學(xué)習(xí)進階：描述學(xué)生思維發(fā)展的有效方式

Alicia C.Alonzo 翟小銘

（1.美國密歇根州立大學(xué)教師教育學(xué)院，密歇根州 48824；2.北京師范大學(xué)物理學(xué)系，北京 100875）

1 學(xué)習(xí)進階是什么

近來，學(xué)習(xí)進階受到了廣泛關(guān)注，特別是圍繞美國《下一代科學(xué)教育標準》的討論令其格外引人注目.像其他一些新的概念一樣，學(xué)習(xí)進階從提出到有一個廣泛和明確的內(nèi)涵界定經(jīng)歷了較長的一段時間.因此，對于每一個關(guān)注學(xué)習(xí)進階的研究者和實踐者，清楚“學(xué)習(xí)進階是什么”是首要也是最重要的問題.要回答這個問題，有多種方式，這里介紹兩種.

1.1 描述學(xué)習(xí)進階像什么

第1種回答方式就是描述它像什么，這可以清晰地勾勒出學(xué)習(xí)進階的一些重要的典型特征.

一般來講，學(xué)習(xí)進階是一組水平層級，這些層級描述了對一些科學(xué)概念理解的熟練程度.最高層級通常稱作“高錨點（upper anchor）”，它代表了我們期望學(xué)生學(xué)習(xí)達到的理解水平，通常它的確定可以依據(jù)課程標準或課程文件.最低層級通常稱作“低錨點（lower anchor）”，它代表了學(xué)生進入課堂時所達到的理解水平.我們通常認為，學(xué)生的這些理解和推理完全依據(jù)其對客觀世界的經(jīng)驗認識.例如，學(xué)生在步入物理課堂之前，已經(jīng)具備了許多關(guān)于物體怎樣運動的經(jīng)驗認識.

在“高錨點”和“低錨點”之間存在著“凌亂區(qū)間”.在這個區(qū)間里，我們試圖描述學(xué)生如何在教師的幫助下，從最初的理解發(fā)展到科學(xué)理解.學(xué)生通常會有一些模糊的概念，這些概念似對非對，他們的一些想法從純科學(xué)角度看起來非常奇怪.學(xué)習(xí)進階正是要我們從學(xué)生的角度去理解這些想法對于學(xué)生進一步學(xué)習(xí)和發(fā)展的意義.

1.2 給學(xué)習(xí)進階下定義

另一種方式回答“學(xué)習(xí)進階是什么”就是考慮給學(xué)習(xí)進階下一個定義.美國國家教育委員會（NRC）的報告《將科學(xué)帶入校園》（Taking Science to School）中給出的定義是最具代表性也是廣泛為大家接受的一種定義：學(xué)習(xí)進階描述學(xué)生對于某個主題連續(xù)的、更加熟練的思考方式，這些思考方式能隨著學(xué)生對這個主題的學(xué)習(xí)和探究依次連續(xù)發(fā)展.但是這個定義的真正含義是什么呢？揭示這個定義的內(nèi)涵可能會幫助大家更好地理解學(xué)習(xí)進階的一些重要特征.

首先，學(xué)習(xí)進階定量化地描述了學(xué)生在學(xué)習(xí)某一主題時不同的思考方式.學(xué)習(xí)進階的“階”代表了學(xué)生不同的思考方式，而不是簡單地是否獲得了某個知識.換句話講，在更高層級的“階”上的學(xué)生并不是比更低層級“階”上的學(xué)生“知道的更多”，而是他們對內(nèi)容的理解方式方面存在著差異.

其次，學(xué)習(xí)進階關(guān)注的是學(xué)生怎樣思考.這一點上，是完全不同于按照知識的邏輯結(jié)構(gòu)，將某一個知識主題分成一定等級的.更重要的是，學(xué)習(xí)進階通常會關(guān)注學(xué)生的“錯誤思考”，因為有時這更能有效刻畫學(xué)生在特定層級的思考方式.因此，尤其是在“凌亂區(qū)間”，學(xué)習(xí)進階重點描述那些從學(xué)生視角看來有意義的特征.

再次，在NRC定義中用到了“能”這個詞，這意味著學(xué)習(xí)進階并非是一種自發(fā)發(fā)展過程.研究者們試圖尋找最佳的教學(xué)序列并精心設(shè)計教學(xué)，以促進這種進階的發(fā)生.“能”同時還有另外一層含義，即學(xué)生的進階路徑并非唯一的.在學(xué)習(xí)進階過程中，多種進階路徑的出現(xiàn)都是可能的（盡管在研究中我們可能只考慮了其中的一種）.

2 學(xué)習(xí)進階有哪些新穎之處

通常在大家的意識中，也有“進階”這個概念.但是學(xué)習(xí)進階與之有一些顯著的差異和變化.

2.1 不同于課程文件中的“內(nèi)容進階”

精心設(shè)計的課程文件或課程標準中也會描述學(xué)生在一段時間內(nèi)學(xué)習(xí)知識的發(fā)展過程，通常從簡單的知識到復(fù)雜的知識，但是這個與我們現(xiàn)在提到的“學(xué)習(xí)進階”是完全不同的.為了區(qū)別于學(xué)習(xí)進階，我們稱之為“內(nèi)容進階”.“內(nèi)容進階”描述的是學(xué)生學(xué)習(xí)的特定的、有序的學(xué)習(xí)內(nèi)容，而學(xué)習(xí)進階描述的是學(xué)生如何思考這些內(nèi)容.因此，學(xué)習(xí)進階的每一個“階”描述了學(xué)生在學(xué)習(xí)“同一內(nèi)容”時的不同思考方式，而并非不同的內(nèi)容；而內(nèi)容進階則是描述了所有內(nèi)容及其“不同內(nèi)容”之間的層級發(fā)展.

一個給定的學(xué)習(xí)進階的“階”通常會同時包含著學(xué)生習(xí)得的知識內(nèi)容和一些非科學(xué)的概念，即學(xué)習(xí)進階中可能會包含著一些錯誤的概念，而內(nèi)容進階則只包含著正確的概念.

2.2 不同于“學(xué)會了”和“沒有學(xué)會”

盡管前邊已經(jīng)提到了這個觀點，即學(xué)習(xí)進階不是簡單的回答“是否學(xué)會了”這個問題.但是因為這是“學(xué)習(xí)進階”一個非常重要的區(qū)別，這里我們還想從測評的角度做進一步的解釋.

假設(shè)這里有這樣一個問題：一個石塊被豎直上拋，在它到達最高點之前，請學(xué)生分析物塊的受力情況.

有時候我們發(fā)現(xiàn)，可能學(xué)生的答案都是“錯誤的”（沒有學(xué)會）.但是如果我們仔細研究發(fā)現(xiàn)，這些“錯誤的”答案可能代表了學(xué)生對“力如何影響物體的運動”的不同層次的理解.

第一個學(xué)生的回答反映了一種最低層次的理解，他認為力必須要接觸才能發(fā)生.他可能沒有把重力理解成一種力（或者認為重力只作用在與地球表面接觸的物體上）.

第2個學(xué)生的回答較第一個學(xué)生的理解有了一定的發(fā)展.他認識到力的發(fā)生不一定要接觸，但是感覺只有物體運動的方向上才會有力.他可能沒有注意到還有其他力作用在物體上（或者是“合力”的概念）.因此，即便這個學(xué)生可能注意到了重力，他可能也會很難理解一塊向上運動的石塊上為何能受到向下的重力作用.

第3個學(xué)生也認為力必須要跟物體的運動方向相同，但是他比第2個學(xué)生的理解又提高了一些.他認為物體的運動取決于在不同方向上的各個力的大?。ㄒ虼宋矬w可以受到與其運動方向相反的重力），但是這個學(xué)生也沒有一個完全正確的、科學(xué)的認識，因為他認為如果沒有力，物體就不會運動.他認為力是運動的原因，推或者拉可以使物體運動，即便是在非接觸的力的作用下.

從以上的例子中我們可以看出，3個學(xué)生的“錯誤的”答案各代表了對同一個問題不同水平的理解，如果僅用“學(xué)會了”或“沒有學(xué)會”來描述是非常粗糙和不準確的.

3 如何構(gòu)建學(xué)習(xí)進階

有許多建構(gòu)學(xué)習(xí)進階的方式和途徑，通過分析學(xué)生對測試問題的作答以提供重要證據(jù)來構(gòu)建學(xué)習(xí)進階是其中的一種.通過分析大量的、不同學(xué)生對不同測試問題的作答，研究者可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生在思考時展現(xiàn)出的不同的思維形式.他們能藉此發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于某個主題內(nèi)容不同的熟練程度的理解，來確定學(xué)習(xí)進階的“階”.這些“階”是一種假設(shè)，它描述了學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中對某一個特定主題理解的發(fā)展情況.

研究者在測試這些假設(shè)時，通常會對有不同學(xué)習(xí)背景的學(xué)生進行測試，通過這些結(jié)果來進一步優(yōu)化和修正他們的學(xué)習(xí)進階.所以在構(gòu)建學(xué)習(xí)進階的過程中，是有一個構(gòu)建、優(yōu)化的迭代過程的.

盡管上述提出了一種構(gòu)建學(xué)習(xí)進階的途徑，但是到具體操作時關(guān)于“階”的確立是非常復(fù)雜的.比較理想的辦法是通過開放性的問題來測試學(xué)生，因為它能比較真實地反映學(xué)生的想法.但是這種方式非常耗時，而且從學(xué)生的回答去推斷其思維的時候也很困難.一種可行的替代辦法就是通過特殊多項選擇題的形式——“有序的多項選擇題”.這種試題嘗試來捕獲學(xué)生可能的各種答案，而這些答案一般來自于學(xué)生的開放性問題的作答.不是提供1個正確答案和3個錯誤答案，而是每個選項都對應(yīng)了學(xué)習(xí)進階的某個階.當學(xué)生對這樣的選擇題作答時，我們可以根據(jù)其答案來判斷他所處的學(xué)習(xí)進階的層級.

測試題目在制定過程中，通常會先用開放性版本來收集學(xué)生的作答.研究者根據(jù)學(xué)生作答制定各個選項，使各個選項與學(xué)習(xí)進階的“階”關(guān)聯(lián)起來.這樣，各種不同層次的學(xué)生都可以在作答過程中找到與其認知層次對應(yīng)的答案.下面，我們還是以前邊舉過的例子來說明，這個題目可以改為“有序多項選擇題”.

圖1

如圖1，忽略空氣阻力，一個石塊被豎直上拋，在它到達最高點之前的A點時，它受到哪些力的作用？

（A）只有重力作用在石塊上.（4）

（B）只有人向上的拋的力作用在物體上.（2A）

（C）重力和人向上拋的力同時作用在物體上.（3A）

（D）沒有力作用在石塊上.（1）

上述選項后面括號中的數(shù)字代表這部分知識理解和思維方式水平.水平2、3和4代表了對力和運動的關(guān)系的不同的思維方式.在這幾個水平上，學(xué)生已經(jīng)具有了對力比較科學(xué)的認識：在水平4，學(xué)生完全理解力和運動的關(guān)系，知道力是改變物體運動并產(chǎn)生加速度的原因.在水平2A和3A，學(xué)生看待力時更像科學(xué)家界定的“動量”概念，而這與“力是促進運動”的迷思概念相對應(yīng)，或者說運動的物體帶著一種維持其運動的力.而在水平1學(xué)生把力理解為“推”或“拉”的行為，它可能會、也可能不會引起物體的運動.

4 學(xué)習(xí)進階的研究歷程

早在上個世紀80年代，皮亞杰和維果茨基等人就開始關(guān)注學(xué)生如何學(xué)習(xí)進階，為此他們關(guān)注學(xué)生思維的發(fā)展，從而為后來學(xué)習(xí)進階的研究奠定了基礎(chǔ).上世紀90年代開始，Mark Wilson開始專注于“構(gòu)造圖”（Construct map）的構(gòu)建和測評，這是最早的學(xué)習(xí)進階的雛形（本文第一作者2009年發(fā)表的力與運動的學(xué)習(xí)進階最初就是一個“構(gòu)造圖”）.

2001年，美國NRC的報告《知學(xué)生所知》（Knowing What Students Know）提出要通過認知和測量來變革教育評價.在這樣的背景下，NRC組織開發(fā)了兩個學(xué)習(xí)進階：一個是關(guān)于進化主題（Caltey et.2005），另一個是關(guān)于原子分析理論主題（Smith et.2004），后者也是第一個公開發(fā)表的學(xué)習(xí)進階研究.學(xué)習(xí)進階開始受到廣泛關(guān)注源自2007年NRC的一份報告《將科學(xué)帶入校園》，這份報告中明確提出用學(xué)習(xí)進階來改革和統(tǒng)整課程、教學(xué)和評價.2008年美國教育研究（AERA）年會專門組織了一個互動的討論環(huán)節(jié)，主題是“不同視角下的科學(xué)教育學(xué)習(xí)進階：構(gòu)建、測量和驗證”，目的是對當時各種不同的對學(xué)習(xí)進階的界定進行討論.但是由于當時與會者更關(guān)注學(xué)習(xí)進階取得的成果，并未達成預(yù)期的目的.

需要特別一提的是美國教育政策研究財團（CPRE）為學(xué)習(xí)進階的研究做出了巨大貢獻.2006年，CPRE專門成立了持續(xù)教學(xué)發(fā)展中心（CCII），專注于學(xué)習(xí)進階等的研究.2009年，以Corcoran等為首的CCII提交了一份報告《科學(xué)教育的學(xué)習(xí)進階》，該報告嘗試探討了學(xué)習(xí)進階在科學(xué)教育中的潛在價值，并對當時已經(jīng)構(gòu)建的學(xué)習(xí)進階進行了評價、探討.他們還就學(xué)習(xí)進階未來的研究進行了預(yù)規(guī)劃：（1）分享現(xiàn)有的學(xué)習(xí)進階；（2）驗證現(xiàn)有的學(xué)習(xí)進階；（3）收集證據(jù)證明學(xué)習(xí)進階的價值；（4）辨識科學(xué)核心概念；（5）開發(fā)K-12年級基于核心概念的學(xué)習(xí)進階；（6）啟動學(xué)習(xí)進階間的整合研究；（7）探索開發(fā)基于學(xué)習(xí)進階的測評工具以應(yīng)用于教學(xué)；（8）鼓勵科學(xué)教育研究者、測評專家和認知科學(xué)家之間的合作；（9）支持更多的的科學(xué)學(xué)習(xí)方面研究；（10）研究來自不同文化背景和不同初始水平學(xué)生的發(fā)展；（11）增加學(xué)習(xí)進階開發(fā)和驗證的項目資助；（12）鼓勵美國在課標修訂時考慮學(xué)習(xí)進階提供的證據(jù)等.這份報告有力地促進了人們對學(xué)習(xí)進階的認識及為未來研究提供了線索和方向.目前來看，這次會議中提到的這些預(yù)規(guī)劃正在一步步的實現(xiàn)著.

2009年6月，在美國國家自然科學(xué)基金委的資助下，Alonzo和Gotwals等組織在艾奧瓦州召開了科學(xué)教育學(xué)習(xí)進階大會，這次大會上提出了科學(xué)教育學(xué)習(xí)進階面臨的4個挑戰(zhàn)：（1）界定學(xué)習(xí)進階（構(gòu)建學(xué)習(xí)進階和概念化學(xué)生的發(fā)展）；（2）開發(fā)測評工具以探測學(xué)生相關(guān)的學(xué)習(xí)進階（多種途徑探測學(xué)生的知識和實踐）；（3）塑造和翻譯學(xué)生關(guān)于學(xué)習(xí)進階的表現(xiàn)（通過學(xué)生對測試問題的作答推斷學(xué)生所處的學(xué)習(xí)進階的各個層級）；（4）應(yīng)用學(xué)習(xí)進階（學(xué)習(xí)進階影響科學(xué)教育的各種方式，包括課標的設(shè)計、課程設(shè)計、教師教育等）.這些挑戰(zhàn)是學(xué)習(xí)進階研究必然要面臨的一些問題，通過這次會議，使學(xué)習(xí)進階的研究者對學(xué)習(xí)進階的未來研究思路更加清晰了.

目前，學(xué)習(xí)進階在課程、教學(xué)、評價等領(lǐng)域都取得了許多有益的成果.一方面，它在逐漸地影響著各國的課程文件的修訂，如美國2012年《K-12科學(xué)教育框架》就是基于學(xué)習(xí)進階的一些研究成果，它指導(dǎo)開發(fā)的美國《下一代科學(xué)教育標準》（2013）采用了對同一主題不同年級進階發(fā)展的表述也是受學(xué)習(xí)進階研究的影響.中國去年啟動的新一輪高中物理課程標準修訂，也對學(xué)習(xí)進階給予了廣泛關(guān)注，并擬借鑒其研究成果.另一方面，它也在影響著教師的教學(xué).特別是一些“顆粒度”比較小的學(xué)習(xí)進階（如力和運動的學(xué)習(xí)進階），對教師的課堂教學(xué)有潛在的價值，它能給教師描繪出學(xué)生思維發(fā)展更清晰的圖景，從而有助于教師選擇最恰當?shù)慕虒W(xué)方式.再者，更大跨度的關(guān)于學(xué)生思維發(fā)展的圖景，將為測評提供更多的信息，從而優(yōu)化測評工具.例如，如果我們僅僅關(guān)心三年級學(xué)生對力和運動的理解，而不是從整個K-5年級的跨度上去分析，那將會喪失很多有用的評價信息.通過這種大跨度的圖景來評價學(xué)生，我們可以更清晰地了解學(xué)生在某個層級之上還是之下.

盡管學(xué)習(xí)進階引起了科學(xué)教育領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，取得了許多成果，但仍然面臨著進一步發(fā)展的問題.特別是在應(yīng)用學(xué)習(xí)進階方面，實際的情況遠比建構(gòu)一個學(xué)習(xí)進階更復(fù)雜.學(xué)習(xí)進階為不同教師提供了怎樣的價值，以及怎樣幫助教師更好地實現(xiàn)教育的目的將是學(xué)習(xí)進階進一步研究的不竭動力.

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