“學習進階”的研究及其在物理教學中的應用

鄭曼瑤 張軍朋

（華南師范大學 廣東廣州 510006）

物理教學新思想新視角

“學習進階”的研究及其在物理教學中的應用

鄭曼瑤 張軍朋

（華南師范大學 廣東廣州 510006）

近10年來，學習進階逐漸成為科學教育界的研究熱點．學習進階描述了學生對核心概念的理解以及對某種技能的掌握隨時間的推移連貫且逐漸深入的典型發展路徑．國外通過學習進階的研究推動教育改革，以促進課程、教學與評價的一致性．本文評述了有關學習進階的源起、定義、構成要素和特點的理論研究，并通過“力與運動”這一案例，說明學習進階在物理教學中的應用．

學習進階 課程 物理教學 應用 評價

1 引言

近10年來，學習進階（learningprogressions）逐漸成為西方科學教育界的研究熱點．美國國家研究理事會（NRC）在2005年關于《建立州科學評價體系》的報告［1］及2007年在《將科學帶入學校：K-8年級的科學教與學》的報告［2］中指出了學習進階是促進課程、教學與評價的一致性，開發具有連貫性的課程與教學的最具有潛力的工具．美國通過學習進階的研究及成果試圖改變以往“廣而不深”的科學教育課程，打破課程、教學與評價“各自為政”的局面，這給我國的教育研究與實踐帶來重要啟示．

2 學習進階的源起

雖然學習進階是一個新興的研究領域，但它與教育學習理論有著諸多聯系．從20世紀70年代開始，在皮亞杰學派的認知主義學習理論的推動下，科學教育界研究者開始了迷思概念和概念轉變的研究．概念轉變的研究試圖揭示學生的迷思概念及其轉變的規律，解釋學生的學習發展規律．概念轉變與學習進階的研究有很大聯系，如果將概念轉變的研究時間單位拉長，并對概念轉變的模型進行整合，就能對一段時間內概念轉變的模型建構認知模型，這其實就是學習進階的研究［3］．

學習進階開始受到廣泛的關注是源于教育測量與評價的相關研究．美國國家研究理事會（NRC）曾經在2001年《知道學生所知道（KnowingWhat StudentsKnow）》的報告中提出，“如果知道學生的學習是如何隨時間發展的，評價就可以鑒別學生當前的思維和原有的認知，從而不斷促進學生的思維逐步向前發展”［4］．2009年美國國家進步教育評價（NEAP）科學測試框架著眼于對學生學習進步的評價，強調了學習進階對評價的促進作用．

近年來，美國教育課程改革的呼聲很高，課程一致性和連貫性成為最突出的問題．為此，NRC于2011年正式發布《K-12科學教育的框架：實踐跨學科概念與核心概念》，明確提出了用學習進階統整K-12年級科學教育課程的框架，設計適合各階段學生認知水平的表現期望．2013年5月，以學習進階為關鍵詞的美國《新一代科學教育標準》正式頒布．

由此，學習進階在學習、評價、課程等領域的研究中逐漸成為研究熱點．

3 學習進階的理論研究

3．1 學習進階的定義

科學教育界對“學習進階”的定義目前還沒有一個統一的界定．美國國家研究理事會（NRC）將學習進階定義為，“學習進階是對學生連貫且逐漸深入的思維方式的假定描述．在一個適當的時間跨度下，學生學習和探究某一重要的知識或者實踐領域時，思維方式逐漸進階．”［5］Smith等人認為學習進階不僅包含對學生思維過程的描述，而且包含在學習進階中有哪些不同的推理方式以及學生對于某種科學技能（如建模能力）的發展過程［6］．綜上，學習進階是基于現有研究的一種假定性描述，描述了學生在一定的時間跨度下，對某一核心概念的理解以及對某種技能的掌握連貫且逐漸深入的典型發展路徑．

3．2 學習進階的構成要素

從學習進階的定義可大致歸納出，一個完整的學習進階應包含以下要素：

（1）進階變量（Progress Variables）．追蹤學生對某一學科核心概念的階段性發展．

（2）水平層次（Levels of Achievements）．學習進階發展路徑的中間步驟．

（3）學習表現（Learning Performances）．描述處于某個特定水平層次的學生能夠達到的成就，包括各中間層次表現和目標表現．

（4）評價（Assessments）．追蹤學生的學習隨時間推移的發展是否與假定的進階一致．

3．3 學習進階的特點

從Corcoran，Mosher，Rogat，Duncan等人對學習進階的特點做出的闡述［7，8］可以看出，目前科學教育界對學習進階的特點達成了一些共識．學習進階的特點可概括為：

（1）基于現有的研究．學習進階是一種假設性的描述，因此必須系統分析當前大量的理論與實證研究，從而分析不同階段的學生對核心概念的理解程度，把握學生學習過程中的認知發展規律．

（2）圍繞核心概念進行建構．這些核心概念位于學科的中心地位，包括了重要概念、原理、理論等的基本理解和解釋，這些內容能夠展現當代學科圖景，是學科結構的主干部分．

（3）依賴課程與教學，具有實證性．一個學習進階是否能夠代表學生對核心概念知識的典型發展路徑，必須在教學實踐中進行實證研究．通過實證研究，對已有的學習進階進行檢驗、修正、完善．

（4）進階路徑不唯一．由于學生認知發展規律存在個體差異，不同學生對某一核心知識的學習進階路徑可能是不同的．因此，學習進階只能是力求描述代表大多數學生的典型發展路徑．

4 學習進階在物理教學中的應用與啟示

目前，對學習進階的研究已經從理論向實證研究過渡．以美國為主的一線專家團隊已經開發出物理、生物、化學等學科領域相關核心概念的學習進階，為具體的學科教學和評價提供了指導方向．

我們以Alonzo構建的“力與運動”學習進階為例［9］，說明學習進階對中學物理教學和評價的指導意義．Alonzo開發了一套評價學生思維能力的多項選擇測試題對中學生關于力與運動的理解進行實證研究，并結合美國國家科學教育標準（NRC，1996年）的要求，構建出如表1所示的“力與運動”學習進階．該學習進階把學生對“力與運動”的認識分為4個發展水平，每個水平層次都有相應的學習表現，描述該階段學生對“力與運動”的理解水平．每個水平層次還細化地描述了物體在所受合外力F合≠0，合外力F合＝0，運動狀態和靜止狀態4種情境下，學生對“力和運動”的理解．

表1 “力與運動”學習進階

續表

基于大量實證所構建的學習進階，能夠反映學生思維能力的典型發展路徑，為物理課堂教學和評價的實施提供了重要的參考指標與啟示．

4．1 學習進階與物理課堂教學

（1）學習進階有助于教學目標的設計

學習進階描述了學生對核心概念的理解經歷的多個水平層次．通過實證，教師得以明確不同年級或者不同層次的學生對核心概念的認識集中于哪一水平，并根據學生的實際發展情況合理制定教學目標．例如，對于力和運動，高中大部分學生在學習牛頓三大定律之后應該能夠達到第4水平層次，但仍有部分學生只能達到第2或第3水平層次，而小學生的思維可能還停留在第1水平層次．因此，教師應該以學習進階為參考，將目標學習表現（一般為課程標準）進行分解細化，步步遞進，幫助學生一步步地建構“力與運動”的科學知識框架．

（2）學習進階有助于教學策略的選擇

學習進階中間水平層次的學習表現往往代表學生的迷思概念，而學生在當前階段的學習中可能仍存在對概念的錯誤理解，因此，教師在教學過程中要關注學生對概念理解的發展過程，選擇適當的教學策略，幫助學生完成概念轉變．例如，在“力與運動”的學習進階中，處于第3水平層次的學生存在著“物體的速度與物體所受合外力成正比”這樣的迷思概念，這時，教師應該從學生的現有認知水平出發，通過搭建物理概念腳手架等教學策略促進學生對核心概念的理解朝著最高層次的水平逐級發展，從而促進學生科學素養的提高．

4．2 學習進階與評價：評價要注重過程性

當前國內所開發的測試題更多的是注重評價學生是否達到了目標學習表現，而缺乏對學生思維過程的評價．這種重結果輕過程的評價方式容易導致學生對理科知識的學習變成機械地背誦，無法真正理解核心概念知識的本質．學習進階呈現了學生在學習過程中的困難，這為開發出能夠反映學生知識和能力水平的評價工具提供了重要的參考指標．Alonzo在構建“力與運動”學習進階的過程中，使用了多項選擇測試題對學生的理解水平進行評價，每一個選項分別對應一個水平層次．例如以下題目．

【例題】地面上的石塊沒有運動是由于

A．石塊內部力量太大以至于無法運動

B．沒有力作用在石塊上

C．重力將其壓在地面上

D．地面對石塊的支持力與石塊重力大小相同，方向相反

當學生選擇選項A或者C時，反映學生對“力與運動”的理解還處于第1水平層次，錯誤地認為“力是物體的內在屬性”，“重力阻止物體運動”；選項B反映學生對“力與運動”的理解處于第2水平層次，學生認為“靜止的物體不受力”；選項D反映學生對“力與運動”的理解處于第3水平層次，學生理解“靜止物體所受合外力為零”．

通過基于過程性的評價診斷學生的學習情況和學習困難，能夠促進教師教學方法的改進，從而促進學生的發展．

4．3 學習進階對課程開發的啟示

（1）學習進階為課程標準的制定提供了基于實證的依據

由于學習進階是基于大量的實證得到的，能夠反映學生的典型發展路徑，這就為課程標準確定學生應在什么年級階段達到什么樣的學習表現提供了具有說服力的支持．通過實證構建學習進階，檢驗并促進當前課程標準的不斷完善；再用課程標準指導教學實踐，在教學實踐中構建更加符合學生發展規律的學習進階．

（2）注重核心概念的整合

從橫向考慮，應對同一核心概念在不同學科的同一學習階段中的聯系進行整合．學習進階強調了學生對核心概念的理解，從少量的核心概念出發，構建整個學科知識體系，實現“少而精”的課程．目前我國初中分科課程和綜合課程并存，但大部分地區的初中理科課程仍是分科開設，高中課程則全部是分科制定．由于化學、物理、生物、地理等科目中概念繁多，同一概念常常出現在不同的學科中，比如，“波”是地理和物理的共通概念；“物質”是化學和物理的共通概念．這樣的概念在不同的學科中應該如何聯系，如何設置課程才更有利于學生的學習？通過學習進階的實證研究，將為課程開發者帶來參考．

從縱向考慮，應對同一核心概念在同一學科的不同學習階段的連貫性進行整合．目前我國不同學習階段的學科課程標準是分別設計的，雖然對同一知識在不同學習階段有不同層次的要求，但總的來說小學和初中之間，初中和高中之間缺乏內在的邏輯聯系［10］．學習進階描述了學生對核心概念的理解連貫且逐漸深入的典型發展路徑，其研究成果有利于促進學科核心概念的整合．

國內外教育界對學習進階的研究仍處于起步階段，相信隨著學習進階研究的發展和成熟，將會對課程、教學和評價產生積極的影響．

1 Mark R Wilson，Meryl W Bertenthal．Com mittee on Test Design for K- 12 Science Achievement//National Research Council．Systems for state science Assessments//Washington D C：National Academies Press，2005．18，203

2 R A Duschl，H A Schweingruber，A W Shouse（Eds）．Com mittee on Science Learning，Kindergarten through English Grade//National Research Council．Taking Science to School：Learning and Teaching Science in Grades K-8．Washington，D C：The National Academies Press，2007．213

3 王磊，黃鳴春．科學教育的新興研究領域：學習進階研究．課程·教材·教法，2014（01）：114

4 National Research Council［NRC］．Knowing What Students Know：The Science and Design of Educational Assessment．Washington：National Academies Press，2001

5 R A Duschl，H A Schweingruber，A W Shouse（Eds）．Com mittee on Science Learning，Kindergarten through English Grade//National Research Council．Taking Science to School：Learning and Teaching Science in Grades K 8．Washington，D C：The National Academies Press，2007．236

6 Smith C L，Wiser M，Anderson C W，Krajcik J．Implications of Research on Children’s Learning for Standards and Assessment：A Proposed Learning Progression for Matter and the Atomic- Molecular Theory．Measurement：2006，4（1/2）：1～98

7 Tom Corcoran，Frederic A．Mosher，Aaron Rogat．Learning Progressions in Science：An Evidence- based Approach to Reform．Consortium for Policy Research in Education，2009

8 Duncan R．Learning Progressions：Aligning Curriculum，Instruction，and Assessment．Journal of Research in Science Teaching，2009，46（6）：606～609

9 A C Alonzo，J T Steedle，Developingand Assessing a Force and Motion Learning Progression．Science Education．2009，93：389～421

10郭玉英，姚建欣，張靜．整合與發展——科學課程中概念體系的建構及其學習進階．課程·教材·教法，2013（02）：44～49

鄭曼瑤（1990- ），女，在讀研究生，研究方向為課程與教學論．

指導教師：張軍朋（1963- ），男，碩士，教授，主要從事中學物理課程與教學論、物理學習心理、物理教育測量與評價研究．

2014-05-19）