基于學習進階的科學概念教學

科學課程標準提出，要科學安排進階，設計適合不同學段、由表及里、由易到難的活動，形成有序遞進的結構。學習進階指學生在學習同一主題概念時所遵循的一系列由簡單到復雜、相互關聯的概念序列描述。教師根據學習進階理論設計科學學習活動，可以讓學生在不同學習階段開展連續的、由簡到難、相互聯系的學習，改變以往較為零散、割裂的科學概念學習狀態，逐漸發展、完善科學概念建構，并對知識進行內化升華，遷移至實際問題的解決中。在四年級“呼吸與消化”單元《食物中的營養》教學中，我們探索了基于學習進階的教學來促進學生的科學概念學習。

一、設立進階節點，架構進階路徑

學習進階節點相當于學生學習過程中的臺階，決定著學生“從哪里來”“到哪里去”“怎么去”。科學課程標準指出了小學階段需要學習的核心概念和不同學段需要發展的具體科學概念，此為教師設立進階節點的重要依據（《食物中的營養》學習進階節點如圖1）。

1.進階起點

維果茨基認為，學習應從最近發展區出發，通過學習適當難度的內容，跨過最近發展區而達到下一發展區的水平。學生的最近發展區就是學習進階的起點。教學前，我通過問卷調查和訪談了解學生學習的起點：他們已經知道一天中食用的食物非常豐富，并可能會給人體提供營養，但是不清楚具體提供了哪些營養物質，以及不同食物分別含有哪些營養物質。

2.中間節點

學習進階中有很多中間節點，幫助學生逐漸抵達進階終點。從核心概念的高位往下看，一個實驗、一課時、一單元、一個學段的教學目標常常就是中間節點。本節課的中間節點依次為：了解常見的營養成分名稱；運用多種科學方法尋找食物中的營養成分；通過分析證據發現沒有一種食物富含六大營養物質。

3.進階終點

對于小學生來說，學習進階終點往往是小學畢業時學生應該達到的由學科本質、學生認知水平、課程標準、社會預期等共同設定的學習水平。因此，教師要有針對性地設計學習活動，明確學生需要“到哪里去”，統整各階段學科知識，幫助他們實現高效學習。綜合課程標準、教材和學生的認知水平，本課的進階終點應為：食物能提供人體必需的六大營養物質；不同的食物含有不同的營養物質。隨著本課進階終點的確定，上位的科學概念“人的生活習慣影響身體健康”也逐漸明晰。

縱觀學生的整個義務教育階段學習過程，學習進階終點應是學科核心概念。教師需要在明確現階段進階終點的基礎上，全面了解其他學段的學習目標，凸顯概念進階的邏輯性和系統性。比如，本課在跨越三個中間節點后到達終點，并為學習下一課《營養要均衡》做好進階準備。通過整個單元的學習，學生逐漸建構“人體所需的營養是從食物中得到的”“食物的種類很多，并含有豐富的營養成分，保持合理營養，才能使身體健康”等單元具體概念。

二、遵循認知結構，調整進階路徑

教師應該在尊重教科書編排的基礎上，圍繞進階節點，遵循學科的知識結構，調整進階路徑，使學習路徑符合學生的認知結構。本課需要學生通過觀察食物在紙上涂抹后的痕跡，檢驗食物中是否含有脂肪。教材安排該活動的進階節點和對應的學習內容見表1。

四年級的學生已經具有水的“三態”的前概念，但是對于水留在紙上的現象和水蒸發后紙的變化并沒有太多的觀察經驗。由于認知結構出現斷層，在第一次試教中，學生不能有效辨別油跡和水跡，他們認為白菜中的水跡是油跡，白菜含有脂肪。因此，在后來的教學中，我增加了“觀察水跡”的活動，調整該節點的進階路徑（如圖2）。

調整后的進階路徑填補了缺漏的知識（關于水跡的認知），使學生能從完整連貫的認知體系中尋找多條證據，鑒別食物在紙上涂抹的痕跡更接近油跡還是水跡，積累更多的事實經驗，并以此為支架，輕松到達下一個“臺階”。

三、搭建進階支架，優化進階路徑

學習進階中的“階”，既是幫助學生進階的“臺階”，也是學生進階的障礙。教師需要搭建難度適宜的支架，幫助學生輕松躍到下一個“臺階”。

1.問題鏈驅動思維進階

有效的問題鏈可以幫助思維“合縱連橫”，是促進學生思維進階的有效途徑。在教學本課時，我在課前、課中、課后分別設置了三個問題：昨天吃的食物中有哪些營養物質？怎樣在食物中找到這些營養物質？昨天一天所吃的食物，能滿足我們人體的營養需求嗎？三個問題從了解學生學習進階的起點開始，引導學生從對營養成分名稱的認識轉向對營養成分鑒別的認知，最后走向營養和人體健康的關系。三個問題層層遞進，引發學生認知沖突，并解決沖突，最終達成認知平衡。問題鏈其實就是進階思維路線圖，讓一節課的脈絡變得清晰可見。

2.學習單導航自主進階

學習單可以成為學生自主進階的“導航系統”，幫助他們通過自主探究掌握如何自主尋找進階的路徑以及跨越障礙的方法，使他們主動進階并內化科學概念。

如“用實驗檢驗的方法尋找食物中的脂肪”這個活動，學生先通過學習單明確檢驗目的、檢驗樣本、檢驗方法，然后迅速進入實驗檢驗的環節，并將食物在紙上涂抹的痕跡直接呈現在記錄單上，用直觀的證據證明自己的檢驗結果，建構“肥肉、花生中含有脂肪，白菜、蝦米中沒有脂肪”的科學概念。以學習單（如圖3）作為進階支架，能有效避免教師講授過多，給學生充分的探究時間和空間，讓他們可以對照學習單，根據自己的節奏和興趣開展自主探究。

3.班級記錄表呈現思維進程

班級記錄表是全班同學共同的學習記錄單，在教學活動中逐步完成記錄單，有助于呈現學生的思維進階過程，幫助他們明確下一階段的進階方向。

在實驗探究環節中，學生通過實驗檢驗出白菜、豬肉、花生、米飯等食物含有不同的營養物質，并將檢驗結果匯總在班級記錄表中。在記錄表的提示下，學生發現只有蝦皮中沒有檢驗出營養成分，于是產生疑問：蝦皮中沒有營養成分嗎？新問題的產生，意味著新的學習再一次發生。班級記錄表將學生零散、模糊的發現以有序、清晰的方式呈現出來，幫助他們梳理、歸納，讓他們從“實驗是尋找營養成分的好方法”的科學觀念進階到“實驗不是尋找營養成分的唯一方法”。

4.多種科學方法助力進階

科學課程標準指出，要采用多種科學學習方法，使教學活動符合學生的認知發展規律、充分調動他們的積極性。當學生發現實驗檢驗的方法難以檢驗出所有的營養成分時，探究的腳步戛然而止，概念的建構遇到壁壘。此時，教師要適時引導學生使用更多的科學方法，如查閱資料、查看營養成分表、訪問專家等。教師通過出示常見食物營養成分表、不同食物包裝袋、專家訪問視頻，幫助學生搜集更多的證據，尋找不易被實驗檢驗的營養成分，修正、完善科學概念，同時發展科學探究能力，提升科學素養。

四、嵌入教學評價，實時調控路徑

《人是如何學習的》一書指出，學生的思維需要以各種方式被教師及學生自己觀察到，比如研討、作業等。評價不僅存在于某一階段，更應在學習過程中持續進行。根據威金斯的UbD逆向設計模型，教師需要在課前就確定評估量表，顯示學生“到達了哪里”。教師要在不同的學習階段，適時嵌入評價手段，逆向反思學生是否達成了學習目標。本課逆向反思評價設計表見表2。

在學習開始前聚焦預期學習結果，通過評估特征將內容標準、學習目標具體化，以評價量表為依據，反思學習進階過程，可以有效調整學習進階路徑設計，幫助、證明學生真正建構科學概念，并理解、運用科學概念解決問題。

科學概念的學習過程是漫長的，以學習進階為理論依據，促進概念建構，符合學生的認知發展規律。在教學實踐中，教師要跟蹤觀察學生的科學概念掌握程度，分析其學習進階過程，建構進階認知模型，從而實現深度學習，發展其核心素養。