“学习进阶”的研究及其在物理教学中的应用

郑曼瑶 张军朋

（华南师范大学 广东广州 510006）

物理教学新思想新视角

“学习进阶”的研究及其在物理教学中的应用

郑曼瑶 张军朋

（华南师范大学 广东广州 510006）

近10年来，学习进阶逐渐成为科学教育界的研究热点．学习进阶描述了学生对核心概念的理解以及对某种技能的掌握随时间的推移连贯且逐渐深入的典型发展路径．国外通过学习进阶的研究推动教育改革，以促进课程、教学与评价的一致性．本文评述了有关学习进阶的源起、定义、构成要素和特点的理论研究，并通过“力与运动”这一案例，说明学习进阶在物理教学中的应用．

学习进阶 课程 物理教学 应用 评价

1 引言

近10年来，学习进阶（learningprogressions）逐渐成为西方科学教育界的研究热点．美国国家研究理事会（NRC）在2005年关于《建立州科学评价体系》的报告［1］及2007年在《将科学带入学校：K-8年级的科学教与学》的报告［2］中指出了学习进阶是促进课程、教学与评价的一致性，开发具有连贯性的课程与教学的最具有潜力的工具．美国通过学习进阶的研究及成果试图改变以往“广而不深”的科学教育课程，打破课程、教学与评价“各自为政”的局面，这给我国的教育研究与实践带来重要启示．

2 学习进阶的源起

虽然学习进阶是一个新兴的研究领域，但它与教育学习理论有着诸多联系．从20世纪70年代开始，在皮亚杰学派的认知主义学习理论的推动下，科学教育界研究者开始了迷思概念和概念转变的研究．概念转变的研究试图揭示学生的迷思概念及其转变的规律，解释学生的学习发展规律．概念转变与学习进阶的研究有很大联系，如果将概念转变的研究时间单位拉长，并对概念转变的模型进行整合，就能对一段时间内概念转变的模型建构认知模型，这其实就是学习进阶的研究［3］．

学习进阶开始受到广泛的关注是源于教育测量与评价的相关研究．美国国家研究理事会（NRC）曾经在2001年《知道学生所知道（KnowingWhat StudentsKnow）》的报告中提出，“如果知道学生的学习是如何随时间发展的，评价就可以鉴别学生当前的思维和原有的认知，从而不断促进学生的思维逐步向前发展”［4］．2009年美国国家进步教育评价（NEAP）科学测试框架着眼于对学生学习进步的评价，强调了学习进阶对评价的促进作用．

近年来，美国教育课程改革的呼声很高，课程一致性和连贯性成为最突出的问题．为此，NRC于2011年正式发布《K-12科学教育的框架：实践跨学科概念与核心概念》，明确提出了用学习进阶统整K-12年级科学教育课程的框架，设计适合各阶段学生认知水平的表现期望．2013年5月，以学习进阶为关键词的美国《新一代科学教育标准》正式颁布．

由此，学习进阶在学习、评价、课程等领域的研究中逐渐成为研究热点．

3 学习进阶的理论研究

3．1 学习进阶的定义

科学教育界对“学习进阶”的定义目前还没有一个统一的界定．美国国家研究理事会（NRC）将学习进阶定义为，“学习进阶是对学生连贯且逐渐深入的思维方式的假定描述．在一个适当的时间跨度下，学生学习和探究某一重要的知识或者实践领域时，思维方式逐渐进阶．”［5］Smith等人认为学习进阶不仅包含对学生思维过程的描述，而且包含在学习进阶中有哪些不同的推理方式以及学生对于某种科学技能（如建模能力）的发展过程［6］．综上，学习进阶是基于现有研究的一种假定性描述，描述了学生在一定的时间跨度下，对某一核心概念的理解以及对某种技能的掌握连贯且逐渐深入的典型发展路径．

3．2 学习进阶的构成要素

从学习进阶的定义可大致归纳出，一个完整的学习进阶应包含以下要素：

（1）进阶变量（Progress Variables）．追踪学生对某一学科核心概念的阶段性发展．

（2）水平层次（Levels of Achievements）．学习进阶发展路径的中间步骤．

（3）学习表现（Learning Performances）．描述处于某个特定水平层次的学生能够达到的成就，包括各中间层次表现和目标表现．

（4）评价（Assessments）．追踪学生的学习随时间推移的发展是否与假定的进阶一致．

3．3 学习进阶的特点

从Corcoran，Mosher，Rogat，Duncan等人对学习进阶的特点做出的阐述［7，8］可以看出，目前科学教育界对学习进阶的特点达成了一些共识．学习进阶的特点可概括为：

（1）基于现有的研究．学习进阶是一种假设性的描述，因此必须系统分析当前大量的理论与实证研究，从而分析不同阶段的学生对核心概念的理解程度，把握学生学习过程中的认知发展规律．

（2）围绕核心概念进行建构．这些核心概念位于学科的中心地位，包括了重要概念、原理、理论等的基本理解和解释，这些内容能够展现当代学科图景，是学科结构的主干部分．

（3）依赖课程与教学，具有实证性．一个学习进阶是否能够代表学生对核心概念知识的典型发展路径，必须在教学实践中进行实证研究．通过实证研究，对已有的学习进阶进行检验、修正、完善．

（4）进阶路径不唯一．由于学生认知发展规律存在个体差异，不同学生对某一核心知识的学习进阶路径可能是不同的．因此，学习进阶只能是力求描述代表大多数学生的典型发展路径．

4 学习进阶在物理教学中的应用与启示

目前，对学习进阶的研究已经从理论向实证研究过渡．以美国为主的一线专家团队已经开发出物理、生物、化学等学科领域相关核心概念的学习进阶，为具体的学科教学和评价提供了指导方向．

我们以Alonzo构建的“力与运动”学习进阶为例［9］，说明学习进阶对中学物理教学和评价的指导意义．Alonzo开发了一套评价学生思维能力的多项选择测试题对中学生关于力与运动的理解进行实证研究，并结合美国国家科学教育标准（NRC，1996年）的要求，构建出如表1所示的“力与运动”学习进阶．该学习进阶把学生对“力与运动”的认识分为4个发展水平，每个水平层次都有相应的学习表现，描述该阶段学生对“力与运动”的理解水平．每个水平层次还细化地描述了物体在所受合外力F合≠0，合外力F合＝0，运动状态和静止状态4种情境下，学生对“力和运动”的理解．

表1 “力与运动”学习进阶

续表

基于大量实证所构建的学习进阶，能够反映学生思维能力的典型发展路径，为物理课堂教学和评价的实施提供了重要的参考指标与启示．

4．1 学习进阶与物理课堂教学

（1）学习进阶有助于教学目标的设计

学习进阶描述了学生对核心概念的理解经历的多个水平层次．通过实证，教师得以明确不同年级或者不同层次的学生对核心概念的认识集中于哪一水平，并根据学生的实际发展情况合理制定教学目标．例如，对于力和运动，高中大部分学生在学习牛顿三大定律之后应该能够达到第4水平层次，但仍有部分学生只能达到第2或第3水平层次，而小学生的思维可能还停留在第1水平层次．因此，教师应该以学习进阶为参考，将目标学习表现（一般为课程标准）进行分解细化，步步递进，帮助学生一步步地建构“力与运动”的科学知识框架．

（2）学习进阶有助于教学策略的选择

学习进阶中间水平层次的学习表现往往代表学生的迷思概念，而学生在当前阶段的学习中可能仍存在对概念的错误理解，因此，教师在教学过程中要关注学生对概念理解的发展过程，选择适当的教学策略，帮助学生完成概念转变．例如，在“力与运动”的学习进阶中，处于第3水平层次的学生存在着“物体的速度与物体所受合外力成正比”这样的迷思概念，这时，教师应该从学生的现有认知水平出发，通过搭建物理概念脚手架等教学策略促进学生对核心概念的理解朝着最高层次的水平逐级发展，从而促进学生科学素养的提高．

4．2 学习进阶与评价：评价要注重过程性

当前国内所开发的测试题更多的是注重评价学生是否达到了目标学习表现，而缺乏对学生思维过程的评价．这种重结果轻过程的评价方式容易导致学生对理科知识的学习变成机械地背诵，无法真正理解核心概念知识的本质．学习进阶呈现了学生在学习过程中的困难，这为开发出能够反映学生知识和能力水平的评价工具提供了重要的参考指标．Alonzo在构建“力与运动”学习进阶的过程中，使用了多项选择测试题对学生的理解水平进行评价，每一个选项分别对应一个水平层次．例如以下题目．

【例题】地面上的石块没有运动是由于

A．石块内部力量太大以至于无法运动

B．没有力作用在石块上

C．重力将其压在地面上

D．地面对石块的支持力与石块重力大小相同，方向相反

当学生选择选项A或者C时，反映学生对“力与运动”的理解还处于第1水平层次，错误地认为“力是物体的内在属性”，“重力阻止物体运动”；选项B反映学生对“力与运动”的理解处于第2水平层次，学生认为“静止的物体不受力”；选项D反映学生对“力与运动”的理解处于第3水平层次，学生理解“静止物体所受合外力为零”．

通过基于过程性的评价诊断学生的学习情况和学习困难，能够促进教师教学方法的改进，从而促进学生的发展．

4．3 学习进阶对课程开发的启示

（1）学习进阶为课程标准的制定提供了基于实证的依据

由于学习进阶是基于大量的实证得到的，能够反映学生的典型发展路径，这就为课程标准确定学生应在什么年级阶段达到什么样的学习表现提供了具有说服力的支持．通过实证构建学习进阶，检验并促进当前课程标准的不断完善；再用课程标准指导教学实践，在教学实践中构建更加符合学生发展规律的学习进阶．

（2）注重核心概念的整合

从横向考虑，应对同一核心概念在不同学科的同一学习阶段中的联系进行整合．学习进阶强调了学生对核心概念的理解，从少量的核心概念出发，构建整个学科知识体系，实现“少而精”的课程．目前我国初中分科课程和综合课程并存，但大部分地区的初中理科课程仍是分科开设，高中课程则全部是分科制定．由于化学、物理、生物、地理等科目中概念繁多，同一概念常常出现在不同的学科中，比如，“波”是地理和物理的共通概念；“物质”是化学和物理的共通概念．这样的概念在不同的学科中应该如何联系，如何设置课程才更有利于学生的学习？通过学习进阶的实证研究，将为课程开发者带来参考．

从纵向考虑，应对同一核心概念在同一学科的不同学习阶段的连贯性进行整合．目前我国不同学习阶段的学科课程标准是分别设计的，虽然对同一知识在不同学习阶段有不同层次的要求，但总的来说小学和初中之间，初中和高中之间缺乏内在的逻辑联系［10］．学习进阶描述了学生对核心概念的理解连贯且逐渐深入的典型发展路径，其研究成果有利于促进学科核心概念的整合．

国内外教育界对学习进阶的研究仍处于起步阶段，相信随着学习进阶研究的发展和成熟，将会对课程、教学和评价产生积极的影响．

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，黄鸣春．科学教育的新兴研究领域：学习进阶研究．课程·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，张静．整合与发展——科学课程中概念体系的建构及其学习进阶．课程·教材·教法，2013（02）：44～49

郑曼瑶（1990- ），女，在读研究生，研究方向为课程与教学论．

指导教师：张军朋（1963- ），男，硕士，教授，主要从事中学物理课程与教学论、物理学习心理、物理教育测量与评价研究．

2014-05-19）