學(xué)習(xí)進(jìn)階研究述評(píng)及其對(duì)我國科學(xué)教育的啟示

周丐曉 劉恩山

（1 溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 浙江溫州 325035 2 北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100875）

學(xué)習(xí)進(jìn)階已成為近10 年來國際科學(xué)教育研究的重要議題，其研究成果已被納入美國《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（Next Generation Science Standards：For States，By States）。 學(xué)習(xí)進(jìn)階是指當(dāng)兒童在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)學(xué)習(xí)某一主題時(shí)， 對(duì)該主題的一系列復(fù)雜思考路徑的描述［1］。 學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究是建立在科學(xué)教育和認(rèn)知心理學(xué)的研究基礎(chǔ)之上，綜合當(dāng)前兒童學(xué)習(xí)有關(guān)的理論和實(shí)證研究， 包括科學(xué)概念學(xué)習(xí)、認(rèn)知心理學(xué)、兒童發(fā)展心理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的研究成果，以此揭示學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑。不同于傳統(tǒng)教學(xué)， 學(xué)習(xí)進(jìn)階強(qiáng)調(diào)圍繞科學(xué)領(lǐng)域的核心概念和實(shí)踐展開，關(guān)注學(xué)習(xí)的內(nèi)在連貫性。學(xué)習(xí)進(jìn)階為科學(xué)教育中的課程開發(fā)、 教學(xué)設(shè)計(jì)及學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)提供了指導(dǎo)性的認(rèn)知參考模型，將課程、教學(xué)和評(píng)價(jià)統(tǒng)整到一個(gè)共同框架模型中， 可幫助教育者更為科學(xué)有效地開展科學(xué)教育活動(dòng)。

1 學(xué)習(xí)進(jìn)階是溝通課程、教學(xué)和評(píng)價(jià)的有效橋梁

在科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)中， 學(xué)生不僅要知道學(xué)習(xí)的總目標(biāo)，也要知道子目標(biāo)。教師將這些子目標(biāo)排成一個(gè)序列、 提供一個(gè)清晰的理解路徑有利于學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成。 學(xué)生的當(dāng)前水平與預(yù)計(jì)的學(xué)習(xí)目標(biāo)之前通常存在一定的鴻溝，若鴻溝過大，學(xué)生容易放棄學(xué)習(xí)；若太小，學(xué)生會(huì)認(rèn)為自己已經(jīng)掌握，學(xué)習(xí)內(nèi)容沒有挑戰(zhàn)性。 學(xué)習(xí)序列為學(xué)生達(dá)成總目標(biāo)及大概念的學(xué)習(xí)目標(biāo)提供路徑和有序的子目標(biāo)， 這些短期的子目標(biāo)可縮小學(xué)生當(dāng)前概念水平與最終要求之間的鴻溝［2］。 當(dāng)教師通過同一課程目標(biāo)和期望引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)， 能幫助學(xué)生在年級(jí)間和學(xué)科之間建立連貫有序的學(xué)習(xí)體驗(yàn)時(shí)， 學(xué)生的學(xué)習(xí)成果較好［3］。

學(xué)習(xí)進(jìn)階為這一過程提供了啟示，學(xué)習(xí)進(jìn)階可為課程目標(biāo)的漸進(jìn)制定、 相應(yīng)課程資源的開發(fā)、教學(xué)實(shí)踐的循序開展，以及教學(xué)評(píng)價(jià)的有序?qū)嵤┨峁┮罁?jù)和指導(dǎo)，是溝通課程、教學(xué)和評(píng)價(jià)的有效橋梁［4］，尤其在2007 年的Taking Science to School：Learning and Teaching Science in Grades K-8 中明確提出學(xué)習(xí)進(jìn)階研究與課程設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系，并指出學(xué)習(xí)進(jìn)階是教育研究者、課程設(shè)計(jì)者、教育決策者及命題人員之間進(jìn)行有效對(duì)話的重要途徑，它為科學(xué)教育研究和學(xué)校課堂實(shí)踐搭建了一座有效的橋梁，聯(lián)結(jié)并協(xié)調(diào)課程、教學(xué)與評(píng)價(jià)三者之間的關(guān)系，是促進(jìn)課程連貫性與一致性的有力工具，有助于解決科學(xué)教育課程內(nèi)容零散且缺乏連貫性的問題。

2 學(xué)習(xí)進(jìn)階研究的源起

2004 年，Smith 等［5］向 國 家 研 究 委 員 會(huì)（National Research Council）提交了一份關(guān)于K-12 年級(jí)科學(xué)測(cè)評(píng)題目設(shè)計(jì)的報(bào)告， 該報(bào)告中提到了學(xué)習(xí)進(jìn)階，由此，學(xué)習(xí)進(jìn)階開始得到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注［6］。 學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究起源于認(rèn)知科學(xué)對(duì)學(xué)生如何學(xué)習(xí)某一特定概念，以及描述這一學(xué)習(xí)路徑、從初級(jí)理解水平到達(dá)高級(jí)理解水平這一改變的研究。 但當(dāng)時(shí)的研究側(cè)重于探測(cè)學(xué)習(xí)者個(gè)體概念轉(zhuǎn)變的軌跡，較為關(guān)注個(gè)體層面的認(rèn)知變化，還未將學(xué)習(xí)進(jìn)階與課程設(shè)計(jì)相聯(lián)系，因此其在課程層面的巨大價(jià)值尚未顯現(xiàn)。 隨后在2007 年，NRC 出版的Taking Science to School：Learning and Teaching Science in Grades K-8 中明確提出學(xué)習(xí)進(jìn)階研究與課程設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系，指出學(xué)習(xí)進(jìn)階是教育研究者、課程設(shè)計(jì)者、 教育決策者及命題人員之間進(jìn)行有效對(duì)話的重要途徑， 為科學(xué)教育研究和學(xué)校課堂實(shí)踐之間搭建了一座橋梁，可聯(lián)結(jié)并協(xié)調(diào)課程、教學(xué)與評(píng)價(jià)三者之間的關(guān)系， 是促進(jìn)課程連貫性與一致性的有力工具， 有助于解決科學(xué)教育缺乏連貫性的問題。至此，學(xué)習(xí)進(jìn)階引發(fā)科學(xué)教育者的廣泛關(guān)注， 學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究成為了科學(xué)教育的熱點(diǎn)問題，研究成果層出不窮。

鑒于學(xué)習(xí)進(jìn)階在科學(xué)教育改革中蘊(yùn)藏的巨大潛力及相關(guān)研究的蓬勃發(fā)展， 國際科學(xué)教育頂級(jí)期刊JRST （Journal of Research in Science Teaching） 將2009 年第6 期雜志定為學(xué)習(xí)進(jìn)階特輯（Special Issue：Learning Progressions），同年在NRC的資助下美國科學(xué)教育者召開了學(xué)習(xí)進(jìn)階專題會(huì)議（The LeaPS conference），會(huì)議就學(xué)習(xí)進(jìn)階的內(nèi)涵、發(fā)展評(píng)價(jià)項(xiàng)目探查學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)階的路徑、模擬和解釋學(xué)生在學(xué)習(xí)進(jìn)階上的表現(xiàn)， 以及學(xué)習(xí)進(jìn)階的使用4 個(gè)方面進(jìn)行了深入探討。2012 年，NRC 發(fā)布的《K-12 科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨學(xué)科概念、核心概 念》（A Framework for K-12 Science Education：Practices，Crosscutting Concepts，and Core Ideas），以及2013 年正式頒布的 《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》，均將學(xué)習(xí)進(jìn)階作為課程設(shè)計(jì)的重要理念之一，利用學(xué)習(xí)進(jìn)階可設(shè)計(jì)聚焦于某一主題K-12 年級(jí)的連貫的、遞進(jìn)的概念理解和技能發(fā)展路徑，進(jìn)而為學(xué)生形成深入連貫的理解指明了清晰的方向。 圖1呈現(xiàn)了學(xué)習(xí)進(jìn)階相關(guān)研究發(fā)展時(shí)間軸， 并展示了其中較為重要的影響事件。

3 學(xué)習(xí)進(jìn)階的構(gòu)建和驗(yàn)證方法

圖1 學(xué)習(xí)進(jìn)階相關(guān)研究發(fā)展時(shí)間軸

學(xué)習(xí)進(jìn)階的組成包括進(jìn)階終點(diǎn)、進(jìn)階變量、中間水平、學(xué)習(xí)表現(xiàn)和評(píng)價(jià)工具5 個(gè)要素。學(xué)習(xí)進(jìn)階的構(gòu)建和驗(yàn)證，是一個(gè)反復(fù)循環(huán)的過程，首先通過對(duì)大量文獻(xiàn)資料的梳理和分析之后， 提出一個(gè)理論上的假設(shè)學(xué)習(xí)進(jìn)階， 再透過實(shí)證研究進(jìn)行反復(fù)的驗(yàn)證及修改。 學(xué)習(xí)進(jìn)階的構(gòu)建主要包括學(xué)習(xí)進(jìn)階的整體開發(fā)流程、學(xué)習(xí)進(jìn)階的原始框架開發(fā)、學(xué)習(xí)進(jìn)階測(cè)評(píng)工具的開發(fā)， 以及學(xué)習(xí)進(jìn)階原始框架的驗(yàn)證提升4 個(gè)方面。

3.1 學(xué)習(xí)進(jìn)階的整體開發(fā)流程 學(xué)習(xí)進(jìn)階的開發(fā)是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過程，具體過程如圖2 所示。學(xué)習(xí)進(jìn)階的開發(fā)主要涉及5 個(gè)步驟， 首先是根據(jù)教育期望（課程標(biāo)準(zhǔn)等）、學(xué)科內(nèi)在邏輯，以及學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律構(gòu)建假設(shè)的學(xué)習(xí)進(jìn)階理論框架，在這個(gè)假設(shè)的學(xué)習(xí)進(jìn)階理論框架中，要有進(jìn)階起點(diǎn)、進(jìn)階終點(diǎn)及各中間水平的描述， 將其學(xué)習(xí)表現(xiàn)外顯化以便后續(xù)的工具開發(fā)。在第1 步的基礎(chǔ)上，開發(fā)相應(yīng)的測(cè)評(píng)項(xiàng)目并實(shí)施測(cè)試， 使用測(cè)量模型對(duì)實(shí)證數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析后， 根據(jù)結(jié)果對(duì)理論框架或者工具進(jìn)行修改，再進(jìn)行下一輪的測(cè)試，直到實(shí)證數(shù)據(jù)與理論模型擬合度達(dá)到較高水平。

圖2 學(xué)習(xí)進(jìn)階的開發(fā)和修正

3.2 學(xué)習(xí)進(jìn)階的原始框架開發(fā) 學(xué)習(xí)進(jìn)階原始框架的開發(fā)需要基于大量的文獻(xiàn)資料、課程標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)證研究等，對(duì)這些資料進(jìn)行細(xì)致的分析后，厘清該主題學(xué)習(xí)進(jìn)階涉及的核心概念或能力水平，然后根據(jù)已有理論和實(shí)證研究確定進(jìn)階的起點(diǎn)、終點(diǎn)及中間變量后，提出假設(shè)的學(xué)習(xí)進(jìn)階原始框架。

3.3 學(xué)習(xí)進(jìn)階評(píng)價(jià)工具的開發(fā)原理 在提出假設(shè)的學(xué)習(xí)進(jìn)階原始框架之后， 需要驗(yàn)證假設(shè)的原始框架是否符合實(shí)證研究的結(jié)果， 這一步需要開發(fā)質(zhì)量較高的評(píng)價(jià)工具。 Wilson 認(rèn)為一個(gè)好的評(píng)價(jià)應(yīng)具有以下4 個(gè)特征：具有發(fā)展性；能將教學(xué)與評(píng)價(jià)相聯(lián)系； 能得到高質(zhì)量的實(shí)證證據(jù)及允許適當(dāng)反饋，便于教學(xué)人員使用管理?；谝陨? 個(gè)基本原理，Wilson 提出了BEAR 評(píng)價(jià)系統(tǒng)（BEAR assessment system）用于開發(fā)評(píng)價(jià)工具，學(xué)習(xí)進(jìn)階的評(píng)價(jià)工具也可應(yīng)用BEAR 評(píng)價(jià)系統(tǒng)［7］。

BEAR 評(píng)價(jià)系統(tǒng)包括明確心理構(gòu)造圖、開發(fā)測(cè)試題目、確定結(jié)果空間和分析測(cè)量模式4 個(gè)相互聯(lián)系的環(huán)節(jié)。這4 個(gè)環(huán)節(jié)分別對(duì)應(yīng)具有發(fā)展性；能將教學(xué)與評(píng)價(jià)相聯(lián)系； 能得到高質(zhì)量的實(shí)證證據(jù)，以及允許適當(dāng)反饋4 個(gè)評(píng)價(jià)開發(fā)基本原理。以下結(jié)合學(xué)習(xí)進(jìn)階評(píng)價(jià)工具的設(shè)計(jì)開發(fā)分別介紹BEAR 評(píng)價(jià)系統(tǒng)的4 個(gè)環(huán)節(jié)。

圖3 BEAR 評(píng) 價(jià) 系 統(tǒng)［7］

1）明確心理構(gòu)造圖（construct map）。 明確心理構(gòu)造圖強(qiáng)調(diào)要用發(fā)展的視角看待學(xué)生學(xué)業(yè)成績的評(píng)估，即隨著時(shí)間的發(fā)展，能持續(xù)評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)某一概念或技能在一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展情況，關(guān)注學(xué)生一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的變化，而不僅僅是一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的變化。 構(gòu)造圖可幫助明確學(xué)生的學(xué)習(xí)期望，為了解學(xué)生具體如何學(xué)習(xí)提供理論指導(dǎo)，從而提高評(píng)價(jià)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)效度，為評(píng)價(jià)如何整合到教學(xué)中，以及學(xué)生課堂學(xué)習(xí)成果的大規(guī)模測(cè)評(píng)提供理論指導(dǎo)。

心理構(gòu)造圖將為測(cè)量的心理構(gòu)造提供一個(gè)明確的內(nèi)涵界定， 并將這一心理構(gòu)造劃分為一系列有序的不同水平， 即構(gòu)造圖定義了學(xué)生應(yīng)該理解什么，以及學(xué)生在理解上的進(jìn)階變化。 因此這一步需要明確測(cè)試的心理構(gòu)造（例如能力、態(tài)度、成就、興趣等），即測(cè)量目標(biāo)，定義不同水平的具體內(nèi)涵，并關(guān)注這一心理構(gòu)造不同水平的外在表現(xiàn)。開發(fā)心理構(gòu)造圖主要來源3 個(gè)方面的研究：學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，不同層級(jí)的期望表現(xiàn)，以及關(guān)于學(xué)生教學(xué)實(shí)踐表現(xiàn)的實(shí)證研究。 具體來說，可參考課程文件中對(duì)學(xué)生的期望表現(xiàn)要求、認(rèn)知方面的研究、學(xué)生典型的錯(cuò)誤概念等勾勒出學(xué)生從低水平到高水平的能力（思維等）發(fā)展路徑，從而建立心理構(gòu)造圖。

2）開發(fā)測(cè)試題目（the items design）。這一步需要設(shè)計(jì)具體的題目探測(cè)學(xué)生在某一心理構(gòu)造上的理解水平。 基于上一步確定的心理構(gòu)造圖編制相關(guān)評(píng)價(jià)任務(wù)， 每一個(gè)評(píng)價(jià)任務(wù)和典型的學(xué)生作答都與構(gòu)造圖的某一水平一一對(duì)應(yīng)。 題目的設(shè)計(jì)可以是封閉式問題，也可以是開放式問題。開發(fā)測(cè)試題目可聯(lián)系教學(xué)與評(píng)價(jià)， 為教師的教學(xué)提供反饋信息。

3）確定結(jié)果空間（the outcome space）。 結(jié)果空間指學(xué)生在試題上作答反應(yīng)的集合， 具體來說，就是學(xué)生作答的量規(guī)，一套評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)即可判別試題的得分。確定結(jié)果空間即制定一套評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，還可增加一些參考樣例便于評(píng)分。 結(jié)果空間將心理構(gòu)造圖與試題相聯(lián)系，確定結(jié)果空間需要聯(lián)系測(cè)試的心理構(gòu)造圖制定具體的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

4）分析測(cè)量模式（Wright maps）。 分析測(cè)量模式是指探究學(xué)生的作答結(jié)果與構(gòu)造圖中的理解水平之間的關(guān)系， 即實(shí)證結(jié)果與理論假設(shè)模型之間的關(guān)系。 分析測(cè)量模式通常會(huì)將原始作答分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換為等距量尺以表示測(cè)量值，便于后續(xù)分析比較。這一環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的是提供高質(zhì)量的實(shí)證證據(jù)這一測(cè)評(píng)原理。 高質(zhì)量的測(cè)試對(duì)信度、效度、公平性、一致性及是否有偏見等都有一定要求。 為了確保結(jié)果之間的可比較性， 需將原始作答轉(zhuǎn)換成等距量尺，分析學(xué)生的作答模式，例如懷特圖可展現(xiàn)學(xué)生能力分布、項(xiàng)目難度分布，以及學(xué)生能力與項(xiàng)目難度之間的關(guān)系。

BEAR 評(píng)價(jià)系統(tǒng)為學(xué)習(xí)進(jìn)階工具的開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)，通過明確心理構(gòu)造圖、開發(fā)測(cè)試題目、 確定結(jié)果空間和分析測(cè)量模式4 個(gè)相互聯(lián)系的環(huán)節(jié)， 研究者可嘗試開發(fā)高質(zhì)量的工具以驗(yàn)證假設(shè)的學(xué)習(xí)進(jìn)階。

3.4 學(xué)習(xí)進(jìn)階原始框架的驗(yàn)證提升 目前在學(xué)習(xí)進(jìn)階的驗(yàn)證提升方式上，主要有以下幾種方式：

①試題評(píng)價(jià)： 通過開發(fā)試題分析評(píng)價(jià)概念的難易程度，由此確定學(xué)習(xí)進(jìn)階的等級(jí)層次。目前多數(shù)研究采用開放性問答題和選擇題作為評(píng)價(jià)試題形式，開放性問答題耗時(shí)較長，不易操作，但能探測(cè)更多信息。 選擇題操作簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，結(jié)果也易于反饋教學(xué)，但研發(fā)更為耗時(shí)，需要精心設(shè)計(jì)。 此外，學(xué)生的思維方式在不同情境中會(huì)有一定差異，缺乏一致性， 當(dāng)學(xué)生的思維能力還處于發(fā)展之中的時(shí)候，表現(xiàn)通常會(huì)受到情境的影響，可能會(huì)降低工具的效度。 因此這一方法的關(guān)鍵在于開發(fā)出信效度較高的工具。

②質(zhì)性訪談： 通過訪談學(xué)生對(duì)某一概念的理解過程，梳理厘清學(xué)生理解層次的發(fā)展過程。

③教學(xué)介入：通過比較學(xué)生教學(xué)前、后思維和理解過程的改變，確定學(xué)習(xí)進(jìn)階。 然而當(dāng)前多數(shù)研究采用的是單一組別教學(xué)比較學(xué)生教學(xué)前、后的改變，缺少對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)，這樣無法獲悉接受教學(xué)介入和未接受教學(xué)介入的學(xué)生改變是否有顯著性差異，由此確定的學(xué)習(xí)進(jìn)階信效度有待進(jìn)一步商榷。

整體來說， 學(xué)習(xí)進(jìn)階的驗(yàn)證主要通過試題評(píng)價(jià)、質(zhì)性訪談和教學(xué)介入的途徑，多數(shù)研究采用的是單一方法研究學(xué)習(xí)進(jìn)階，缺乏整合性評(píng)價(jià)。另一方面，在學(xué)生群體的選擇上，一般采用2 種方式：橫向選取不同樣本的評(píng)價(jià)和縱向追蹤相同樣本的評(píng)價(jià)。 橫向選取不同樣本的評(píng)價(jià)選取同一時(shí)間段不同年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行研究； 而縱向追蹤相同樣本的評(píng)價(jià)選取的是不同時(shí)期的同一批學(xué)生， 分析比較他們隨著年齡成長在理解水平上的改變， 這種方法相對(duì)耗時(shí)，周期較長。

4 學(xué)習(xí)進(jìn)階的應(yīng)用

當(dāng)前學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究主要關(guān)注2 個(gè)方面：聚焦于科學(xué)概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階研究和聚焦于科學(xué)實(shí)踐能力的學(xué)習(xí)進(jìn)階研究。 目前圍繞學(xué)科核心概念以及跨學(xué)科概念，已發(fā)展的學(xué)習(xí)進(jìn)階包括：食物鏈、生物多樣性、遺傳、碳循環(huán)、力與運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)、能量和天體運(yùn)動(dòng)等多個(gè)主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階。此外，在科學(xué)實(shí)踐領(lǐng)域，也相繼出現(xiàn)了科學(xué)建模、科學(xué)論證、科學(xué)推理等科學(xué)實(shí)踐能力的相關(guān)學(xué)習(xí)進(jìn)階研究。 然而，學(xué)習(xí)進(jìn)階也面臨著一些問題。學(xué)習(xí)進(jìn)階的本質(zhì)是刻畫學(xué)生思維結(jié)構(gòu)變化的階段性發(fā)展過程，如何將這一過程外顯化是目前研究的難點(diǎn)問題，工具的開發(fā)在解決這一難題中至關(guān)重要。

在生命科學(xué)領(lǐng)域， 學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究主要集中在“進(jìn)化”“食物鏈”“基因和遺傳的分子基礎(chǔ)”“生物多樣性”及“碳循環(huán)”等幾個(gè)主題。 2004 年，Catley等［8］初 步 開 發(fā) 了“進(jìn) 化”主 題 學(xué) 習(xí) 進(jìn) 階；2012 年Lehrer 等［9］根據(jù)已有研究成果描述了學(xué)習(xí)進(jìn)階的基本原理和結(jié)構(gòu)，并刻畫了K-6 年級(jí)學(xué)生在進(jìn)化論概念上的概念發(fā)展進(jìn)階。 在“食物鏈”主題上，Gotwals 和Songer［10］通 過 已 有 研 究 建 立 生 態(tài) 學(xué) 概念復(fù)雜推理能力的學(xué)習(xí)進(jìn)階。在“基因和遺傳的分子 基 礎(chǔ)”方 面，2009 年，Duncan 等［11］初 步 提 出5～10 年級(jí)學(xué)生的遺傳學(xué)主題學(xué)習(xí)進(jìn)階。 之后，Duncan 等［12］于2011 年 在 其 初 步 提 出 的 學(xué) 習(xí) 進(jìn) 階基礎(chǔ)之上通過教學(xué)介入， 檢驗(yàn)學(xué)生的遺傳學(xué)主題學(xué)習(xí)進(jìn)階， 并得出結(jié)論中學(xué)生具備推理分析3 個(gè)遺傳學(xué)模塊的能力。 此外，Elmesky［13］基于已有研究、文獻(xiàn)資料等，提出假設(shè)的K-12 年級(jí)遺傳學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)階。在“生物多樣性”主題上，Songer 等［14］提出了學(xué)生的復(fù)雜推理能力學(xué)習(xí)進(jìn)階， 并開發(fā)8 周的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)以收集信息檢驗(yàn)和修改假設(shè)的學(xué)習(xí)進(jìn)階，最終確定學(xué)生在“生物多樣性”主題復(fù)雜推理的學(xué)習(xí)進(jìn)階。 Anderson 團(tuán)隊(duì)針對(duì)“碳循環(huán)”主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階進(jìn)行了一系列的研究。 2009 年，Anderson 等［15］借由不同年級(jí)學(xué)生在開放性試題的答題表現(xiàn)與訪談的回答， 厘清學(xué)習(xí)進(jìn)階的各階段內(nèi)容。 2012 年，通過追蹤分析48 個(gè)學(xué)生訪談及3 903 份試卷，開發(fā)了學(xué)習(xí)進(jìn)階的框架［16］。 2013 年，Anderson 等［17］對(duì)原有學(xué)習(xí)進(jìn)階框架進(jìn)行了更為精細(xì)的描述， 并通過教學(xué)介入進(jìn)一步檢驗(yàn)了假設(shè)的學(xué)習(xí)進(jìn)階。

在物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域，學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究主要集中在“能量”和“力與運(yùn)動(dòng)”主題。 Lee 和Liu［18］在知識(shí)整合理論指導(dǎo)下，開發(fā)和驗(yàn)證了“能量”主題學(xué)習(xí)進(jìn)階，并得出結(jié)論：8 年級(jí)學(xué)生的知識(shí)整合水平高于6年級(jí)和7 年級(jí)，上物理學(xué)課的學(xué)生知識(shí)整合水平明顯高于生物學(xué)和地球科學(xué)。 2013 年，Neumann 等［19］開發(fā)了“能量”主題學(xué)習(xí)進(jìn)階，并利用Rasch 模型檢驗(yàn)了假設(shè)的學(xué)習(xí)進(jìn)階， 最終得出結(jié)論：6 年級(jí)學(xué)生可以理解能量的形式和能量的來源；8 年級(jí)的學(xué)生還可以理解能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化， 但是只有10 年級(jí)學(xué)生可以理解能量的儲(chǔ)存。 Steedle 等［6］對(duì)7～12 年級(jí)學(xué)生進(jìn)行了研究，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和已有研究開發(fā)初步的“力與運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階，并開發(fā)了相應(yīng)的測(cè)評(píng)試題，最終構(gòu)建“力與運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階。

在化學(xué)領(lǐng)域的研究中，學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究主要集中在“化學(xué)的物質(zhì)概念”“原子結(jié)構(gòu)與相互作用”及“物質(zhì)的微粒性與分子運(yùn)動(dòng)論”主題。 Adadan 等［20］通過多元表征教學(xué)的介入，描述和確定11 年級(jí)學(xué)生在教學(xué)介入前、后的PNM（物質(zhì)的微粒性質(zhì)）概念路徑，檢驗(yàn)學(xué)生概念理解層次的改變，并探究多元表征教學(xué)在提高學(xué)生PNM 概念理解方面的作用。 Stevens 等［21］開 發(fā) 和 驗(yàn) 證 了“原 子 結(jié) 構(gòu) 和 電 子運(yùn)動(dòng)”主題學(xué)習(xí)進(jìn)階。 此外，2005 年，Lesniak 等［22］通過Rasch 模型，確定了“物質(zhì)”主題的進(jìn)階序列，解釋學(xué)生從小學(xué)到高中“物質(zhì)”概念的進(jìn)階發(fā)展。2006 年，Lesniak 等［23］又對(duì)1～10 年級(jí)學(xué)生“物質(zhì)”概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階進(jìn)行了進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)： 在不同年級(jí)之間未發(fā)現(xiàn)顯著的概念跳躍情況， 即不同年級(jí)之間存在重疊的概念理解情況。

在地球與宇宙領(lǐng)域的研究中， 學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究主要集中在“天體運(yùn)動(dòng)”主題上。 Rivet 等［24］對(duì)164 名8～9 年級(jí)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)前、 后測(cè)， 使用Rasch 模型進(jìn)行分析驗(yàn)證學(xué)習(xí)進(jìn)階。Plummer 等［25］根據(jù)已有理論研究、有關(guān)教學(xué)介入的研究，以及學(xué)生的訪談資料，構(gòu)建學(xué)生對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)進(jìn)階。Wilson［7］以天體運(yùn)動(dòng)為例，介紹開發(fā)學(xué)習(xí)進(jìn)階測(cè)評(píng)項(xiàng)目的原理——BEAR 評(píng)量系統(tǒng)。

在科學(xué)實(shí)踐的學(xué)習(xí)進(jìn)階研究方面， 相關(guān)研究主要聚焦“科學(xué)論證”“科學(xué)推理”及“科學(xué)建模”能力的學(xué)習(xí)進(jìn)階開發(fā)。Berland 等［26］開發(fā)科學(xué)論證的學(xué)習(xí)進(jìn)階，了解學(xué)生科學(xué)論證的過程，以及哪些教學(xué)實(shí)踐可支持學(xué)生的科學(xué)論證能力的發(fā)展。Schwarz 等［27］提出初步的“科學(xué)建?！睂W(xué)習(xí)進(jìn)階，開發(fā)6 周的教學(xué)活動(dòng)，通過分析學(xué)生在教學(xué)前、后分別繪制的模式圖，以及訪談結(jié)果最終完成了“科學(xué)建 ?！睂W(xué) 習(xí) 進(jìn) 階 的 構(gòu) 建。 Gotwals 等［10］通 過 已 有 研究建立生態(tài)學(xué)概念復(fù)雜推理能力的學(xué)習(xí)進(jìn)階，在此基礎(chǔ)上開發(fā)20 題的測(cè)試工具，并進(jìn)行教學(xué)介入檢驗(yàn)了“科學(xué)推理”能力學(xué)習(xí)進(jìn)階。 Songer 等［28］還開發(fā)了“科學(xué)解釋”能力學(xué)習(xí)進(jìn)階，通過教學(xué)介入完成了假設(shè)學(xué)習(xí)進(jìn)階的實(shí)證檢驗(yàn)。

5 啟示與建議

5.1 學(xué)習(xí)進(jìn)階提倡“實(shí)證研究”的研究范式 學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究消除理論研究與實(shí)踐探索之間的隔閡，將二者相關(guān)聯(lián)共同尋找更多的“證據(jù)”，從而構(gòu)建信效度良好的學(xué)習(xí)進(jìn)階模型。首先，通過理論研究進(jìn)行解析， 尋找挖掘相關(guān)因素之間的潛在聯(lián)系和結(jié)構(gòu)，構(gòu)建初步的學(xué)習(xí)進(jìn)階模型。 其次，在理論研究的指引下完成假設(shè)進(jìn)階模型的驗(yàn)證， 國際上較為認(rèn)同的方式是采用教學(xué)介入等方式驗(yàn)證進(jìn)階模型，通過實(shí)證研究，收集相關(guān)證據(jù)和信息，豐富模型并完善理論。學(xué)習(xí)進(jìn)階所提倡的“實(shí)證研究”范式注重教育研究與實(shí)踐的“循證”屬性，可為教育研究和實(shí)踐活動(dòng)的開展提供更多實(shí)證支撐。

5.2 關(guān)注課程、教學(xué)和評(píng)價(jià)的整合及課程內(nèi)容在不同學(xué)段的銜接 學(xué)習(xí)進(jìn)階的出現(xiàn)使得K-12 年級(jí)連貫有序的科學(xué)學(xué)習(xí)成為可能， 它聚焦知識(shí)或技能在不同年級(jí)段之間的進(jìn)階學(xué)習(xí)。 這種學(xué)習(xí)過程強(qiáng)調(diào)上下連貫、循序漸進(jìn)，幫助學(xué)生形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的知識(shí)建構(gòu)過程。 這啟示人們關(guān)注科學(xué)教育的系統(tǒng)性和發(fā)展性，具體包括2 點(diǎn)：關(guān)注課程、教學(xué)和評(píng)價(jià)的整合及課程內(nèi)容在不同學(xué)段的銜接。 首先，科學(xué)教育需關(guān)注課程、教學(xué)和評(píng)價(jià)的整合，通過學(xué)習(xí)進(jìn)階促進(jìn)課程、 教學(xué)與評(píng)價(jià)的一致性。 其次，關(guān)注不同學(xué)段之間學(xué)科內(nèi)容的銜接。當(dāng)前我國已開始關(guān)注小學(xué)和中學(xué)之間的學(xué)習(xí)內(nèi)容銜接問題，但大學(xué)和中學(xué)的銜接研究較為匱乏，學(xué)習(xí)內(nèi)容的重復(fù)或難度跨度較為明顯， 影響了教學(xué)的效果和效率。深入挖掘課程內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)，通過學(xué)習(xí)進(jìn)階實(shí)現(xiàn)不同學(xué)段學(xué)習(xí)內(nèi)容的連貫設(shè)計(jì)和順暢銜接將有助于解決這一難題。

5.3 以學(xué)習(xí)進(jìn)階理念為指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)試題的階梯式難度設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)是改善教學(xué)的重要環(huán)節(jié)， 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的理念和技術(shù)實(shí)現(xiàn)試題的階梯式難度設(shè)計(jì)，確定題組內(nèi)各個(gè)試題的水平層次和區(qū)分度，更為精準(zhǔn)地區(qū)分和定位學(xué)生的學(xué)習(xí)水平， 將有助于教學(xué)改進(jìn)和學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量的提高。具體來說，可通過項(xiàng)目反應(yīng)理論（IRT）和認(rèn)知診斷理論確定試題的難度和學(xué)生作答的水平層次， 以此作為試題評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)制定的依據(jù)， 以便進(jìn)一步提高試題整體的信效度，從而開發(fā)高質(zhì)量的科學(xué)試題。 與此同時(shí)，也可通過學(xué)生的作答水平確定學(xué)生當(dāng)前的認(rèn)知狀態(tài)和能力水平， 考查學(xué)生思維的內(nèi)在連貫性和進(jìn)階發(fā)展階段， 有方向性地引導(dǎo)學(xué)生向期望水平發(fā)展。將學(xué)習(xí)進(jìn)階理念融入測(cè)評(píng)工具的開發(fā)中，更為科學(xué)合理地設(shè)置題組內(nèi)各試題之間的難度閾值，提高試題的區(qū)分度和效度， 可促進(jìn)高質(zhì)量測(cè)評(píng)工具的開發(fā)。