基于結構中心模型建構“力與運動”學習進階

楊云霞 祁春春

(山西師范大學教育科學研究院，山西 臨汾 041000)

目前關于學習進階的開發模型有兩種：伯克利評價系統(四基石模型)[1]和結構中心模型[2-3]。兩種開發模型各有特點，前者注重評價系統構建的完整性，但忽視了對進階變量的解構，后者詳細說明了如何對進階變量進行拆解，但對實證檢驗部分介紹較少。本文基于結構中心設計模型，從選擇并界定“結構”、評價項目的設計兩個方面建構了“力與運動”的進階假設。

一、選擇并界定“結構”

首先，要識別出不同年級在某個領域影響學生學習的知識和經驗，即區分出每個階段相應的學習目標。參考《小學科學課程標準》[4]、《義務教育物理課程標準》[5]、《高中物理新課程標準》[6]確定了各學段關于“力與運動”核心概念的學習目標：小學階段，學生可以根據直觀經驗描述運動，形容力的作用效果；初中階段，學生理解力的概念、認識力的作用效果，知道不同種類的力的產生條件以及計算方法，認識機械運動，理解勻速直線運動規律；高中階段，理解不同機械運動的運動規律，能對多個物體組成的系統進行受力分析，理解力與運動的關系，解決實際問題。

其次，要基于學科本體邏輯和相關學習領域的已有研究將核心概念拆解為多個結構。加速度是連接力與運動的橋梁，以“加速度”為中心，可以將“力與運動”核心概念解構為5個結：結構A，力是物體間的相互作用；結構B，力是產生加速度的原因；結構C，加速度和速度決定了機械運動的形式；結構D，描述機械運動的各物理量的理解。

最后，劃分每個結構的理解層次。學生對“力與運動”的迷思概念和先驗知識的研究是層次劃分的基礎。通過對“力與運動”前概念的分析可以看出，學生的前概念主要集中在力學和動力學部分。所以在劃分進階層次時，分為兩種：以概念修正為主，如結構A、B、E或以概念的積累為主，如結構C、D?；诖耍岢觥傲εc運動”的進階假設(見表1)。

二、將證據與任務進行匹配—評價項目的設計

評價項目采用Briggs等介紹的有序的多層選擇項目[7-8]，可以根據學生的選擇確定學生當前處于哪個水平。

根據“力與運動”的進階假設，結構A、B、E與結構C、D的評價項目的設計有所不同，下面分別介紹各類型評價項目的設計情況：

(一)結構A、B、E的評價項目的設計

結構A、B、E是以學生的迷思概念為進階起點，以科學概念為進階終點。以結構A為例：

結構A是力學概念，處于水平1的學生認為力是由有機體產生；處于水平2的學生知道了力是兩個物體之間的作用；處于水平3的學生認識到物體間的力是相互的，并與物體的重量等有關；處于水平4的學生能對牛頓第三定律達到正確理解，開發的評價項目以第1題為例：

1、不考慮空氣阻力的情況下，下列說法正確的是( )

A.剛拋出去的籃球受到手所施加的力，隨著時間推移力慢慢消失。

B.籃球在空中不受到重力，只有與地面接觸才受到重力。

C.拋出去的籃球受到重力，同時地球也受到籃球施加的力，籃球受到的力大，地球受到力小。

D.拋出去的籃球受到重力，同時地球也受到籃球施加的力，二者受到的力大小相等，方向相反，同種性質。

該題中選項A、B、C、D分別對應進階假設結構A的水平1、2、3、4，如果學生選擇A，那么就表示學生認為力是由有機體產生的，處于水平1；如果學生選擇AB，防止過高估計學生的水平，判斷學生處于水平1，以此類推。

(二)結構C的評價項目的設計

結構C是運動學概念，進階過程從簡單概念進階到復雜概念的過程，該結構共劃分了5個進階水平，處于水平1的學生能正確區分機械運動和非機械運動；處于水平2的學生，了解勻速直線運動的規律；處于水平3的學生，了解勻變速直線運動的規律；處于水平4的學生，了解曲線運動的規律；處于水平5的學生，能利用加速度和速度區分不同的機械運動，以第7題為例：

2、下列說法正確的是( )

A.煤燃燒的過程不是機械運動，神州5號繞地球運轉是機械運動。

B.勻速直線運動是速度不變的運動。

C.勻變速直線運動是加速度恒定(不為零)的直線運動。

D.做曲線運動的物體加速度和速度一定不在同一條直線上。

E.加速度是否為零是判斷物體做勻速運動還是變速運動的依據。

該題的選項分別對應結構C的水平1、2、3、4、5，與結構A不同，由于概念累加的進階過程。如果學生選擇A，表示學生認為只有A是正確的，其他選項都是錯誤的，可以判斷能正確區分機械運動和非機械運動，但對其他的運動規律并不理解，判定學生處于進階的第1水平；如果學生選擇AC，表示學生能區分機械運動和非機械運動，知道勻變速直線運動的規律，但學生認為選項B是錯誤的，為了防止過高估計學生的水平，判定學生處于第1水平；以此類推。

(三)結構D評價項目的設計

結構D屬于運動學概念，進階過程是概念累加的過。與結構C不同，結構D是學生關于5組描述機械運動的物理量的辨析：時間與時刻、路程與位移、速度與速率、平均速度和瞬時速度、速度與加速度。劃分了5個進階水平，處于水平1的學生，只能區分其中的1對概念；以此類推，學生對5對概念的理解都正確，學生才能處于進階終點，以12題為例：

3、下列說法錯誤的是( )

A.質點位移的大小可能大于路程。

B.若物體在一段時間的瞬時速度為零，那么它在這段時間的平均速度一定為零。

C.物體有恒定的速度時，速率一定不變。

D.時間在時間軸上指一條線段，時刻在時間軸上指一個點。

E.圖6中20秒時，物體的速度和加速度都為零。

“力與運動”進階假設和評價項目的開發是后期進行實證檢驗的基礎。正如Shea & Duncan(2013)所說，學習進階必須通過迭代循環驗證才能應用于教學，否則其一直是一個假設模型。所以文章中所建構的進階假設以及設計的評價項目僅是結構中心設計模型的一個應用案例，是進行“力與運動”學習進階研究的基礎階段，后期必須通過教學實驗的驗證、修訂才能應用于教學。

表1 “力與運動”進階假設

[1]Mark Wilson，Kathryn Sloane.From Principles to Practice：An Embedded Assessment System[J].Applied Measurement in Education，2000，13(2).

[2]StevensS Y，Shin N，Krajcik J S.Towards a model for the development of an empirically tested learning progression[J].2009.

[3]王磊，黃鳴春.科學教育的新興研究領域：學習進階研究[J].課程.教材.教法，2014(1)：112-118.

[4]冀思琪，劉軍.2017版小學科學課程標準解讀[J].教育實踐與研究，2017(13)：4-6.

[5]中華人民共和國教育部制定.中國.義務教育物理課程標準[M].北京師范大學出版社，2012.

[6]廖伯琴，張大昌.普通高中物理課程標準(實驗)解讀[M].湖北教育出版社，2004.

[7]Derek C.Briggs，Alicia C.Alonzo，Cheryl Schwab，Mark Wilson.Diagnostic Assessment With Ordered Multiple-Choice Items[J].Educational Assessment，2006，11(1).

[8]Shea，N.A.，& Duncan，R.G.(2013).From Theory to Data：The Process of Refining Learning Progressions.Journal of the Learning Sciences，22(1)：7-32.Doi：10.1080/10508406.2012.691924.