2016.12 中国电化教育 总第359期
Learning Resource and Technology
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功能；(5)测评结果的存储、统计、分析及辅助评价 决策功能。
实验能力
实验设计能力 实验动手能力 实验观测能力 实验数据处理能力 实能解释能力
内容领域
物物
实实
教
理理
验验
学
概原
方仪
方
没有真实的实验操作能力评价，就难以实现 真正的实验操作能力培养。破解这一矛盾，亟需一 种真实有效的评价方法和工具。在信息技术推动 下，教育信息技术手段为实现实验操作能力的计算 机辅助测量与评价提供了可能。将现代教育技术与 物理实验操作能力评价进行结合，可以创建理想的 实验教学与评价环境，改变传统的教学与评价模 式，解决教学中存在的问题或困境。
三、中学生物理实验操作能力测评系统的设计 与开发
(一)相关理论基础 1.实验能力结构模型的相关理论 物理实验能力是复杂的心理认知结构的具体表 现，一般认为物理实验能力包含物理思维、科学观 察和操作技能等几个方面的因素，但是这些因素并 不是独立存在的，各种能力的有机结合成为物理实 验能力[5]。因此要对这一综合性的能力进行评价， 必须依赖具有一定维度的物理实验能力评价模型。 在各种物理实验能力的模型中，实验操作能力处于 核心位置的认识是统一的。实验能力是多维度、多 因素、多品质的综合性能力也是共识[6]。通过对相
然而，这种方法虽然保证了实验操作评分的 可重复性，但相当于实施了“一对一”实验操作 评分，增加了评分人员的工作量。那么，如何才 能提高实验操作评分的效率？笔者认为“智慧学 习”视角为解决这一问题提供了思路。智慧学习环 境的感知性、适应性、多向交互性特征可以为综合 评价学习成果提供灵活的支持[4]。通过带有“时间 轴标记”功能的交互视频技术和数字实验的计算机 信息采集、分析和辅助评分技术，辅助测评系统 自动感知实验操作过程，并将分析结果反馈给评 分者，评分者便可以根据需求对具体操作环节进 行评分，提高评分的效率；同时，系统可以通过 分析评分员状态数据，自动地适应评分员的工作 节奏；通过建立实验操作测评专家系统，将评分 要点作为提示信息加入到交互视频中，提高计算 机辅助测评的有效性。最后，数字化实验室的引 入，可以运用多种传感器收集实验过程中的过程 性数据，并通过后台分析学生实验操作的准确程 度，辅助评分者做出更精准的判断，减少评分员 在客观数据评判上花费的时间。
手段设计和开发中学生实验操作能力测评系统，并通过专家系统等智能化测评技术的引入，实现对实验操作能力
的真实、有效和智能化测评。
关键词：实验操作能力；测评系统；计算机辅助测评
中图分类号：G434
文献标识码：A
一、研究背景
学生实验操作能力的培养是素质教育和基础 教育课程改革的重点环节。对于物理课程而言，培 养学生的实验操作能力是提升学生科学素养的必由 之路[1]。然而，目前对物理实验操作能力单一的纸 笔测验方式造成了“纸上学实验”和“做题练实 验”的现实。虽然纸笔测验的成绩可以间接地反映 学生的实验操作能力，但这种反映是不全面的，有 时甚至是不真实的，这就直接导致在物理教学实验 能力培养中出现各种各样的问题。因此，如何更客 观、真实地评价学生的实验操作能力是一个亟待探 索的重要课题。
2016.12 中国电化教育 总第359期 文章编号:1006—9860(2016)12—0073—05
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中学生物理实验操作能力测评系统的 设计与应用研究
殷建华１，解问鼎２
(1.西南大学 教育学部，重庆 400715；2.苏州市教育质量监测中心，江苏 苏州 215004)
2.评判过程无法重复，评分信度低 实验操作测评不能要求学生重复多次实验，评 分过程也无法重现，评判结果缺少必要证据支持。 一旦评分结果出现争议，就很难进行处理。有些实 验操作测评采取“一对一”甚至“多对一”的评分 方式提高测试信度，但实施效率较低、成本较高， 一般只在参与测评人数较少的竞赛中使用。 3.评分标准不精确，评分存在主观随意的问题 实验操作测评一般通过学生对关键过程、关键 环节的处理来判断其对实验的掌握情况。由于评分 员无法完全实现对操作过程的全面精确观察，评分 标准一般只会规定学生需进行何种操作，无法准确 描述操作的精确程度。同时，对实验的过程性数据 也难以做出要求，仅能对实验结果和实验现象作规 定，这就造成了大量的实验操作细节被忽略。另一 方面，评分人员的责任心、精神状态等，对评分结 果的准确性和稳定性会产生一定的影响，评分的客 观、公正性难以保证。 (二)实验操作能力测评“困境”的破解思路 计算机辅助评价的出现，为现代教育技术与 学科的融合打下了基础，也给实验操作能力测评带 来诸多启示。计算机辅助测评可以胜任大范围群体
二、物理实验操作能力测评的瓶颈与破解思路
(一)实验操作能力测评面临的主要问题 1.实验操作具有过程性与瞬时性特点，评分难 度较大 传统的实验操作测评需要评分员对学生的实 验操作过程进行现场观察评分。评分员需注意力高
度集中，才能捕捉学生操作细节。另外，对评分人 员有较高的实验素养要求，否则难以在短时间内捕 捉并判断学生的关键操作情况。同时，评分人员观 察的位置、角度等因素，也会影响评分结果，甚至 还会干扰学生的实验操作，现场评分难度较大。
念理
法器
法
和
和
规
工
律
具
表 灵活应用 现 水 正确应用 平
不能应用
图1 面向过程的实验操作能力测量与评价框架模型
2.系统功能模块结构 为了实现系统的这些功能，将系统分解成如下 子系统：试题库管理子系统、智能组卷子系统；能 力量化子系统(评分系统)、能力评价子系统、考试 管理子系统、测评结果统计分析子系统、云端管理 子系统。 试题库管理子系统：用于管理维护实验操作 能力测试试题数据库。实验操作试题库的属性分为 “试题基本参数”和“测评参数”两部分。基本参 数包括实验操作题的编号、名称、知识点、难度、 区分度、使用次数、最近使用时间、测试对象等； 测评参数包括试题的能力维度构成、实验方案、评 分细则、常见错误提示、实验仪器、实验方法、实 验参数、误差范围、实验技巧等。 能力量化子系统：包括考试界面及考生信 息录入模块、考试模块以及阅卷模块。考试模块 负责呈现试题信息，并录制保存学生实验操作视 频。阅卷模块是教师完成学生实验能力评分的模 块，教师根据实验视频中的提示信息对实验操作 进行评判，同时教师评分的结果和评分时间轨迹 也会被同步记录保存下来，以便对评分质量进行 分析，监控评分过程。 实验能力评价子系统：负责呈现实验能力的评 分结果，并结合实验能力结构模型对学生的实验能 力进行综合评价，生成实验能力评价成绩单。依据 评分细则列举学生在实验操作过程中的失分项目， 及其对应的实验操作环节，供学生和教师针对性地 发现学生实验能力培养中的薄弱环节。 云端(网络)管理子系统：负责实验考试的远程
(三)实验操作能力测评系统功能设计 1.系统的功能定位与需求 测评系统的定位是能够独立完成对学生实验操 作能力的测评工作，弥补传统实验操作考试缺乏有 效测评的问题，实现实验操作能力测评的数字化、 标准化、可测量。系统的必须满足以下需求：(1)对 实验操作过程的科学量化功能；(2)对实验操作能力 的评价功能；(3)测评组织管理功能；(4)数据库维护
测评 数据
测评系统 评分标准
实验 专家组 数据库管理系统
组卷系统
实验 试题
测评 结果试题数Leabharlann 库图2 测评系统信息关系结构图
(四)实验操作能力测评系统关键技术实现 实验操作测评系统主要利用交互视频技术+数 字化实验平台+计算机辅助测评系统，实现对中学 物理实验操作的“实测机评”。交互视频技术是实 验操作过程的采集阶段，数字化实验平台是系统的 实验工具，计算机辅助测评系统是实验能力评价工 具，也是实验测评系统智能化的核心构成。 1.交互视频技术 交互视频就是指通过各种信息技术手段将交互 体验融入到线性视频的一种新型视频。测评系统用 到的交互技术主要包括实验视频的关键操作标记和 视频播放时的定位、变速播放、回看等。对于数字 实验，实验仪器的每一次使用都会触发数字实验平 台软件产生数字信号，将这些信号产生的时间记录 下来就能得到一个时间轴，将不同的信号进行梳理 和分类，就能根据每个实验的特征和操作规范，分 析出在这个信号产生前后对应发生的关键操作，从 而实现对关键操作的识别与标记。 2.视角与独立时间轴 实验操作的录制应该是多视角的，同时有多个 摄像头从不同的角度记录实验操作，并通过屏幕录 制记录数字实验平台的使用情况。同时，实验视频 播放与控制的时间轴要独立于视频之外，以便配合 从不同的角度观看时，同步定位实验操作。关键操 作在时间轴上进行“帧”标记，同时加入与时间轴 标记对应的操作评分细则作为评分参考依据，如下 页图3所示。 3.实验测评数据库 实验测评系统的“智能化”主要体现在把人 的实验经验转化成数字信息，使软件系统像专家一 样“解”物理实验，通过建立详细的实验测评数据
摘要：实验操作能力是中学理科课程核心素养的重要组成，是新课程要求培养的重要能力。实验操作能力
主要体现在真实的实验操作过程当中，只有通过对真实的实验过程进行考查，才能真正反映出学生的实验能力情
况。然而，现有的实验操作能力测评形式依然拘泥于纸笔测验，关注容易评价的、确定性的知识。该文以物理实
验操作能力测评为例，通过开展相关理论与实践研究，建构物理实验操作能力测评系统模型，利用教育信息技术
组织、管理与阅卷的功能，将考生考试信息备份上 传到网络服务器上，以便开展异地统一阅卷。
在测评系统中，实验操作试题库及其管理系 统、智能组卷子系统、实验能力量化子系统和结果 统计分析子系统是专家系统中密切联系的功能模 块。其信息传递关系结构如图2所示。
物理实验 内容
实 验 内 容
统计分析系统