通过细致测评促进物理深度学习——以“覆杯实验”为例*

冯士季，朱立娅

(1.广西师范大学教育学部，广西 桂林 541004；
2.佛山市顺德区京师励耘实验学校，广东 佛山 528329)

促进学生的深度学习，是我国当前基础教育课程教学改革的重要目标。所谓深度学习，是指在理解学习的基础上，学习者能够批判性地学习新的思想和事实并将它们融入原有的认知结构，进而能够将已有的知识迁移到新的情境中，用来作出决策和解决问题。想要促进学生深度学习的发生，教师需要对学生学习的过程和结果具有深入细致的了解。有效的学业测评手段，可以帮助教师达成这一目的。本文以“覆杯实验”教学内容为案例，提出可以采用一种细致划分学生解决物理问题思维类型的方法，对学生原认知结构中的不足进行有效检测，进而开展教学反思，采取教学补救措施。

在初中物理大气压强的教学中，大多教师常常采用“覆杯实验”进行课堂导入，证明大气压强的存在。常见的“覆杯实验”过程是：将杯子正立，装满水或装半杯水，然后把纸片盖在杯口，再用手按住后倒过来，轻轻松开手，发现纸片不掉落。此实验现象可以证明大气压强的存在，实现现象明显且出乎学生的意料，可以激发他们的好奇心和学习兴趣。

“覆杯实验”之所以能够成功，即杯口的纸片之所以不会掉落，不是因为“水粘住盖片”“水内有微小气泡”等[2]，而是由于杯子内外存在气压差，导致杯子倒转后，纸片下方的气压大于上方的气压。很多教师也会通过一系列的实验和生活中的例子帮助学生理解这一原理。但学生是否真正理解了呢？。

为了解学生是否已经真正知道了大气压强的存在以及“纸片不掉落”是因为压强差的存在，我们编制了一道题目，并通过测试来了解学生面对以上问题时的思维过程。题目如下：

拿一个透明的塑料杯，装入半杯水，然后用一块平整的薄塑料板盖住杯口，再按住塑料板把杯子倒过来，并在如图所示位置插上三根针（分别编号①②③），此时塑料板不会掉落（如图1所示）。

图1 覆杯实验

然后，通过实验可以发现如下现象：如果拔掉②③号针，塑料板不会掉落；
但是如果拔掉①号针，塑料板就会掉落。请分析出现此实验现象的原因。

与常见的半杯水“覆杯实验”不同的是，我们分别在如图所示的①、②、③位置上插上大头针。我们做此设计，一方面是与常见的“覆杯实验”在科学原理上保持一致，当学生在分析塑料板是否掉落时，需要从杯内外的气压差方面进行分析。另一方面，学生还需要考虑到是否有空气进入杯中。拔掉、位置大头针后，塑料板不掉落，是因为②、③位置处有水，空气不易进入，此时杯外气压仍大于杯内气压，塑料板不易掉落。拔掉①位置的大头针时，塑料板掉落，是因为这时有空气进入杯中，杯内外大气压相等，不再存在气压差，导致塑料板掉落。对学生来说，在分析难度上有所增加。

我们把该题目编入一份测量学生科学素养的试卷中，测试了324名八年级学生。根据学生的作答情况，我们使用“双位编码”（double-digit coding）的评分技术，将学生答案分成了中上水平、中等水平、中下水平回答和错误回答四类，并分别赋分为6分、4分、2分和0分。测试数据分析结果显示，所有学生的平均得分率为0.41，该题目的区分度（单题与总分的相关系数）达到了0.59。这说明，该题目有一定的难度，而且对学生能力水平有很好的鉴别作用。

不同层次和类型的学生答案及其所占比例如表1、表2、表3和表4所示。

表1 中上水平的回答（编码3）

表2 中等水平的回答（编码2）

表3 中下水平的回答（编码1）

表4 错误的回答（或未作答）（编码7或9）

通过表1中对学生中上水平的答案进行统计发现，仅有10.5%的学生能够准确地分析出两种情况下杯内外的气压情况，能够理解拔掉②③位置大头针后塑料板不掉落，是因为瓶内外存在气压差，瓶外气压大于瓶内气压。拔掉①位置大头针空气进入杯中，内外气压相等，塑料板才掉落。

通过分析中等水平的学生答案我们发现，有18.5%的学生仅能对拔掉①位置大头针和拔掉②③位置大头针，两种情况的其中一种做出完全正确的分析，说明知识掌握并不牢固。一些学生仅知道拔掉①处的大头针瓶内气压增大，但不能分析出此时内外气压相等。一些同学在分析拔掉②或③位置的大头针时，仅知道此时杯内气压与杯外气压不相等，但不知道杯内气压是小与杯外气压的。

通过对表3中中下水平的学生答案进行归类分析发现，54.7%的学生虽然会考虑到，拔掉各位置大头针会影响杯内的空气或改变大气压强，但不能做出细致正确的分析。甚至有19.3%的学生仅能够知道是大气压强影响了实验结果。

通过表4我们可以看出，有8.4%的学生会认为，拔掉大头针，气体会从杯子内逸出，完全相反的理解了大气压强的作用。还有些学生认为杯内上方是真空的，说明学生还没有正确的理解真空的概念；
还有8%的学生，没有作答该题目，对大气压强的相关知识完全不知。

通过细致的评价过程我们发现，大多学生都能从大气压强角度对此题进行分析，说明学生基本已经知道了大气压强的存在。但学生对大气压强的作用、覆杯实验的原理还是一知半解。学生对知识的模糊理解，督促我们对日常教学进行反思，实施补救教学。

细致的测评过程帮助我们诊断出学生在大气压强学习中存在的问题与不足，同时反映了我们教学中可能存在的问题。这些问题启示我们可从以下几方面改进教学：

4.1 加强物理概念和物理原理的深度理解

我们发现学生在分析上述“覆杯实验”题目时，错误地认为杯内处于真空状态，说明学生对于“真空”概念还不是很理解。还有些学生对大气压强大小的认识还很模糊，不能够正确地理解在同一海拔高度上，同一环境中大气压强相等，导致学生认为拔掉①位置大头针，杯内大气压会增大到大于杯外大气压。物理概念是物理知识的重要组成部分，是构建物理规律、建立公式和完善理论的前提和基础，对概念的正确理解是学好物理的前提条件[3]。所以在教学过程中，教师应该注重物理概念的讲解，引导学生对物理概念的提出和物理原理的发现过程形成深度理解。

4.2 注重物理实验的深度体验

在分析学生答案时我们不难发现，有些学生认为拔掉②③位置大头针时，水会溢出或有水会流进去，说明学生还没有真正理解到此时瓶外气压处处大于瓶内气压，从而对实验现象进行了错误的猜测。所以在日常的教学活动中，教师要更加注重物理实验教学，让学生通过亲自观察实验现象或深度体验实验过程来学习科学知识，使知识的记忆和理解更加深刻。

4.3 关注已有知识的灵活应用

本次设计的“覆杯实验”题目仅是常见“覆杯实验”的一个变式，我们就发现了学生在概念理解和科学知识原理理解等方面的问题。所以我们在以后的教学当中，应当更加注重物理学习的迁移与应用，不仅仅要学会用科学知识分析各种实验现象，更应该将知识的学习迁移到生活情境中去分析和解决实际问题。例如，在学习大气压强相关知识时，可以让学生分析吸盘挂钩是怎样吸在墙上的、用吸管是怎样将水吸上来的等等这些实际问题，让学生真正地做到知识的灵活运用。

注重概念教学，把握科学本质，让学生在做中学，在情境中学，才能让他们真正进入深度学习的状态。