李玉刚 闫白洋

（1.上海市崇明区民本中学 上海 202157）

（2.上海市行知中学 上海 201999）

随着《普通高中课程方案（2017年版2020年修订）》的发布，国内教育研究大多聚焦于核心素养和学科核心素养的内涵是什么、在课堂教学中如何发展学生的核心素养等问题，而关于核心素养测量与评价的研究则相对较少，也是国内外教育测量领域面临的难题。科学探究是核心素养的重要组成部分之一，也是物理、化学和生物等学科核心素养的重要组成，对科学探究素养测量具有重要的研究价值。下面以生物学科为例，利用证据中心理论（Evidence-Centered Design，ECD），实践探讨科学探究素养的测量方法。

1 ECD理论对科学探究素养测量的价值

证据中心理论是由美国梅斯雷弗（Mislevy·RJ）等人提出的一种系统性、综合性地进行评价设计的模型。目前，该模型已成为美国教育评价领域的主要研究方向和应用模式之一。科学探究素养的测量是对学生科学探究素养水平进行量化，《普通高中生物学课程方案（2017年版2020年修订）》对科学探究素养内涵的描述均是高度抽象概括、结构复杂的高阶技能。这些技能的测量不仅要进行纸笔测验，也要进行表现性评价。但是，表现性评价存在测量困难、评价有失公允等问题，较少应用于高利害的大规模测验中。如何通过学生的纸笔测验测量学生的科学探究素养水平成为教育研究者不断实践和探索的主题。纸笔测验测量学生的科学探究素养需要系统性反思测量的理论基础、方法策略和技术路线等，而ECD模型完美地契合了科学探究素养测量的理论需求。ECD模型强调“基于证据的推理”进行评价设计的方法，该模型首先运用测量工具获取证据，再用数理统计模型对测量目标进行基于证据的推理，利用ECD模型测量学生科学探究素养是可行的。

2 ECD理论对科学探究素养测量试题开发中的应用

ECD模型主张基于学生在特定情境下，针对情境任务所表现出的试题解答答案、所说所做等行为表征来推断学生知道什么、能做什么或核心素养水平，在科学探究素养测量试题的命制中，需要设计情境、试题和任务等，让学生去解答或者完成，然后收集学生的学习证据（答案、表现和作品等），推论学生科学探究素养水平。ECD模型的概念性评价框架（conceptual assessment framework，CAF）提供了评价系统的设计蓝图，该框架由学生模型（Student Model）、证据模型（Evidence Model）、任务模型（Task Model）、组合模型（Assembly Model）和呈现模型（Presentation Model）等5个模型构成，如图1所示。

图1 ECD模型的概念性评价框架

2.1 学生模型

学生模型是为了明确测量目标和测量内容，也就是解决“测量什么”的问题，决定了学科概念的选择、情境的设计、试题的编制和评价的实施等各个环节。学生模型的重要组成成分是学生模型变量，学生模型变量是测量目标所需变量的集合，可以是一个变量，也可以是多个变量；可以是直接观察的变量，也可以是无法直接观察的变量；可以是独立的，也可以是相互关联的。收集的全部证据是为了确定这些变量的值，这个值可以是一个分数，也可以是一段具体的描述。这些变量的值反映了学生在某一素养中所达到的水平。通常，这个变量的值是以概率分布的形式推断学生在某一素养的水平。

例如，在测量学生科学探究素养水平时，可以根据新课程标准中的学业质量要求和核心素养水平来确定学生模型的变量。科学探究素养的变量包括探究方案的设计和探究方案的实施。确定好学生模型变量后，需要对模型变量进行结构化处理，以表征各模型变量之间的关系，可以通过图式的形式进行表现，如图2所示。

图2 学生模型变量的图式结构

2.2 证据模型

证据模型的目的是确定测量方法，也就是解决“如何测量”的问题。在证据模型设计时，详细描述学生在完成任务（试题）中的表现（答案），以给学生模型变量赋值。证据模型包含证据规则和测量模型。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。教师通过证据规则，可以从学生在具体任务情境的各种表现中抽取显著特征，形成能够支持所判定水平的证据。科学探究素养的证据规则见表1。

表1 科学探究素养各变量的证据规则

测量模型是将通过证据规则获得的分数和学生模型变量以特定结构和方式连接起来的概率模型，解决了如何整合个体在一系列任务上表现出来的证据，执行从证据到推论的推理过程，这种关系可能是概率性的或逻辑性的。因此，测量模型可以采用双因子模型（Bi-factor Model），即设置一系列任务（试题），从学生完成任务的行为（答案）中提取特征，并根据证据规则判定分值或等级，进一步估计学生所处目标水平。

2.3 任务模型

任务模型是开发测量工具，也就是解决“用什么测量”的问题。通过设计情境任务（情境问题），收集学生在完成任务（解答试题）过程中的各种表现（答案），以此获得证据模型所需的各种证据。任务模型的设计要紧紧围绕着学生模型和证据模型，突出情境任务的靶向性、探究性和新颖性。任务模型通常是一系列的情境任务，对不同的情境任务，测评的方向不同。例如，在测量科学探究素养中的学生模型变量“提出问题”和“写出实验结果”时，编制试题如下（改编于上海市2016年生命科学高考试题）。

任务情境：蝌蚪遭遇捕食者攻击时，尾部会发生不同程度的损伤。尾损伤是否会影响蝌蚪的游泳速度？

（1）根据任务情境，提出假设：_____________。

（2）在取样时，需要采集某地多个水塘中特定发育期的林蛙蝌蚪回实验室饲养。在多个水塘中取样是为了______________________________________。

（3）为使蝌蚪更好地适应饲养箱环境，控制因素应包括______________________________________。

（4）选尾部完整的蝌蚪，统一编号后分为3组，用于尾损伤处理。分组的最重要依据是_____和_____。

（5）根据尾损伤处理情况，将3组蝌蚪命名为轻微损伤组（QW）、严重损伤组（YZ）和对照组（不损伤，CO），待伤口愈合后进行后续实验。实验后需要记录的实验数据包括______________________________。

（6）图3所示两次实验结果，实验结果一可以得到的结论是_________________________；实验结果二可以得到的结论是_________________________。

图3 实验结果示意图

科学探究素养注重学生在实际探究或实验过程中的行为表现，但是这种行为表现在当前评级制度中较难实现。因此，在任务模型中，教师只能通过具体情境测评学生科学探究过程中的表现。例如，试题（1）测量学生提出假设的能力；试题（2）～（4）测评学生的实验设计能力，包括取样、控制变量和分组依据；试题（5）测量学生记录实验数据能力；试题（6）测量学生创造性地运用数学方法分析实验结果，并得出正确的实验结论能力。

在科学探究素养各变量的证据规则（表1）的基础上，结合案例情境任务的具体实际，建立了案例的证据规则，见表2。

表2 案例的证据规则

2.4 组合模型

组合模式是根据课程标准要求、学生已有概念和技能、学生认知特征等因素协调学生模型、证据模型和任务模型的组合运作，是为了更精准地测量学生模型变量。组合模型包括项目选择的目标、项目选择的策略和项目选择的限制因素等。在组合模型设计时，教师首先要明确测评的学生背景，即学生的生物学概念储备，学生的认知能力，认知态度等。其次，要明确测评目标，测评的是核心素养一、二水平，还是三、四水平、相关的生物学概念、任务的复杂程度等都需要进行调整。最后，情境任务要多样化、广泛化，避免任务情境的单一性，还有是否为合作完成等。

2.5 呈现模型

呈现模型是情境任务通过什么形式呈现给学生。当前，情境任务的呈现方式有计算机或网络、纸笔和学生档案袋等。计算机或网络使情境任务具有交互性，更加生动，激发了学生的答题兴趣，还能记录学生的答题轨迹，并自适应地推送试题等优点。但是，这种方式有情境任务开发成本较高、所需计算机数量不足等缺点。基于此，当前测量学生科学探究素养的呈现模型大多选择纸笔测验。纸笔测验具有试题编制容易、学生作答方便、教师批阅简单等优点。不过，在科学探究素养测量的纸笔测验的呈现模型中，可以以文字、表格、折线图、曲线图等方式呈现试题内容、实验结果等信息。在测量学生科学探究素养时，教师需要根据实际情况进行选择。

3 ECD理论测量学生科学探究素养的实践与反思

笔者利用ECD模型进行了高中生物学科学探究试题的命题和测评实践。结果显示，ECD模型下的科学探究素养的测量方式获得了学生和教师的普遍认可，并科学地实现了科学探究素养水平判定。但是，科学探究素养中“小组合作与组织”“实验操作”等仅通过纸笔测试并不全面，还需要基于ECD模型制定工作单或现场观察等方式进行命题测量。科学研究中的科学精神和科学态度如何测评？这一系列问题将是以后研究的重点。科学探究素养的测评任重道远，需要更多的教师进行探索和实践。