基于學習進階理論的核心概念教學
——以“通過神經系統的調節”為例

楊淑萍 金冬桂 郝淵博

(新疆石河子大學師范學院 石河子 832000)

學習進階是對學生學習某一核心概念時所遵循的連續的、典型的學習路徑的描述，一般呈現為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復雜、相互關聯的概念序列[1]。其不僅有助于學生對科學教育中核心概念的認識和理解，而且有利于教師從學科核心概念入手，進行跨學段的描述和測評，并對每一個主題進行學習進階分析，從而實現微觀教學實踐的應用。早在2007年，美國國家研究理事會在《讓科學走進學校： K-8年級科學學習的學與教》中曾明確指出，學習進階研究在課程開發、課程標準的深度、科學知識的關聯性以及教學理解的深刻性上具有潛在的價值[2]。可見，學習進階理論為學科教學的持續深入提供了理論基礎。鑒于此，本文以“通過神經系統的調節”為例，以“神經調節”核心概念作為學習進階的對象，圍繞“神經調節”核心概念構建學生認知發展的學習進階，以此來指導教學設計。

1 “神經調節”學習進階的建構

1.1 確定進階維度 神經系統能夠及時感知機體內、外環境的變化，并作出反應，調控各器官、系統的活動，實現機體穩態。本研究從這個重要概念入手通過對課程標準和教材內容的解讀，歸納出神經調節學習進階下的5個核心概念，分別是神經調節的基本方式、興奮在神經纖維上的傳導、興奮在神經元之間的傳遞、神經系統的分級調節和人腦的高級功能。通過分析神經調節大概念的認知發展過程，呈現本節的概念圖(圖1)。

圖1 神經調節概念圖

圖1較清晰地展示了神經調節這一大概念所統攝的一般概念和學科事實。通過對概念圖的分析發現，神經調節的組成多為學科事實，學生較容易理解；神經調節的基本方式和反射的結構基礎這部分內容學生在初中已經學習過；但興奮在神經纖維上的傳導、興奮在神經元之間的傳遞、神經系統的分級調節和人腦的高級功能這些內容都是學生首次接觸，對這部分內容所包含的專業術語比較陌生，難以理解，很容易引起學生的誤用和誤解。因此，將“神經調節”這一核心概念的進階維度確定為3個： 神經調節的基本方式、興奮的傳導、高級神經中樞的調節。通過追蹤學生在這些進階維度上的理解水平可以了解其對核心概念“神經調節”的學習進程[3]。

1.2 劃分進階水平 如何圍繞“神經調節”核心概念認知發展構建學生認知發展的學習進階，是神經調節學習進階構建過程中一個難點。概念教學正是圍繞核心概念的認知發展，通過糾正、補充和完善學生的前概念，從而使學生構建正確的認知體系和核心概念。生物學概念的認知過程中，概念教學的過程從簡單到抽象依次為： 圖式—同化—順應—平衡四個階段[4]。根據學生的認知水平以及對核心概念的認知發展過程將學習進階劃分為4個階段，分別來對應概念教學過程的發展層級(表1)。

表1 概念教學過程層次表

確定了學習進階劃分的標準之后，又根據各要素在不同學習階段的發展水平的劃分方法[5]，對核心概念每個進階維度包含的一般概念和學科事實進行進階水平的劃分。圖1中所涉及的一般概念和學科事實均是以專業術語的形式表示，而在教學中，教師給學生傳授的不僅僅是基本的名詞術語，還包括這些科學概念的內涵與外延等。參照《普通高中生物學課程標準(2017年版)》，將“神經調節”統攝的一般概念和學科事實用陳述句的形式進行表述，構建出學生“神經調節”核心概念學習進階，進而對神經調節這節內容進行教學設計(圖2)。

2 基于學習進階的“神經調節”核心概念教學設計

2.1 學情分析 通過分析圖2神經調節核心概念學習進階圖可以看出，現在學生的認知水平處于一種較低的理解水平，學生往往會根據已有的學習經驗對神經調節核心概念有一些認識，認為人體內的許多活動會與神經調節有關，但體內的這些活動是怎樣通過神經調節的，對于神經調節這一機制的運行過程并不了解，因此對這一運行過程更深入的探究為學生學習“神經調節”提供了一個進階起點。且2017年版高中生物學課程標準基于學生的認知發展和學科核心素養修訂了高中生物課程結構和內容，將社會要求學生對神經調節核心概念的科學理解水平作為一個終極目的，為教師設計“神經調節”這節內容提供了一個思路，也為學生學習完“神經調節”提供了一個進階終點。但在學生學習“神經調節”時可能會存在中間狀態，學生從簡單到復雜逐步學習神經調節的基本方式、興奮的傳導、高級神經中樞的傳導。在已有的研究中一些教師已經發現： 學生在學習的過程中，由于對于一些概念的混淆和沒有更深入的理解，會存在一些迷思概念。例如，神經沖動的傳導和傳遞，學生由于沒有理解興奮的傳導過程，同時也沒有進一步去理解興奮在神經纖維上的傳導和興奮在神經元之間傳遞的區別，以至于學生對于這兩個概念會混淆。這些常見的迷思概念也是學習進階的關鍵核心概念，教師需要通過設計相應的教學策略來解決學生對于這些概念的混淆，幫助學生理解這些核心概念，跨越關鍵點，從而使學生進入下一階段的學習，最后可以達到社會要求學生對神經調節核心概念的科學理解水平。

圖2 神經調節核心概念學習進階圖

通過對學生學情進行分析發現： 將學習進階的終點進行分解，變成一個一個的進階維度，再根據學生的認知發展水平來對每一個進階維度做出一個清晰地規劃，并引導學生完成每一個進階維度的目標，這樣可以更有利于教師的教學，也有利于教師對學生的更深入了解。

2.2 教學設計 學習進階并不只是解決學習者認知發展路徑的問題，它解決的是學習者認知發展過程中用以“踏腳”的具體“腳踏點”[6]。在我們的學習中只有學習路徑是不夠的，它并不能滿足學習者認知發展的支撐，所以只有找到那個“腳踏點”才能幫助完善認知結構。而在神經調節這節內容的教學設計中，那些常見的迷思概念就是那個“腳踏點”，只有在教學設計中找到那個“腳踏點”才能使學生構建有意義的認知結構。因此，教師在教學中，需要選擇合理的教學策略，制定完整的教學規劃，設計具體的教學步驟，幫助學生從一個較低的臺階過渡到另一個較高的臺階，幫助學生形成對核心概念的理解，厘清學生對那些迷思概念的理解。圍繞學習進階進行神經調節核心概念教學，能使教學過程有更清晰的思路，呈現出一個由簡單到復雜的過程。教學設計如下：

圖式階段： 通過問題導入讓學生回顧之前學過的神經調節相關內容，激發學生的前概念，作為學生學習進階起點。教師進一步提問一些新概念，引發學生的興趣，導入新課內容。

同化階段： 該階段涉及到的新概念較多，教師通過多媒體演示興奮在神經纖維上的傳導和興奮在神經元之間的傳遞，使學生更直觀地理解實驗操作過程，將學生認知結構中的原有概念和此實驗操作聯系起來，通過上位學習、下位學習和并列學習轉變成新概念，使學生完成新概念的同化。同時教師以一連串問題引導學生采用小組合作去探討發生這些變化的原因，激發學生的科學探究思維，學生之間相互分享自己的觀點，最終讓每個小組整合形成一個比較完整的觀點，各小組依次和全班同學進行交流，最后老師進行修改、補充和解釋。

順應階段： 該階段學生的原有概念會受到刺激，學生應該學會適當改變來適應刺激的過程。這一階段主要是通過小組合作探討方式來厘清興奮在神經纖維上的傳導和興奮在神經元之間的傳遞過程，該部分知識比較抽象，教師通過多媒體課件的輔助以及對比這兩個過程異同點的教學策略，來引導學生學習興奮在神經纖維上的傳導和興奮在神經元之間的傳遞。同時以問題引導：“在沒有受到刺激時，神經纖維上的電位表是怎么變化的？當受到刺激時，神經纖維上的電位表又是如何變化的？為什么會發生這種變化？興奮在神經纖維上的傳遞有何特點？在靜止的時候神經纖維的電位是怎么變化的？在受到刺激時神經纖維的電位又是怎么變化的？興奮在神經元之間又是如何從一個神經元傳遞到下一個神經元的？興奮在神經纖維和神經元上傳導有什么異同？”通過思考這些問題來啟發學生的科學思維，使學生將原有概念與新概念關聯在一起，更深刻去理解興奮在神經纖維上的傳導和興奮在神經元之間的傳遞過程。

平衡階段： 此階段要求學生初步形成同化之后，教師應給予一定的變式訓練來加強同化或建立更完善的同化以形成概念的平衡。教師通過一些變式練習，引導學生在解決問題的過程中，對那些易混淆知識點進行鞏固應用，厘清學生對于迷思概念的理解，最后學生能夠獨立地完成神經調節的思維導圖的制作。

根據學習進階指導的核心概念教學為教師的教學決策提供了一個清晰的思路。教師在教學過程中要基于學生的認知發展，針對每一階段的學習情況選擇合適的教學策略，最后能夠達到對核心概念的科學理解，走向進階終點。