學習進程與NGSS

李慧　王蓓

本專題“從NGSS解讀美國科學教育的新觀點”一文中已詳細分析了NGSS與以往課程標準的不同觀點，其中第3條“NGSS中的科學概念需要從幼兒園到12年級連貫地建構”就是與“學習進程”（Learning Progressions）密切相關的一處。

2011年發布的《框架》是NGSS的基礎，其中曾提出：《框架》的設計是為了幫助實現一種科學與工程教育的構想，即學生通過在校期間多年的學習，積極參與科學與工程實踐、運用跨領域概念，以加深他們對這些領域核心概念的理解。在如何實現這種構想的問題上，《框架》認為（引自《框架》P10—11）：

本框架的制定，部分原因是國內正在形成的一種共識，即K—12科學教育需要更大的連貫性。很多時候，標準往往是一長串瑣碎和缺乏聯系的事實，這加劇了對美國科學課程的批評——美國的科學課程往往是“1英里寬，1英寸深”。這不僅使年輕人疏遠科學，而且留給他們的只是知識的碎片，并不能讓他們體會科學的創造性、其內在邏輯性、一致性和普遍性。

本框架努力從3個方面使科學教育的構想更具連貫性。

（1）本框架建立在學習是一個發展進程的概念之上；

（2）本框架著眼于有限的幾個科學與工程核心概念；

（3）本框架強調科學與工程的學習需要將進行科學解釋的知識與參與科學探究和工程設計所需的實踐整合起來。

可見從《框架》到NGSS都格外關注連貫性，即學習是一個發展進程這一科學原則。《框架》制定原則中也指出“理解隨著時間而發展”。其實，早在美國1996年科學教育標準中，已經對學習進程有所思考。其中對內容標準所分年級段或多或少已運用了學習進程的研究成果。不過在這部科學教育標準中并沒有將“學習進程”放在重要的位置上加以描述和強調。NGSS之所有強調發展、強調學習進程，與本世紀以來學習科學的理論變革密切相關。

學習進程的概念和組成

美國國家研究理事會（NRC）2001年發表研究報告《知道學生所知道》（Knowing What Students Know：The Science and Design of Educational Assessment，National Research Council，2001），在研究認知與測量科學進展的基礎上，提出“教育評價要整合學習進程的研究”，強調“評價的設計要以認知和學習模型為依據，學生相關領域的認知與學習模型要基于實證研究，課程、教學與評價應相互一致”，“一旦知道學生學習是如何隨時問發展，評價就可以鑒別學生當前思維、先行理解、隨即發展，從而不斷促使學生的理解逐步向前發展”。

這份報告呼吁了人們對學習進程的重視，隨后各類研究者開始就各領域的學習進程進行研究，包括科學概念的學習進程以及科學實踐技能的學習進程，如Claesgens等從2002年開始，研究學生化學核心概念隨時問變化的模式和特征，Catley K.等對“進化”理論學習進程的追蹤，Smith C.L.等對分子原子理論學習進程的研究等。

2007年NRC的報告《將科學帶進學校》（Taking Science to School：Learning and Teaching Science m Grades K— 8.N ationalResearch Council，2007）中對學習進程給出了明確的定義：科學中的學習進程是基于實證的，可以檢驗的假設，這些假設主要是關于學生在正確的指導下，理解核心科學概念、運用核心科學概念的能力、解釋和相關的科學實踐怎樣一直成長、變得日益成熟。這些假設描述了學生掌握核心概念可能要遵循的路徑；兒童逐級深入地學習和研究某個主題的一系列步驟。這些步驟相互銜接，循序漸進，完成所有步驟需要很長時間（例如6～8年）。學習進程一般具有5個組成部分。

（1）目標：由社會期望和對學科中心概念和主題的分析而確定的學習目標或明確目標。

（2）變量：能識別隨時問而發展的理解和技能的關鍵維度的進程變量。

（3）水平：能確定大多數兒童可能期望通過能獲得所期望的能力的路徑的概念/技能發展的重要中間階段的成就水平或進程階段。

（4）預期表現：學習表現是兒童的理解和技能在進程的每個階段應是怎樣的操作性定義，這使評估和活動的進展得以具體化，這將能定位學生在他們的進程中所處的位置。

（5）評測：測量學生對關鍵概念或實踐的理解的評測能追蹤學生隨時間的發展進程。

《框架》中的學習進程

學習進程的思想在《框架》中表現的非常鮮明，強調在K—12年級學習期間以一種連貫的、符合學習進展邏輯性的方式培養學生的科學能力。《框架》為每一實踐和概念開發出可能的學習進展草圖。

《框架》為每個分解概念提供了年級段“終點（endpoints）”，這些終點描述了學生在2年級、5年級、8年級和12年級結束是分別應該達到的。同時，也表明了在K—12年級的范圍內應該如何建構的。

《框架》還指出這些終點在各年級會沿著共同的趨勢前進：在K—2年級，選擇學生可以直接體驗并研究的現象；3—5年級則包含了學生很少有直接經驗的無形的宏觀物體，當介紹微觀物體時，不會強調理解它們的大小，但可用實物模型和模擬等將微觀物體與學生可以調查和解釋的現象相聯系；6—8年級則轉到對自然現象進行原則水平的解釋，以及對生命進程和生物結構進行細胞水平的解釋；在9 12年級則需要轉移到亞原子和亞細胞的解釋上了。同樣，《框架》也對科學與工程實踐的進展給出了類似的模式。這些都體現了學習進程的研究成果和思想。

NGSS中的學習進程

遵循《框架》的視野，NGSS旨在提高K 12科學教育的連貫性。豐富了本文開始時提到的3點：

首先，它建立在學習是一個發展的學習進程這一概念的基礎上。這樣設計來幫助孩子們從他們看到周圍世界的好奇心和他們最初關于這個世界是怎樣運轉的概念開始，不斷地建立和修改自己的知識和能力，我們的目標是引導他們的知識向著更科學為基礎的和連貫的自然科學和工程技術，同時可以應用他們追求的方法和結果。

其次，該框架著重于學科內和學科間數量有限的科學和工程的核心概念。該委員會做出了這個選擇，以避免淺顯得覆蓋大量的主題，把更多的時間留給教師和學生更深入探索每個概念。減少要掌握的細節的總數，是為了給學生更多的時間參與科學調查和論證，更深度的理解現有的核心概念。劃定關于每個核心概念在每個年級段要學什么，可以幫助分清什么是最重要需要花時間的，避免學習一些沒有概念基礎的細節擴充。

第三，框架強調學習科學和工程技術包括了科學探究知識和從事科學探究和工程設計所需的實踐知識的綜合。因此，該框架旨在展示在K—12科學教育中設計教學活動時是怎樣使知識和實踐交織的。

學科核心概念的進程

為了更簡略地看到學習進程所描述的進展，NGSS的附錄E給出了各個學科核心概念的進程，即對每個年級段的內容進行了總結。

表1以地球空間科學的學習進程為例，不難發現一些學科核心概念的分解概念有較大的重疊。讀者可以注意到在那些概念中并不總是進行清晰的劃分，所以許多學習進程不止在一個分概念中分解。這些表格的目的是簡短得描述K—12年級每個年級段各學科的核心概念。因此，這一學習進程僅作為參考。

科學與工程實踐的進程

除了對學科核心概念進程的關注，NGSS的附錄F中還給出了科學與工程實踐的進程，以指導教學如何逐步幫助學生獲得科學與工程實踐能力。表2以科學與工程實踐中“提出為和明確要解決的困難”為例，總結了學生在每個年級段結束前應該能夠達到的能力。

跨領域概念的學習進程

對于更為抽象的跨領域概念，從理論和實踐兩方面而言都更需要經過一段時間的學習來獲得。NGSS的附錄G中對所提及的7條跨領域概念注意給出學習進程，以說明如何在K12年級期間逐步建構對跨領域概念的理解。表3以“原因與結果”為例說明跨領域概念的學習進程。

綜上所述，《框架》和NGSS都把發展作為衡量教育成敗的標準，而學習進程則是度量發展的有效策略。

學習進程作為使科學教育標準從決策導向到實證導向，聯結課程標準、教學與評價，促進一致性的最具潛力的工具，在NGSS制定過程中有一次得到了發展。但學習進程的研究，尤其是具體內容的細致分析與實證研究仍然是科學教育研究中的重點和難點問題，NGSS的發布，將使學習進程的研究與教學實踐結合地越來越緊密，更好的體現學習進程研究的教育意義與價值。

參考文獻

[1]韋斯林、賈遠娥，美國科學教育研究新動向及啟示，課程·教材·教法，2010.10

[2]NRC，A Framework for K—12 Science Education：Practices，Crosscutting Concepts，and Core Ideas，2011

[3]NRC，Taking Science to School：Learning and Teaching Science in Grades K—8.2007

[4]NRC，Knowing What Students Know：the Science and Design 0f Educational Assessment，2001