“學(xué)習(xí)進(jìn)階”的研究及其在物理教學(xué)中的應(yīng)用

鄭曼瑤 張軍朋

（華南師范大學(xué) 廣東廣州 510006）

物理教學(xué)新思想新視角

“學(xué)習(xí)進(jìn)階”的研究及其在物理教學(xué)中的應(yīng)用

鄭曼瑤 張軍朋

（華南師范大學(xué) 廣東廣州 510006）

近10年來(lái)，學(xué)習(xí)進(jìn)階逐漸成為科學(xué)教育界的研究熱點(diǎn)．學(xué)習(xí)進(jìn)階描述了學(xué)生對(duì)核心概念的理解以及對(duì)某種技能的掌握隨時(shí)間的推移連貫且逐漸深入的典型發(fā)展路徑．國(guó)外通過(guò)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究推動(dòng)教育改革，以促進(jìn)課程、教學(xué)與評(píng)價(jià)的一致性．本文評(píng)述了有關(guān)學(xué)習(xí)進(jìn)階的源起、定義、構(gòu)成要素和特點(diǎn)的理論研究，并通過(guò)“力與運(yùn)動(dòng)”這一案例，說(shuō)明學(xué)習(xí)進(jìn)階在物理教學(xué)中的應(yīng)用．

學(xué)習(xí)進(jìn)階 課程 物理教學(xué) 應(yīng)用 評(píng)價(jià)

1 引言

近10年來(lái)，學(xué)習(xí)進(jìn)階（learningprogressions）逐漸成為西方科學(xué)教育界的研究熱點(diǎn)．美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)（NRC）在2005年關(guān)于《建立州科學(xué)評(píng)價(jià)體系》的報(bào)告［1］及2007年在《將科學(xué)帶入學(xué)校：K-8年級(jí)的科學(xué)教與學(xué)》的報(bào)告［2］中指出了學(xué)習(xí)進(jìn)階是促進(jìn)課程、教學(xué)與評(píng)價(jià)的一致性，開(kāi)發(fā)具有連貫性的課程與教學(xué)的最具有潛力的工具．美國(guó)通過(guò)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究及成果試圖改變以往“廣而不深”的科學(xué)教育課程，打破課程、教學(xué)與評(píng)價(jià)“各自為政”的局面，這給我國(guó)的教育研究與實(shí)踐帶來(lái)重要啟示．

2 學(xué)習(xí)進(jìn)階的源起

雖然學(xué)習(xí)進(jìn)階是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，但它與教育學(xué)習(xí)理論有著諸多聯(lián)系．從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，在皮亞杰學(xué)派的認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論的推動(dòng)下，科學(xué)教育界研究者開(kāi)始了迷思概念和概念轉(zhuǎn)變的研究．概念轉(zhuǎn)變的研究試圖揭示學(xué)生的迷思概念及其轉(zhuǎn)變的規(guī)律，解釋學(xué)生的學(xué)習(xí)發(fā)展規(guī)律．概念轉(zhuǎn)變與學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究有很大聯(lián)系，如果將概念轉(zhuǎn)變的研究時(shí)間單位拉長(zhǎng)，并對(duì)概念轉(zhuǎn)變的模型進(jìn)行整合，就能對(duì)一段時(shí)間內(nèi)概念轉(zhuǎn)變的模型建構(gòu)認(rèn)知模型，這其實(shí)就是學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究［3］．

學(xué)習(xí)進(jìn)階開(kāi)始受到廣泛的關(guān)注是源于教育測(cè)量與評(píng)價(jià)的相關(guān)研究．美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)（NRC）曾經(jīng)在2001年《知道學(xué)生所知道（KnowingWhat StudentsKnow）》的報(bào)告中提出，“如果知道學(xué)生的學(xué)習(xí)是如何隨時(shí)間發(fā)展的，評(píng)價(jià)就可以鑒別學(xué)生當(dāng)前的思維和原有的認(rèn)知，從而不斷促進(jìn)學(xué)生的思維逐步向前發(fā)展”［4］．2009年美國(guó)國(guó)家進(jìn)步教育評(píng)價(jià)（NEAP）科學(xué)測(cè)試框架著眼于對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)步的評(píng)價(jià)，強(qiáng)調(diào)了學(xué)習(xí)進(jìn)階對(duì)評(píng)價(jià)的促進(jìn)作用．

近年來(lái)，美國(guó)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(wèn)題．為此，NRC于2011年正式發(fā)布《K-12科學(xué)教育的框架：實(shí)踐跨學(xué)科概念與核心概念》，明確提出了用學(xué)習(xí)進(jìn)階統(tǒng)整K-12年級(jí)科學(xué)教育課程的框架，設(shè)計(jì)適合各階段學(xué)生認(rèn)知水平的表現(xiàn)期望．2013年5月，以學(xué)習(xí)進(jìn)階為關(guān)鍵詞的美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》正式頒布．

由此，學(xué)習(xí)進(jìn)階在學(xué)習(xí)、評(píng)價(jià)、課程等領(lǐng)域的研究中逐漸成為研究熱點(diǎn)．

3 學(xué)習(xí)進(jìn)階的理論研究

3．1 學(xué)習(xí)進(jìn)階的定義

科學(xué)教育界對(duì)“學(xué)習(xí)進(jìn)階”的定義目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的界定．美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)（NRC）將學(xué)習(xí)進(jìn)階定義為，“學(xué)習(xí)進(jìn)階是對(duì)學(xué)生連貫且逐漸深入的思維方式的假定描述．在一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間跨度下，學(xué)生學(xué)習(xí)和探究某一重要的知識(shí)或者實(shí)踐領(lǐng)域時(shí)，思維方式逐漸進(jìn)階．”［5］Smith等人認(rèn)為學(xué)習(xí)進(jìn)階不僅包含對(duì)學(xué)生思維過(guò)程的描述，而且包含在學(xué)習(xí)進(jìn)階中有哪些不同的推理方式以及學(xué)生對(duì)于某種科學(xué)技能（如建模能力）的發(fā)展過(guò)程［6］．綜上，學(xué)習(xí)進(jìn)階是基于現(xiàn)有研究的一種假定性描述，描述了學(xué)生在一定的時(shí)間跨度下，對(duì)某一核心概念的理解以及對(duì)某種技能的掌握連貫且逐漸深入的典型發(fā)展路徑．

3．2 學(xué)習(xí)進(jìn)階的構(gòu)成要素

從學(xué)習(xí)進(jìn)階的定義可大致歸納出，一個(gè)完整的學(xué)習(xí)進(jìn)階應(yīng)包含以下要素：

（1）進(jìn)階變量（Progress Variables）．追蹤學(xué)生對(duì)某一學(xué)科核心概念的階段性發(fā)展．

（2）水平層次（Levels of Achievements）．學(xué)習(xí)進(jìn)階發(fā)展路徑的中間步驟．

（3）學(xué)習(xí)表現(xiàn)（Learning Performances）．描述處于某個(gè)特定水平層次的學(xué)生能夠達(dá)到的成就，包括各中間層次表現(xiàn)和目標(biāo)表現(xiàn)．

（4）評(píng)價(jià)（Assessments）．追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)隨時(shí)間推移的發(fā)展是否與假定的進(jìn)階一致．

3．3 學(xué)習(xí)進(jìn)階的特點(diǎn)

從Corcoran，Mosher，Rogat，Duncan等人對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的特點(diǎn)做出的闡述［7，8］可以看出，目前科學(xué)教育界對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的特點(diǎn)達(dá)成了一些共識(shí)．學(xué)習(xí)進(jìn)階的特點(diǎn)可概括為：

（1）基于現(xiàn)有的研究．學(xué)習(xí)進(jìn)階是一種假設(shè)性的描述，因此必須系統(tǒng)分析當(dāng)前大量的理論與實(shí)證研究，從而分析不同階段的學(xué)生對(duì)核心概念的理解程度，把握學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律．

（2）圍繞核心概念進(jìn)行建構(gòu)．這些核心概念位于學(xué)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(nèi)容能夠展現(xiàn)當(dāng)代學(xué)科圖景，是學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分．

（3）依賴課程與教學(xué)，具有實(shí)證性．一個(gè)學(xué)習(xí)進(jìn)階是否能夠代表學(xué)生對(duì)核心概念知識(shí)的典型發(fā)展路徑，必須在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行實(shí)證研究．通過(guò)實(shí)證研究，對(duì)已有的學(xué)習(xí)進(jìn)階進(jìn)行檢驗(yàn)、修正、完善．

（4）進(jìn)階路徑不唯一．由于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律存在個(gè)體差異，不同學(xué)生對(duì)某一核心知識(shí)的學(xué)習(xí)進(jìn)階路徑可能是不同的．因此，學(xué)習(xí)進(jìn)階只能是力求描述代表大多數(shù)學(xué)生的典型發(fā)展路徑．

4 學(xué)習(xí)進(jìn)階在物理教學(xué)中的應(yīng)用與啟示

目前，對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究已經(jīng)從理論向?qū)嵶C研究過(guò)渡．以美國(guó)為主的一線專家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出物理、生物、化學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域相關(guān)核心概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階，為具體的學(xué)科教學(xué)和評(píng)價(jià)提供了指導(dǎo)方向．

我們以Alonzo構(gòu)建的“力與運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階為例［9］，說(shuō)明學(xué)習(xí)進(jìn)階對(duì)中學(xué)物理教學(xué)和評(píng)價(jià)的指導(dǎo)意義．Alonzo開(kāi)發(fā)了一套評(píng)價(jià)學(xué)生思維能力的多項(xiàng)選擇測(cè)試題對(duì)中學(xué)生關(guān)于力與運(yùn)動(dòng)的理解進(jìn)行實(shí)證研究，并結(jié)合美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)（NRC，1996年）的要求，構(gòu)建出如表1所示的“力與運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階．該學(xué)習(xí)進(jìn)階把學(xué)生對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)”的認(rèn)識(shí)分為4個(gè)發(fā)展水平，每個(gè)水平層次都有相應(yīng)的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，描述該階段學(xué)生對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)”的理解水平．每個(gè)水平層次還細(xì)化地描述了物體在所受合外力F合≠0，合外力F合＝0，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)4種情境下，學(xué)生對(duì)“力和運(yùn)動(dòng)”的理解．

表1 “力與運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階

續(xù)表

基于大量實(shí)證所構(gòu)建的學(xué)習(xí)進(jìn)階，能夠反映學(xué)生思維能力的典型發(fā)展路徑，為物理課堂教學(xué)和評(píng)價(jià)的實(shí)施提供了重要的參考指標(biāo)與啟示．

4．1 學(xué)習(xí)進(jìn)階與物理課堂教學(xué)

（1）學(xué)習(xí)進(jìn)階有助于教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)進(jìn)階描述了學(xué)生對(duì)核心概念的理解經(jīng)歷的多個(gè)水平層次．通過(guò)實(shí)證，教師得以明確不同年級(jí)或者不同層次的學(xué)生對(duì)核心概念的認(rèn)識(shí)集中于哪一水平，并根據(jù)學(xué)生的實(shí)際發(fā)展情況合理制定教學(xué)目標(biāo)．例如，對(duì)于力和運(yùn)動(dòng)，高中大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)牛頓三大定律之后應(yīng)該能夠達(dá)到第4水平層次，但仍有部分學(xué)生只能達(dá)到第2或第3水平層次，而小學(xué)生的思維可能還停留在第1水平層次．因此，教師應(yīng)該以學(xué)習(xí)進(jìn)階為參考，將目標(biāo)學(xué)習(xí)表現(xiàn)（一般為課程標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行分解細(xì)化，步步遞進(jìn)，幫助學(xué)生一步步地建構(gòu)“力與運(yùn)動(dòng)”的科學(xué)知識(shí)框架．

（2）學(xué)習(xí)進(jìn)階有助于教學(xué)策略的選擇

學(xué)習(xí)進(jìn)階中間水平層次的學(xué)習(xí)表現(xiàn)往往代表學(xué)生的迷思概念，而學(xué)生在當(dāng)前階段的學(xué)習(xí)中可能仍存在對(duì)概念的錯(cuò)誤理解，因此，教師在教學(xué)過(guò)程中要關(guān)注學(xué)生對(duì)概念理解的發(fā)展過(guò)程，選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略，幫助學(xué)生完成概念轉(zhuǎn)變．例如，在“力與運(yùn)動(dòng)”的學(xué)習(xí)進(jìn)階中，處于第3水平層次的學(xué)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(shí)，教師應(yīng)該從學(xué)生的現(xiàn)有認(rèn)知水平出發(fā)，通過(guò)搭建物理概念腳手架等教學(xué)策略促進(jìn)學(xué)生對(duì)核心概念的理解朝著最高層次的水平逐級(jí)發(fā)展，從而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高．

4．2 學(xué)習(xí)進(jìn)階與評(píng)價(jià)：評(píng)價(jià)要注重過(guò)程性

當(dāng)前國(guó)內(nèi)所開(kāi)發(fā)的測(cè)試題更多的是注重評(píng)價(jià)學(xué)生是否達(dá)到了目標(biāo)學(xué)習(xí)表現(xiàn)，而缺乏對(duì)學(xué)生思維過(guò)程的評(píng)價(jià)．這種重結(jié)果輕過(guò)程的評(píng)價(jià)方式容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)理科知識(shí)的學(xué)習(xí)變成機(jī)械地背誦，無(wú)法真正理解核心概念知識(shí)的本質(zhì)．學(xué)習(xí)進(jìn)階呈現(xiàn)了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的困難，這為開(kāi)發(fā)出能夠反映學(xué)生知識(shí)和能力水平的評(píng)價(jià)工具提供了重要的參考指標(biāo)．Alonzo在構(gòu)建“力與運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階的過(guò)程中，使用了多項(xiàng)選擇測(cè)試題對(duì)學(xué)生的理解水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，每一個(gè)選項(xiàng)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)水平層次．例如以下題目．

【例題】地面上的石塊沒(méi)有運(yùn)動(dòng)是由于

A．石塊內(nèi)部力量太大以至于無(wú)法運(yùn)動(dòng)

B．沒(méi)有力作用在石塊上

C．重力將其壓在地面上

D．地面對(duì)石塊的支持力與石塊重力大小相同，方向相反

當(dāng)學(xué)生選擇選項(xiàng)A或者C時(shí)，反映學(xué)生對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)”的理解還處于第1水平層次，錯(cuò)誤地認(rèn)為“力是物體的內(nèi)在屬性”，“重力阻止物體運(yùn)動(dòng)”；選項(xiàng)B反映學(xué)生對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)”的理解處于第2水平層次，學(xué)生認(rèn)為“靜止的物體不受力”；選項(xiàng)D反映學(xué)生對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)”的理解處于第3水平層次，學(xué)生理解“靜止物體所受合外力為零”．

通過(guò)基于過(guò)程性的評(píng)價(jià)診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)困難，能夠促進(jìn)教師教學(xué)方法的改進(jìn)，從而促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展．

4．3 學(xué)習(xí)進(jìn)階對(duì)課程開(kāi)發(fā)的啟示

（1）學(xué)習(xí)進(jìn)階為課程標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了基于實(shí)證的依據(jù)

由于學(xué)習(xí)進(jìn)階是基于大量的實(shí)證得到的，能夠反映學(xué)生的典型發(fā)展路徑，這就為課程標(biāo)準(zhǔn)確定學(xué)生應(yīng)在什么年級(jí)階段達(dá)到什么樣的學(xué)習(xí)表現(xiàn)提供了具有說(shuō)服力的支持．通過(guò)實(shí)證構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階，檢驗(yàn)并促進(jìn)當(dāng)前課程標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善；再用課程標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐，在教學(xué)實(shí)踐中構(gòu)建更加符合學(xué)生發(fā)展規(guī)律的學(xué)習(xí)進(jìn)階．

（2）注重核心概念的整合

從橫向考慮，應(yīng)對(duì)同一核心概念在不同學(xué)科的同一學(xué)習(xí)階段中的聯(lián)系進(jìn)行整合．學(xué)習(xí)進(jìn)階強(qiáng)調(diào)了學(xué)生對(duì)核心概念的理解，從少量的核心概念出發(fā)，構(gòu)建整個(gè)學(xué)科知識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)“少而精”的課程．目前我國(guó)初中分科課程和綜合課程并存，但大部分地區(qū)的初中理科課程仍是分科開(kāi)設(shè)，高中課程則全部是分科制定．由于化學(xué)、物理、生物、地理等科目中概念繁多，同一概念常常出現(xiàn)在不同的學(xué)科中，比如，“波”是地理和物理的共通概念；“物質(zhì)”是化學(xué)和物理的共通概念．這樣的概念在不同的學(xué)科中應(yīng)該如何聯(lián)系，如何設(shè)置課程才更有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)？通過(guò)學(xué)習(xí)進(jìn)階的實(shí)證研究，將為課程開(kāi)發(fā)者帶來(lái)參考．

從縱向考慮，應(yīng)對(duì)同一核心概念在同一學(xué)科的不同學(xué)習(xí)階段的連貫性進(jìn)行整合．目前我國(guó)不同學(xué)習(xí)階段的學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)是分別設(shè)計(jì)的，雖然對(duì)同一知識(shí)在不同學(xué)習(xí)階段有不同層次的要求，但總的來(lái)說(shuō)小學(xué)和初中之間，初中和高中之間缺乏內(nèi)在的邏輯聯(lián)系［10］．學(xué)習(xí)進(jìn)階描述了學(xué)生對(duì)核心概念的理解連貫且逐漸深入的典型發(fā)展路徑，其研究成果有利于促進(jìn)學(xué)科核心概念的整合．

國(guó)內(nèi)外教育界對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究仍處于起步階段，相信隨著學(xué)習(xí)進(jìn)階研究的發(fā)展和成熟，將會(huì)對(duì)課程、教學(xué)和評(píng)價(jià)產(chǎn)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(xué)教育的新興研究領(lǐng)域：學(xué)習(xí)進(jìn)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，F(xiàn)rederic 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(fā)展——科學(xué)課程中概念體系的建構(gòu)及其學(xué)習(xí)進(jìn)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?yàn)檎n程與教學(xué)論．

指導(dǎo)教師：張軍朋（1963- ），男，碩士，教授，主要從事中學(xué)物理課程與教學(xué)論、物理學(xué)習(xí)心理、物理教育測(cè)量與評(píng)價(jià)研究．

2014-05-19）