识、认知难点，如学生已经能建立模型来描述物质的微观组成，但可能会持有“只有温热的物体才有能量”的前概念。类似的，对科学与工程实践和跨学科概念两个维度也主要依据其核心要素的定义或要求进行具体解构，从而阐明使用该核心要素需要的知识、技能、能力（knowledge、skills、abilities，KSAs），并确定其与其他要素的交集，在此省略［9，12］。

表1 对MS－PS1－4 在学科核心概念维度上的具体解构情况

从三个维度对目标表现期望展开的具体解构，奠定了构建维度整合图的基础。维度整合图以学科核心概念下属概念间的关系为线索，以整合的方式说明了三个维度的具体内容。如图2 所示，“物态”概念需要“粒子间距离和相对位置”概念的支持，在学科核心概念上需要知道同一物质的不同状态是因为其粒子间距离和相对位置不同；在实践维度上需要能构建、使用和评估物质的微观粒子模型；在跨学科概念维度上需要知道模式的异同。可见，维度整合图进一步阐释了表现期望的丰富内涵，在整合各个维度的基础上连贯表征目标表现期望。

图2 MS－PS1－4 的维度整合图

2.3 重构学习表现，制订任务设计模式

NGSA 提出的学习表现（learning performance，LP）是在维度整合图的基础上构造出可用于指导测评与教学的细节信息。基于MS－PS1－4 的维度整合图，可构造出多个逐渐复杂的学习表现。如表2 所示，LP1 描述了学习“物态”和“粒子间距离和相对位置”两个下属概念及其三维内容的综合表述，能基于粒子性质来区别不同物态；LP2要求学生考虑物态不变时热能和粒子运动变化的关系；LP3 在LP1 和LP2 的基础上要求考虑由于热能变化而引起的物态变化，难度逐渐提高，由简单到复杂，从而描述出学生逐步达到表现期望的具体表现。

表2 MS－PS1－4 的学习表现

针对每个学习表现需要制订对应的设计模式，从而为设计评价任务提供更详细的指引。如表3 所示，针对LP2 的评价任务设计模式主要包括四个方面。一是主要考查的知识、技能、能力（KSAs）及相应的证据表述，其中KSAs 明确了复杂的学习表现中需要重点关注的方面，证据表述则是在此基础上形成的对学生外显行为表现特征的描述。二是其他知识、技能和能力，即学习表现不要求、却是达成学习表现所必须的，包括先前掌握的学科知识、熟悉特定的科学表征，如学生要能够构建模型进行解释，必须知道模型是一种解释现象发生原因或机制的表征。三是评价任务的设计特征，包括必备特征和可变特征，前者保证任务能为评价学生在目标学习表现上的成就水平提供证据，后者则为适合特定需要的学生调控任务难度提供了可能。如必备特征限定了物态不变的条件并提示学生构建模型，可变特征则指出可以选用不同的物态。四是彰显评价的公平公正，确保任务对不同社会和文化背景的学生是公平公正的。如必备特征指出任务的情境要能适合不同文化背景和经历的学生，语言要通俗易懂以适应不同语言能力的学生。

表3 针对LP2 的评价任务设计模式

2.4 设计评价任务，制订评分量规

设计模式为设计符合学习表现的评价任务提供了指南，通过改变任务特征可设计不同评价任务。NGSA 任务中可作为评价学生的证据非常丰富，如学生作答时的表述、图画、模拟交互。为收集这些多元的证据，任务往往基于技术在计算机或手持设备上完成，教师不仅更容易实施评价，还可以通过计算机自动化评分即时诊断学生情况，在此基础上进行补救［18］。

图3 是针对LP2 的评价任务示例，通过视频展示了染料在不同温度的水中以不同速度扩散的现象，要求学生在计算机辅助下构建模型描述水粒子和染料粒子的变化（简称“染料扩散”）。该任务体现了必备特征和可变特征的要求，所呈现的扩散现象不涉及物态变化，提示学生为模型加上图例或标签。

针对特定任务所设计的评分量规呈现了教师实施评价时应重点关注的要素（即主要的KSAs）及评价要点。表4 呈现了“染料扩散”任务中两个要素的评分量规：要素1 侧重考查学生能否构建模型（实践）解释热传递和粒子运动速度的关系（核心概念），展示温度对粒子运动的影响机制（跨学科概念）；要素2 侧重考查学生能否将热传递与温度变化、粒子的运动联系起来（核心概念），使用所构建的粒子模型（实践）描述它们的关系（跨学科概念）。可见，量规对每个要素的评价也一贯采用三维整合的方式，一般分为从初级到熟练3 个水平，体现各维度达成情况的同时，为解读学生的发展情况提供了一个便于解释的总分。

表4 针对LP2“染料扩散”任务的评分量规

3 NGSA 对我国高中物理教学评价的启示

针对《框架》和NGSS 中三维整合与连贯发展的“教-学-评”一致性的愿景，NGSA 提供的设计过程呈现出四方面的特点。第一，保持与《框架》和NGSS 的高度一致，以表现期望为起点进行评价设计。第二，创造性地提出了学习表现，细致地描绘出学生在相应表现期望下逐渐进阶发展的过程，为实施三维整合评价提供了具有高度操作性的抓手。第三，重视真实情境创设，引发学生展现其概念理解和实践能力。第四，设计与三维整合相一致的详细评分量规，赋予分数高度的解释效力，使诊断学生在特定学习表现下的发展水平成为可能。NGSA 的上述特点，为我国高中物理教学实施学科核心素养导向的评价提供了若干启示。

3.1 以课程标准为依据，明确细化评价内容

NGSA 始终以NGSS 中的表现期望为依据，以三维整合及其连贯发展为理念，对表现期望进行拆解，详细阐明具体的评价内容。与三维整合的表现期望相对应的是，我国《课标》中的内容要求明确提出了对物理学科核心素养四个方面的整合学习要求，并通过学业质量水平描述学生素养发展过程中的关键特征。

我国核心素养导向的高中物理教学评价可以借鉴NGSA 的设计模式，围绕内容要求和学业质量水平从四个方面进行拆解，明确细化评价内容。以《课标》中必修二2.2.2 关于“平抛运动”的内容要求为例，可结合学业质量水平的要求，从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面明确细化评价内容，如图4 所示［1］。例如，针对内容要求“通过实验，探究并认识平抛运动的规律”，结合科学探究方面水平3 的学业质量描述“能分析数据，发现特点，形成结论，尝试用已有的物理知识进行解释”，细化科学探究方面的评价内容应包括“能通过相等时间间隔物体下落高度、水平位移的实验数据，发现平抛运动竖直方向及水平方向运动的特点”。细化后的评价内容可作为后续评价任务的设计基础。

图4 基于课程标准的“平抛运动”评价内容

3.2 以学习表现为中心，细致刻画达标证据

NGSA 将表现期望解构后重构出学习表现，描绘了能推断学生三维整合表现的证据，向上承接了表现期望的要求，向下指引了具体评价任务的设计。我国《课标》同样要求“具体描述要体现学生在具体学习活动中的行为表现”［1］。为回应这一要求，核心素养导向的高中物理教学评价也可以借鉴NGSA 的学习表现，以细致刻画学科核心素养的达标证据。具言之，可以从学业质量水平对学生学业发展不同阶段典型特征的刻画出发，结合具体的内容要求，清晰界定所考查的知识、能力和素养，构建一系列的学习表现。如选择图4 中的“认识平抛运动的规律”“认识到平抛运动是一种理想化模型”和“能明确平抛运动实验中需要测量的物理量，由此设计实验方案”作为评价内容，构建出学生达成“平抛运动”的学习表现之一：“学生利用平抛运动模型设计方案解决实际问题”，作为推断学生能否将实际问题与平抛运动规律（物理观念）联系起来，认识到平抛运动这一理想化模型与实际情况的区别（科学思维），并利用平抛运动模型设计方案解决实际问题（科学探究）的证据，从而能较准确地判断学生的核心素养发展水平。

3.3 以真实情境为载体，全面有效考查素养发展

NGSA 在每个评价任务中嵌入真实情境，通过试题特征调控任务难度，以期全面考查学生的素养表现。我国《课标》中同样明确强调了“问题情境”，指出要在情境中对学生进行评价［1］。《中国高考评价体系》也规定以情境作为高考的考查载体，承载学科素养、关键能力等“四层”考查内容［19］。

可见，全面考查素养发展离不开真实情境，且需要通过不同复杂程度的真实情境引发学生展现出不同水平的素养表现，以全面考查学生物理学科核心素养的进阶发展。如图5 呈现了粤教版高中物理必修第二册“平抛运动”中的三道习题，均采用了真实情境，且复杂程度逐渐提高，可用于评价学生逐渐发展的素养水平［20］。套圈游戏对学生而言属于熟悉情境，学生只需在该情境中简单应用常见的平抛运动模型。射击模拟训练情境则相对复杂，学生需要综合应用平抛运动及竖直上抛运动等物理知识解决实际问题，经过分析和推理判断能否击中目标。农田灌溉属于较复杂的实际问题情境，学生需要将这一复杂情境中的对象（如“某一段水”）的运动过程转换为物理模型（如“平抛运动”模型），结合已有的平抛运动知识设计方案，估算单位时间内的出水量。因此，通过不同复杂度的情境任务，对标学业质量不同水平，可全面考查学生物理学科核心素养的发展。

图5 不同复杂程度的真实情境及所考查的素养水平

4 结束语

NGSA 中对三维整合的评价设计过程强调与NGSS 保持高度一致，并通过学习表现将学生的能力外显化，提供更多的评价证据，在情境中考查学生的三维能力表现。这对我国高中物理教学实施素养导向的评价提供了很好的经验与启示：在高中物理课程标准的指导下，明确细化评价内容；依据学业质量水平，针对具体评价内容，构造学习表现，以细致刻画达标证据；并以真实情境为载体，设计相应的评价任务、具体化评分标准，从而全面有效地实施以素养为本的评价。这要求教师在评价时要重视课程标准，重视学生能力表现的真实外显化，提供更多的证据，以期实现全面考查学生物理学科核心素养的发展。