為學(xué)生認(rèn)知發(fā)展建模：學(xué)習(xí)進(jìn)階十年研究回顧及展望

姚建欣 郭玉英

(北京師范大學(xué) 物理學(xué)系,北京 100875)

2004年，在史密斯(Carol Smith)等學(xué)者代表“基礎(chǔ)教育階段科學(xué)學(xué)業(yè)成就評(píng)價(jià)委員會(huì)”向美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)(National Research Council, 以下簡(jiǎn)稱NRC)提交的報(bào)告中，學(xué)習(xí)進(jìn)階(Learning Progressions)第一次在科學(xué)教育領(lǐng)域被正式提出。[1]在即將邁過(guò)第一個(gè)十年之際，學(xué)習(xí)進(jìn)階已經(jīng)成為了美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》(Next Generation Science Standards)的核心編寫(xiě)依據(jù)，并衍生出進(jìn)階矩陣(Progression Matrix)作為各州和各學(xué)區(qū)課程開(kāi)發(fā)和教學(xué)設(shè)計(jì)的參考。[2]學(xué)習(xí)進(jìn)階在如此短的時(shí)間內(nèi)獲得學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注并被迅速應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，一方面是因?yàn)閷W(xué)習(xí)進(jìn)階從認(rèn)知的視角系統(tǒng)地描述學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)程，另一方面是由于學(xué)習(xí)進(jìn)階能“搭建起一座連接對(duì)學(xué)習(xí)的研究和課堂教學(xué)實(shí)踐的橋梁”[3]，“有潛質(zhì)提供將標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、課程開(kāi)發(fā)、學(xué)業(yè)評(píng)估和教師專業(yè)發(fā)展聯(lián)接起來(lái)的統(tǒng)一框架”[4]。我國(guó)科學(xué)教育界也已從前期引述、介紹國(guó)外研究成果，過(guò)渡到開(kāi)展實(shí)質(zhì)性的進(jìn)階研究。本文基于文獻(xiàn)綜述和自身研究實(shí)踐，對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階及其相關(guān)研究的一些基本問(wèn)題展開(kāi)討論，以期為我國(guó)進(jìn)階研究的發(fā)展與超越提供參考。

一、學(xué)習(xí)進(jìn)階的定義

在對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究誕生之初，對(duì)于“什么是學(xué)習(xí)進(jìn)階”，許多學(xué)者根據(jù)其自身研究背景提出了不盡相同的表述。例如：史密斯等認(rèn)為“學(xué)習(xí)進(jìn)階是學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)對(duì)一系列概念連續(xù)的、逐漸復(fù)雜的思維方式”[1]；羅斯曼(Roseman)等定義“學(xué)習(xí)進(jìn)階是從小學(xué)延續(xù)到高中的一條符合邏輯和學(xué)生發(fā)展的概念序列”[5]；賽琳娜界定學(xué)習(xí)進(jìn)階為“以實(shí)證為基礎(chǔ)的、可檢驗(yàn)的假說(shuō)，它闡釋了在一段時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)指導(dǎo)，學(xué)生對(duì)科學(xué)核心概念、科學(xué)解釋以及科學(xué)實(shí)踐的理解和運(yùn)用是如何逐漸發(fā)展、逐漸深入”[3]。不僅對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階定義的表述不同，不同學(xué)者的研究理念和研究方法也有差異。這使得對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階及其要素的界定成為了研究伊始就面臨的一大問(wèn)題。[6]在2007年NRC將學(xué)習(xí)進(jìn)階定義為“對(duì)學(xué)生在一個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時(shí)，依次進(jìn)階、逐級(jí)深化的思維方式的描述”[7]之后，分析近3年(2010—2013年)的研究報(bào)告發(fā)現(xiàn)，雖然研究方法日益多樣化且學(xué)者們?cè)谟懻撝袑?duì)未來(lái)的學(xué)習(xí)進(jìn)階有著不盡相同的展望，但這些研究大都引用NRC的定義作為學(xué)習(xí)進(jìn)階的概念界定。說(shuō)明在現(xiàn)階段NRC的定義還是一個(gè)能得到多數(shù)研究者認(rèn)同的界定，學(xué)界對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的基本認(rèn)識(shí)逐漸達(dá)成了一致，故本文也以NRC對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的定義作為后續(xù)討論的基礎(chǔ)。

對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的定義和要素的爭(zhēng)論實(shí)際上是科學(xué)教育界諸多學(xué)術(shù)流派觀點(diǎn)的碰撞，集中反映著學(xué)界從20世紀(jì)80年代起圍繞“如何刻畫(huà)學(xué)生的思維：是框架模型(framework theory)還是碎片知識(shí)(knowledge in pieces)”，“學(xué)生如何建構(gòu)科學(xué)概念：轉(zhuǎn)變還是豐富、整合”等問(wèn)題的不同立場(chǎng)。杜施爾等綜述了大量對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究后指出[8]：進(jìn)階研究基本可分為兩種研究范式，“驗(yàn)證性進(jìn)階研究”(Validation LPs)和“演進(jìn)性進(jìn)階研究”(Evolutionary LPs)。他們認(rèn)為“驗(yàn)證性進(jìn)階研究”從標(biāo)準(zhǔn)(課程標(biāo)準(zhǔn)或考試標(biāo)準(zhǔn))出發(fā)，自上而下地基于測(cè)評(píng)結(jié)果來(lái)檢驗(yàn)和修正進(jìn)階框架。相比之下，“演進(jìn)性進(jìn)階研究”遵循自下而上的證據(jù)驅(qū)動(dòng)研究范式，強(qiáng)調(diào)教學(xué)作為關(guān)鍵變量，緊密聯(lián)系科學(xué)概念的建構(gòu)和科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，基于測(cè)評(píng)證據(jù)來(lái)探索不同模型的有效性，是一種更符合教學(xué)實(shí)際需要的進(jìn)階研究。然而，利用杜施爾等的劃分標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分析現(xiàn)有進(jìn)階研究，卻發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有哪一個(gè)研究能完全符合“演進(jìn)性進(jìn)階研究”的八條標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的進(jìn)階研究幾乎都是兩種進(jìn)階范式的混合體。所以杜施爾的“演進(jìn)性進(jìn)階研究”實(shí)際上是一種理想的進(jìn)階研究范式，基于此可以反思已有的進(jìn)階研究(“驗(yàn)證性進(jìn)階研究”)中在一些方面上的不足，展望未來(lái)進(jìn)階研究(“演進(jìn)性進(jìn)階研究”)的發(fā)展趨勢(shì)。

總而言之，對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階定義的討論反映了學(xué)術(shù)界對(duì)其本質(zhì)認(rèn)識(shí)的不斷深化和豐富，這主要表現(xiàn)在以下三點(diǎn)。首先學(xué)者們對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究對(duì)象達(dá)成了一致——學(xué)習(xí)進(jìn)階刻畫(huà)的是學(xué)生思維(thinking)的發(fā)展過(guò)程。這樣就從本質(zhì)上厘清了學(xué)習(xí)進(jìn)階與課程開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)(如布魯納的“螺旋式課程”)的關(guān)系：基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的課程開(kāi)發(fā)能更好地規(guī)劃學(xué)生的發(fā)展路徑，使之符合學(xué)生的心理特質(zhì)，而對(duì)新開(kāi)發(fā)課程的實(shí)踐與反饋能夠促使學(xué)習(xí)進(jìn)階的完善和改進(jìn)。第二，學(xué)者們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到教學(xué)因素在建構(gòu)學(xué)習(xí)進(jìn)階過(guò)程中的關(guān)鍵地位。在NRC的定義中沒(méi)有出現(xiàn)“教學(xué)”一詞，然而該定義的主要撰寫(xiě)者美國(guó)科學(xué)教育研究協(xié)會(huì)(NARST)的前主席杜施爾(Duschl)指出[8]，許多讀者忽略了緊跟在該條定義之后的句子，“教學(xué)實(shí)踐對(duì)其(學(xué)習(xí)進(jìn)階)起著關(guān)鍵作用”[7]。第三，已有越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)可了對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階、學(xué)習(xí)軌跡(learning trajectory)和教學(xué)序列(teaching sequence)的區(qū)分?，F(xiàn)在科學(xué)教育研究領(lǐng)域一般認(rèn)為學(xué)習(xí)進(jìn)階是一個(gè)更為上位的概念，學(xué)習(xí)軌跡有機(jī)組合構(gòu)成學(xué)習(xí)進(jìn)階，而教學(xué)序列則是在學(xué)習(xí)進(jìn)階框架下，教師根據(jù)學(xué)生的具體學(xué)情規(guī)劃其教學(xué)活動(dòng)的安排和教學(xué)策略的選取。[9]

二、學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究基礎(chǔ)

學(xué)習(xí)進(jìn)階雖然是一個(gè)新術(shù)語(yǔ)，但相關(guān)理念早已根植于教育界，從皮亞杰的“發(fā)生認(rèn)識(shí)論”和維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”都已預(yù)示著，對(duì)學(xué)生發(fā)展階段的系統(tǒng)研究能對(duì)教與學(xué)帶來(lái)關(guān)鍵性變革。具體到科學(xué)教育界提出學(xué)習(xí)進(jìn)階，從目前掌握的資料來(lái)看，建構(gòu)主義是學(xué)習(xí)進(jìn)階的哲學(xué)基礎(chǔ)，概念發(fā)展研究提供了范式預(yù)備，教育評(píng)價(jià)和課程設(shè)計(jì)提出了需求，心理測(cè)量方法的應(yīng)用是技術(shù)保障。

20世紀(jì)70年代末，在建構(gòu)主義思潮和庫(kù)恩(Kuhn)和拉卡托斯(Lakatos)科學(xué)哲學(xué)觀的影響下，科學(xué)教育界開(kāi)始空前關(guān)注學(xué)生的認(rèn)識(shí)現(xiàn)狀。“相異概念運(yùn)動(dòng)”(Alternative Conceptions Movement)及其研究范式在科學(xué)教育研究界長(zhǎng)期占據(jù)主導(dǎo)地位，對(duì)學(xué)生迷思概念(misunderstanding)的研究幾乎覆蓋了基礎(chǔ)教育階段的所有知識(shí)主題，對(duì)如何促使學(xué)生概念轉(zhuǎn)變也積累了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)。但到了20世紀(jì)90年代，學(xué)者們開(kāi)始反思“相異概念運(yùn)動(dòng)”。其中的重要觀點(diǎn)之一便是之前的研究?jī)?nèi)容過(guò)于零散，而且只是對(duì)學(xué)生在某一階段持有的概念狀態(tài)的描述，沒(méi)有加入時(shí)間變量，不能系統(tǒng)地刻畫(huà)學(xué)生概念發(fā)展的過(guò)程。隨后英國(guó)學(xué)者德來(lái)弗(Driver)等在物理教育領(lǐng)域?qū)Α案拍钴壽E”(conceptual trajectory)的研究和泰伯(Taber)等在化學(xué)教育領(lǐng)域?qū)Α案拍畎l(fā)展”(conceptual development)的研究中開(kāi)始采用跨年級(jí)的追蹤研究，這便是當(dāng)今進(jìn)階研究的雛形。例如德來(lái)弗等在1994年提出概念軌跡的概念時(shí)指出：“為兒童的科學(xué)和正規(guī)科學(xué)搭建橋梁時(shí)，會(huì)涉及一些‘中間認(rèn)識(shí)’或‘中間概念’，因此進(jìn)階過(guò)程將遵循一條概念軌跡，這條軌跡序列描繪了某領(lǐng)域知識(shí)發(fā)展的關(guān)鍵步驟?！盵10]由此可見(jiàn)，概念軌跡的研究已經(jīng)具備了當(dāng)前最受關(guān)注的“核心概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階”(LearningProgressionsof Core Ideas)的基礎(chǔ)范式。核心概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階為學(xué)生的概念發(fā)展建構(gòu)了一個(gè)過(guò)程模型，將概念軌跡研究中的“兒童的科學(xué)”、“正規(guī)科學(xué)”和“中間概念”作為此模型中的發(fā)展要素：進(jìn)階起點(diǎn)(lower anchor)、進(jìn)階目標(biāo)(upper anchor)和中間節(jié)點(diǎn)(intermediate levels)。

雖然與概念軌跡、概念發(fā)展等研究一脈相承，但是學(xué)習(xí)進(jìn)階在研究方法上有著顯著的發(fā)展，其中最主要的就是先進(jìn)的心理測(cè)量與統(tǒng)計(jì)手段的應(yīng)用?；氐綄W(xué)習(xí)進(jìn)階誕生的21世紀(jì)初，時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)布什簽署了《不讓一個(gè)孩子落后》法案，2005—2006學(xué)年是正式開(kāi)展大規(guī)模達(dá)標(biāo)測(cè)評(píng)的第一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)。如何科學(xué)地評(píng)價(jià)學(xué)生的急迫需求推動(dòng)了對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究的開(kāi)展，第一份提出“學(xué)習(xí)進(jìn)階”的文件正是面向科學(xué)學(xué)業(yè)成就評(píng)價(jià)的研究報(bào)告[1]。所以說(shuō)學(xué)習(xí)進(jìn)階自誕生之初就帶有深刻的“評(píng)價(jià)”印痕，隨后學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)研究與對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究也一直相輔相成。以原美國(guó)教育學(xué)會(huì)(AERA)主席、斯坦福大學(xué)的謝弗爾森(Shavelson)教授和加州大學(xué)伯克利分校的威爾遜(Wilson)教授等為代表的心理測(cè)量專家將先進(jìn)的心理測(cè)量與統(tǒng)計(jì)方法引入進(jìn)階研究，為進(jìn)階研究提供了技術(shù)支持，對(duì)進(jìn)階研究的發(fā)展起到了關(guān)鍵性作用。

三、學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究模式

對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究遵循證據(jù)驅(qū)動(dòng)范式，結(jié)論基于具有代表性且穩(wěn)定可靠的觀測(cè)結(jié)果，但僅僅通過(guò)測(cè)試和訪談積累證據(jù)是不能得到有效的進(jìn)階框架的。美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》物質(zhì)科學(xué)修訂組的組長(zhǎng)科瑞柴克(Krajcik)指出學(xué)習(xí)進(jìn)階有四項(xiàng)必備要素[11]：(1)大概念及對(duì)大概念的析解；(2)界定清晰的各進(jìn)階層級(jí)；(3)檢驗(yàn)學(xué)生所處水平的測(cè)評(píng)工具；(4)促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的教學(xué)干預(yù)手段。在此指導(dǎo)原則下，建構(gòu)新的學(xué)習(xí)進(jìn)階應(yīng)先確定進(jìn)階要圍繞的核心概念和關(guān)鍵能力，基于對(duì)學(xué)生認(rèn)知的研究提出有效的進(jìn)階假設(shè)，然后根據(jù)假設(shè)選擇測(cè)量模型，開(kāi)發(fā)工具收集證據(jù)，最終才能基于證據(jù)修訂假設(shè)，逐步完善進(jìn)階(圖1)。高質(zhì)量的進(jìn)階研究往往將上一輪研究修正出的進(jìn)階當(dāng)作新一輪研究的進(jìn)階假設(shè)，經(jīng)歷幾個(gè)研究循環(huán)才能得出最后的結(jié)論。

圖1 進(jìn)階研究循環(huán)

(一)核心概念和關(guān)鍵能力的確定

這里所指的核心概念即是學(xué)習(xí)進(jìn)階四項(xiàng)必備要素中所指的大概念，包括學(xué)科核心概念(discipline core idea)和共通概念(crosscutting concept)，關(guān)鍵能力即科學(xué)實(shí)踐(scientific practice)能力。在21世紀(jì)初，美國(guó)和中國(guó)等相繼開(kāi)展了大規(guī)模的國(guó)際科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的比較研究，國(guó)際上也陸續(xù)召開(kāi)了專家研討會(huì)，中國(guó)學(xué)者(如韋鈺教授等)也參與其中，貢獻(xiàn)了我們的觀點(diǎn)并帶回了新一輪國(guó)際科學(xué)課程改革的思路。[12]隨后劉恩山、郭玉英等學(xué)者撰文闡釋了什么是核心概念，核心概念在科學(xué)教學(xué)中的地位和作用[13]，如何圍繞大概念整合科學(xué)課程設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念體系的建構(gòu)[14]；丁邦平等探討了科學(xué)實(shí)踐和之前的科學(xué)探究的關(guān)系[15]。上述文章反映出，國(guó)內(nèi)、外科學(xué)教育界在圍繞核心概念和關(guān)鍵能力改進(jìn)科學(xué)課程上取得了一致，并且學(xué)術(shù)界的觀點(diǎn)已經(jīng)開(kāi)始向教學(xué)一線滲透。

學(xué)科核心概念是“組織整合某個(gè)學(xué)科自身內(nèi)容的少數(shù)關(guān)鍵概念”，如美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中的“物質(zhì)及其相互作用”、“能量”等。共通概念是“涉及科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)和工程等領(lǐng)域的最基本的、超越學(xué)科界限、反映不同學(xué)科的內(nèi)在統(tǒng)一性的概念。”例如“系統(tǒng)”、“模型”等共通概念不僅對(duì)跨學(xué)科內(nèi)容的組織有重要意義，還影響著數(shù)學(xué)、技術(shù)和工程等的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生建立對(duì)人類知識(shí)的整體認(rèn)識(shí)。[14]科學(xué)實(shí)踐是科學(xué)探究的發(fā)展，美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》提出要加強(qiáng)八方面科學(xué)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，但其中的“構(gòu)建和使用模型”、“基于證據(jù)參與論辯”等能力在我國(guó)現(xiàn)有的課程文件中強(qiáng)調(diào)并不多，相關(guān)研究也還較少。大概念和科學(xué)實(shí)踐直指多維科學(xué)課程體系的建構(gòu)，促進(jìn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的橫向整合；學(xué)習(xí)進(jìn)階與此緊密配合，基于對(duì)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的研究實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的縱向整合，兩者相輔相成、互為依托。如前所述，目前學(xué)術(shù)界對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)的核心概念和關(guān)鍵能力已經(jīng)基本達(dá)成了一致，所以對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究將以此為基礎(chǔ)開(kāi)展。并且可以預(yù)想，學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究也將會(huì)給內(nèi)容體系的整合提供反饋，使確立的核心概念和關(guān)鍵能力真正達(dá)到其設(shè)想的學(xué)科顯著性和貫通性，以實(shí)現(xiàn)其促進(jìn)學(xué)生終身發(fā)展的價(jià)值。

(二)創(chuàng)建進(jìn)階假設(shè)

確定了核心概念和關(guān)鍵能力之后，接下來(lái)將圍繞其創(chuàng)建進(jìn)階假設(shè)。進(jìn)階假設(shè)一般由進(jìn)階起點(diǎn)、進(jìn)階目標(biāo)和中間節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，由進(jìn)階變量(progress variable)將三者串聯(lián)。進(jìn)階變量為進(jìn)階假設(shè)搭建起理論框架，其選取和設(shè)計(jì)是創(chuàng)建進(jìn)階假設(shè)的核心工作。

以知識(shí)內(nèi)容本體作為進(jìn)階變量在進(jìn)階研究早期占主流，這類研究多基于課程分析和對(duì)學(xué)生迷思概念的研究來(lái)劃分發(fā)展階段。[8]以阿隆索(Alozon)和斯蒂德?tīng)?Steedle)建構(gòu)“力和運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階為例[16]，她們通過(guò)對(duì)課程文件的分析確立進(jìn)階目標(biāo)，通過(guò)綜述關(guān)于學(xué)生對(duì)“力和運(yùn)動(dòng)”認(rèn)知的研究提出進(jìn)階起點(diǎn)和中間階段的預(yù)設(shè)。以知識(shí)內(nèi)容本體作為進(jìn)階變量可以清晰的刻畫(huà)學(xué)生對(duì)某一主題理解的認(rèn)知發(fā)展層級(jí)，然而這類進(jìn)階研究不可避免的將學(xué)習(xí)進(jìn)階限定于一個(gè)知識(shí)主題之內(nèi)。現(xiàn)階段研究中進(jìn)階變量的內(nèi)涵日益豐富，有學(xué)者以關(guān)鍵能力作為進(jìn)階變量，例如施瓦茨(Schwarz)等對(duì)學(xué)生科學(xué)建模能力進(jìn)階發(fā)展的研究[17]，伯蘭(Berland)和麥克尼爾(McNeill)[18]建構(gòu)的學(xué)生科學(xué)論辯能力的進(jìn)階。也有學(xué)者關(guān)注學(xué)生頭腦中內(nèi)在知識(shí)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)程度，如加州大學(xué)伯克利分校的李熙石(LeeHee-Sun)和劉莉迪(Liu Lydia)[19]以知識(shí)整合度(knowledge integration)為進(jìn)階變量描述學(xué)生對(duì)能量概念的理解。

當(dāng)前研究中進(jìn)階變量的選取還呈現(xiàn)出兩種趨勢(shì)。一方面是內(nèi)容和能力的融合，例如萊赫(Lehrer)和舒布勒(Schauble)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)進(jìn)階中，對(duì)進(jìn)化論的學(xué)習(xí)伴隨著科學(xué)建模能力的發(fā)展；[20]在桑格(Songer)等設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)進(jìn)階中，學(xué)生對(duì)生態(tài)圈的理解逐級(jí)深入的同時(shí)還培養(yǎng)進(jìn)行科學(xué)解釋的能力。[21]另一方面是基于認(rèn)知理論來(lái)更深入的分析學(xué)生的進(jìn)階，例如紐曼(Neumann)在設(shè)計(jì)能量概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階時(shí)，既參考了柳秀峰等基于科斯(Case)的后皮亞杰理論所設(shè)定的發(fā)展層級(jí)，還參考了費(fèi)舍爾(Fisher)的復(fù)雜度層級(jí)理論。[22]

通過(guò)進(jìn)階變量搭建起進(jìn)階假設(shè)的框架后，接下來(lái)設(shè)定進(jìn)階起點(diǎn)、進(jìn)階目標(biāo)和中間節(jié)點(diǎn)。早期進(jìn)階研究(例如阿隆索和斯蒂德?tīng)枌?duì)“力和運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究)以學(xué)生的迷思概念作為最低的階，以課程標(biāo)準(zhǔn)的期望作為進(jìn)階目標(biāo)，再劃定中間層級(jí)。杜施爾等認(rèn)為[8]這種設(shè)定方式體現(xiàn)了一種“修正觀”(fix it model)，即整個(gè)進(jìn)階始于對(duì)迷思概念的分析，描述在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)的修正和內(nèi)容知識(shí)的擴(kuò)展。而現(xiàn)階段的進(jìn)階研究更傾向于采用“發(fā)展觀”(work with it model)，即以學(xué)生有感性認(rèn)識(shí)或易著手分析的具體現(xiàn)象為起點(diǎn)，從學(xué)生的已有認(rèn)識(shí)出發(fā)深化理解、構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。這里還需要強(qiáng)調(diào)，在設(shè)定進(jìn)階的階段目標(biāo)時(shí)考慮現(xiàn)有課程中年級(jí)節(jié)點(diǎn)的設(shè)置是必要的，然而“過(guò)分關(guān)注現(xiàn)有課程會(huì)導(dǎo)致忽視學(xué)生認(rèn)知，失去了學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究目的——從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律出發(fā)改進(jìn)現(xiàn)有課程設(shè)置。”[8]152

(三)選擇測(cè)量模型

學(xué)習(xí)進(jìn)階將有代表性、穩(wěn)定且能表征學(xué)生發(fā)展的觀測(cè)證據(jù)作為檢驗(yàn)和修正的依據(jù)，這是學(xué)習(xí)進(jìn)階較20世紀(jì)90年代的概念軌跡研究的重要發(fā)展，但這對(duì)研究方法提出了相當(dāng)高的要求。先進(jìn)心理測(cè)量技術(shù)向教育測(cè)量的轉(zhuǎn)化使得許多研究設(shè)想逐漸成為了可能，經(jīng)過(guò)反復(fù)檢驗(yàn)的可靠實(shí)證數(shù)據(jù)使學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究結(jié)論得到了廣泛的認(rèn)可。這其中項(xiàng)目反應(yīng)理論(Item Response Theory，IRT)和潛類別分析(Latent Class Analysis，LCA)是當(dāng)前采用最廣泛的統(tǒng)計(jì)分析模型。

位于加州大學(xué)伯克利校區(qū)的伯克利評(píng)估與測(cè)量研究中心(Berkeley Evaluation and Assessment Research)引領(lǐng)著基于項(xiàng)目反應(yīng)理論的進(jìn)階研究。這些研究以拉什(Rasch)模型為核心擬合試題難度與學(xué)生能力參數(shù)，據(jù)此來(lái)描述學(xué)生的進(jìn)階情況。[23]基于潛類別分析的進(jìn)階研究則主要以謝弗爾森的團(tuán)隊(duì)為中心。他們通過(guò)學(xué)生的應(yīng)答模式矩陣來(lái)判定學(xué)生所屬類別，進(jìn)而與進(jìn)階假設(shè)中的各層級(jí)對(duì)應(yīng)，描述學(xué)生的進(jìn)階情況。[24]兩種測(cè)量模型本質(zhì)區(qū)別在于基本假定的不同，項(xiàng)目反應(yīng)理論假設(shè)學(xué)生在某一主題內(nèi)的思維模式可表征為一個(gè)單維、連續(xù)且穩(wěn)定的心理構(gòu)造(continuous unidimensionalmental construct)，潛類別分析假設(shè)某一類學(xué)生在回答一系列問(wèn)題時(shí)會(huì)有一種穩(wěn)定的應(yīng)答模式。兩種模型各有其優(yōu)勢(shì)和待解決的問(wèn)題，但由于項(xiàng)目反應(yīng)理論的相關(guān)軟件率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開(kāi)發(fā)并占據(jù)了國(guó)際大范圍測(cè)評(píng)的主流市場(chǎng)(例如TIMSS和PISA)，所以當(dāng)前的進(jìn)階研究中運(yùn)用項(xiàng)目反應(yīng)理論作為測(cè)量模型的占了絕大多數(shù)。

(四)開(kāi)發(fā)研究工具

最初的進(jìn)階研究多利用現(xiàn)有工具，如在TIMSS或NEAP的題庫(kù)中選擇區(qū)分度等指標(biāo)較高的測(cè)試題作為研究工具。正因?yàn)榇?，第一位獲得美國(guó)“總統(tǒng)獎(jiǎng)”的科學(xué)教育學(xué)家、密歇根大學(xué)的桑格教授指出，當(dāng)前對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究中最大問(wèn)題在于測(cè)評(píng)工具的質(zhì)量還沒(méi)有達(dá)到評(píng)估進(jìn)階的要求。[25]為了更好地診斷學(xué)生狀態(tài)，研究者們一直在改進(jìn)現(xiàn)有研究手段。例如布瑞格斯(Briggs)等[26]開(kāi)發(fā)了分層選擇題(Ordered Multiple Choice items)，其選項(xiàng)經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，學(xué)生不同的選擇反映其所處思維水平，然后通過(guò)題組來(lái)區(qū)分學(xué)生在學(xué)習(xí)進(jìn)階中所處的層級(jí)。紐曼等改進(jìn)題干設(shè)計(jì)，在保持情境不變的情況下通過(guò)調(diào)節(jié)題干信息量控制題目的復(fù)雜度，以此收集證據(jù)作為其進(jìn)階修正的參照。[22]

雖然在研究者不斷的努力下和先進(jìn)測(cè)量模型的監(jiān)測(cè)下，研究工具的信、效度和精細(xì)化程度已經(jīng)達(dá)到空前水平，但未來(lái)的進(jìn)階研究中測(cè)量工具改進(jìn)和開(kāi)發(fā)仍是關(guān)鍵。問(wèn)題集中體現(xiàn)在：(1)當(dāng)前的研究工具多面向大范圍測(cè)評(píng)，屬于終結(jié)性評(píng)價(jià)，缺乏形成性測(cè)試工具；(2)如果學(xué)習(xí)進(jìn)階融合科學(xué)概念的理解和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，那么僅局限于紙筆測(cè)試將難以滿足要求；(3)精巧的研究工具和復(fù)雜的測(cè)量模型難以被教學(xué)實(shí)踐者掌握。從現(xiàn)代教育測(cè)量的發(fā)展來(lái)看，基于電子測(cè)評(píng)系統(tǒng)的自適應(yīng)組卷測(cè)驗(yàn)、對(duì)應(yīng)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的操作類任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)化的教研支撐體系將有助于上述問(wèn)題的解決。

(五)修正進(jìn)階假設(shè)

基于研究工具探查出的學(xué)生表現(xiàn)情況修正原有進(jìn)階假設(shè)，既是一輪進(jìn)階研究的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是新一輪研究的基礎(chǔ)。修正進(jìn)階假設(shè)應(yīng)建立在兩個(gè)前提下：一是實(shí)證數(shù)據(jù)和現(xiàn)有進(jìn)階假設(shè)不匹配，二是研究工具準(zhǔn)確反映了學(xué)生實(shí)際情況。題目設(shè)計(jì)沒(méi)有切實(shí)反映考察意圖、學(xué)生進(jìn)行問(wèn)題表征時(shí)的思維圖式與研究者的預(yù)設(shè)不同、進(jìn)階框架的不合理等都有可能造成研究結(jié)果與進(jìn)階假設(shè)不匹配。所以當(dāng)實(shí)證數(shù)據(jù)“證偽”進(jìn)階假設(shè)時(shí)，不能想當(dāng)然地修改假設(shè)迎合實(shí)證結(jié)果，而是要審慎地分析造成兩者差異的原因。應(yīng)該先結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)手段和對(duì)師、生的訪談重新進(jìn)行任務(wù)分析，確保研究工具能真實(shí)測(cè)查學(xué)生狀態(tài)后，再對(duì)原假設(shè)的進(jìn)階層級(jí)做出分解、合并或次序調(diào)整。

四、學(xué)習(xí)進(jìn)階的應(yīng)用

在各國(guó)紛紛跟進(jìn)對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究之時(shí)，美國(guó)對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的應(yīng)用正在從宏觀和微觀兩個(gè)層面同時(shí)開(kāi)展。宏觀層面上，2013年頒布的美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》綜合現(xiàn)有進(jìn)階研究的成果，為各州和學(xué)區(qū)的課程開(kāi)發(fā)和教學(xué)設(shè)計(jì)勾繪了藍(lán)圖。雖然《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中的學(xué)習(xí)進(jìn)階“顆粒度”還比較粗，但是已然為“小—初—高”的科學(xué)課程銜接提供了統(tǒng)一框架。相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)推廣和教師培訓(xùn)活動(dòng)也已經(jīng)在多個(gè)州開(kāi)展，其成效值得關(guān)注。另外，多個(gè)州的達(dá)標(biāo)評(píng)估已應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階作為參照?；趯W(xué)習(xí)進(jìn)階的多項(xiàng)國(guó)際比較研究也正在進(jìn)行中，其研究成果將對(duì)各國(guó)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂產(chǎn)生較大的影響。

在微觀層面上，多個(gè)課題組已經(jīng)基于進(jìn)階研究成果開(kāi)展教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。例如科瑞柴克團(tuán)隊(duì)在美國(guó)自然科學(xué)基金委資助下開(kāi)展了中學(xué)能量教學(xué)研究[27]，他們結(jié)合學(xué)習(xí)進(jìn)階和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)模型開(kāi)發(fā)了由19節(jié)課組成的能量專題教學(xué)單元，期望以真實(shí)情境為載體、圍繞核心概念組織的教學(xué)活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生的整合理解。結(jié)果顯示：雖然起點(diǎn)相同的控制班學(xué)生經(jīng)歷了更多教學(xué)課時(shí)，然而無(wú)論是即時(shí)訪談還是一年后的延時(shí)測(cè)試都表明實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生對(duì)能量概念的認(rèn)識(shí)更系統(tǒng)、知識(shí)網(wǎng)絡(luò)更豐富、有較少的迷思概念且更善于解決實(shí)際問(wèn)題。密歇根大學(xué)桑格教授所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)從2008年起持續(xù)關(guān)注在生物學(xué)習(xí)過(guò)程中科學(xué)解釋能力的培養(yǎng)，通過(guò)連續(xù)五年的追蹤研究，她們已經(jīng)基于學(xué)習(xí)進(jìn)階設(shè)計(jì)了從小學(xué)到高中的、融合生態(tài)內(nèi)容學(xué)習(xí)和科學(xué)解釋能力的教學(xué)序列。[28]這些微觀層面上應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階開(kāi)展的教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究為學(xué)區(qū)教研員的課程開(kāi)發(fā)和一線教師的教學(xué)設(shè)計(jì)提供了案例，促進(jìn)了宏觀層面上的綱領(lǐng)、標(biāo)準(zhǔn)文件與教學(xué)實(shí)踐的對(duì)接。美國(guó)學(xué)者將學(xué)習(xí)進(jìn)階在宏觀和微觀層面上同時(shí)應(yīng)用推廣，讓進(jìn)階研究提出之時(shí)的愿景在逐漸清晰——搭建起一座連接對(duì)學(xué)習(xí)的研究、課程開(kāi)發(fā)、學(xué)業(yè)評(píng)估和教學(xué)實(shí)踐等多方面的橋梁。

五、總結(jié)與展望

正如劍橋大學(xué)泰伯教授所說(shuō)，建模(modelling)不僅在研究如何“做科學(xué)”時(shí)非常重要，在研究如何“學(xué)科學(xué)”中也在發(fā)揮日益關(guān)鍵的作用[29]。從本質(zhì)上講，學(xué)習(xí)進(jìn)階就是一個(gè)關(guān)于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的模型，其本身需要被不斷修正和改進(jìn)，所以對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究一直在面臨挑戰(zhàn)。然而無(wú)論是對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的定義之辯，還是在假設(shè)確立、工具設(shè)計(jì)和反饋修正等研究過(guò)程中需克服的困難，都將促使學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究水平不斷提升和研究范式的日趨成熟。可以說(shuō)，對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究在挑戰(zhàn)中完善和發(fā)展。但是必須承認(rèn)，當(dāng)前建構(gòu)的學(xué)習(xí)進(jìn)階較“刻畫(huà)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展”的目標(biāo)還有很大差距，研究過(guò)程與教學(xué)的結(jié)合并不緊密，成果向教學(xué)實(shí)踐的轉(zhuǎn)化也并不順利，可見(jiàn)想要構(gòu)建理想的學(xué)習(xí)進(jìn)階，實(shí)現(xiàn)最初的研究愿景，對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究仍需在挑戰(zhàn)中不斷前行。

對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究實(shí)質(zhì)上反映了科學(xué)教育觀的轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)的分割的教授各知識(shí)模塊和各探究技能轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)序列以幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念體系、培養(yǎng)科學(xué)實(shí)踐能力，并在此過(guò)程中促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知和元認(rèn)知的發(fā)展。[8]所以當(dāng)用“學(xué)習(xí)進(jìn)階”來(lái)翻譯Learning Progression時(shí)，我們實(shí)際上是希望表明：進(jìn)階研究以學(xué)生的學(xué)習(xí)為研究對(duì)象，“進(jìn)”是以描述學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展方向，而“階”則要指出發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)，并提供對(duì)應(yīng)的解決方案。貢克爾(Gunckel)等學(xué)者也認(rèn)為[30]，當(dāng)前進(jìn)階研究需直面這兩個(gè)問(wèn)題：什么在發(fā)展？如何設(shè)計(jì)路徑促進(jìn)發(fā)展？

針對(duì)上面兩個(gè)問(wèn)題，我國(guó)自2009年起已有多位博士研究生結(jié)合國(guó)外先進(jìn)研究方法和國(guó)內(nèi)教學(xué)研究傳統(tǒng)開(kāi)展研究，給出了面向我國(guó)學(xué)生特色的解決方案。例如徐寧在批判繼承概念轉(zhuǎn)變研究基礎(chǔ)上提出基于認(rèn)知模式轉(zhuǎn)化的概念發(fā)展模型[31]，韋斯林應(yīng)用Rasch模型對(duì)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”進(jìn)行跨年級(jí)的認(rèn)知測(cè)量[32]，劉晟設(shè)計(jì)了“概念鏈”開(kāi)展概念教學(xué)研究[33]……我國(guó)學(xué)者在現(xiàn)有研究范式的基礎(chǔ)上還做出了創(chuàng)新：張靜將心智模型(mental model)研究和學(xué)習(xí)進(jìn)階相結(jié)合，以靜電學(xué)為例描述了學(xué)生心智模型的進(jìn)階發(fā)展層級(jí)，并通過(guò)建模教學(xué)促進(jìn)學(xué)生心智模型的發(fā)展[34]。魏昕研究能量概念學(xué)習(xí)進(jìn)階時(shí)，創(chuàng)造性的融合認(rèn)知推理過(guò)程和共通概念作為進(jìn)階變量，從更深層次揭示了學(xué)生能量概念發(fā)展的認(rèn)知機(jī)制[35]。

回顧十年來(lái)對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究，最主要的成果是基于大范圍的測(cè)評(píng)逐漸建立了學(xué)生在一些科學(xué)概念和實(shí)踐活動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程中的發(fā)展模型。然而杜施爾等指出，學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程是“教學(xué)輔助下的發(fā)展”(instruction-assisted development)，忽視教學(xué)因素單純描述學(xué)生的發(fā)展階段將有脫離科學(xué)教育研究根基的風(fēng)險(xiǎn)。[8]并且從建構(gòu)主義觀點(diǎn)來(lái)看，與其傾全力于構(gòu)想完美貼合認(rèn)知過(guò)程的表征方式，倒不如將研究重點(diǎn)放在能促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的系統(tǒng)模型，因?yàn)楹笳邔?duì)學(xué)生建構(gòu)對(duì)真實(shí)世界的理解更有幫助[29]。這啟示我們，在繼續(xù)深入探索回答“什么在發(fā)展”的同時(shí)，研究怎樣基于學(xué)習(xí)進(jìn)階開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)改善教學(xué)實(shí)踐，即回答“如何設(shè)計(jì)路徑促進(jìn)發(fā)展”，將是未來(lái)對(duì)進(jìn)階研究的核心議題。

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