基于學習進階視域下的物理課程編制研究
——以“原子和分子”核心概念學習為例

陳 乾

(南京市第九中學,江蘇 南京 210018)

學習進階(Learning Progressions,縮寫為LPs)在近些年成為了國際科學教育領域研究的熱點問題.有研究者認為學習進階是確保課程目標、內容和評價協同一致的有效工具.筆者以“原子和分子”的概念學習為例進行研究并分析,結合國內目前編制物理課程在目標設計、內容組織及評價實施中所出現的問題,把學習進階作為一種分析視角,以期對我國一線中學教師二次開發課程有一定的借鑒價值.

1 課程目標中反映橫縱向的進階變化

課程標準作為國家課程的指導性文件,是課程目標設計的重要依據.從美國2011年制定的《K-12科學教育框架:實踐、跨學科概念、學科核心思想》[1]到2013年出臺的《新一代科學教育課程標準》[2](《Next Generation Science Standards》,以下簡稱“NGSS”),都是將相互整合的三維科學目標,根據學生在K-12學段中的學習情況,通過橫向水平劃分和縱向時間推進的表現期望變化來闡述學生學業成就.

由于在國內現實課程開設中會受到實驗對象、操作工具、系統開發,包括材料、時間或成本等若干條件的限制,以及與國際上所倡導“少而精”的課程設計理念尚有較大差距,課程目標尤應緊抓核心概念的整合與發展,促進學生對知識深刻連貫的理解.具體來看,“原子和分子”概念的學習涉及到《義務教育物理課程標準》[3]和《普通高中物理課程標準》,[4]如表1,始終應該緊密圍繞兩個次級主題“分子動理論”和“原子結構”下的核心概念,如,引導學生從知道“物質是由大量分子構成的”到建立“分子間存在間隙”、“分子在做永不停息地無規則運動”、“分子間始終存在相互作用的引力和斥力”等概念命題網絡.隨著學習的物質結構形式不斷復雜(電子、原子核—質子、中子—夸克),從而構筑對“原子核式結構模型”的整體認知圖式.因此,從初中到高中各學段的課程標準都應能體現課程標準的層次性和發展性.如,人教版高中物理選修教材中,順著核心概念將“布朗運動”、“原子的能級結構”、“原子的半衰期”、“核力與結合能”等知識組織納入到“原子和分子”這一主題學習中,從而引導學生對這一部分知識有一定的整體認知.在每章小結時,可以通過概念圖、思維導圖等形式協助學生整合碎片化知識,在學生頭腦中架構出該學習主題中核心概念的認知圖景,形成完整的知識系統.此外,盡管小學階段尚未接觸這部分知識,但是,在NGSS中的“科學和工程實踐”部分,要求學生能夠根據若干變量之間的因果關系及先驗知識預測建立合理的模型.對某個簡單的實驗問題進行觀察、測量,運用科學的思想方法構建粒子模型,并以此作為解釋現象或設計實驗方案的證據基礎,學生可為支持自身觀點進行辯護,將為中學階段學習這一主題奠定堅實的基礎.

表1 中學物理課程標準關于“原子和分子”的描述

學習進階是基于實證研究協助制定課程標準及編寫課程,使得表現期望可以更加貼合學生的認知發展規律.在現實情況下,學生對于“原子和分子”主題核心概念的認知發展變化從橫向和縱向來觀測:橫向變化表示學生在概念認知過程中存在不同水平,各個水平的表現期望是針對每個水平下學生表現的具體描述,課程目標可以參照各層級的表現期望劃分學生學業質量要求等級;而縱向變化則是以時間的推移作為線索,反映學生在每個學段的概念認知期望.因為每個階段或多或少還會暴露出學生在學習過程中可能存有的障礙,教師在開展教學活動時,可以針對這些易錯點適當搭建支架來幫助學生實現概念轉變.學生在將事實經驗和“分子無規則運動”這一概念建立簡單聯系時,往往會認為“課桌不動,組成它的固體分子也不動,液體和氣體分子才會動”.那么在教學中指導學生對事實經驗和科學命題之間建立映射關系時,就應當增加一些貼近學生真實生活情境的案例,[5]如“長期堆煤的墻角會變黑”.通過這種易于讓學生理解的例子有利于學生對概念進一步地確立.

學習科學不僅僅是為了知道一系列科學事實,更為關鍵的是構建知識體系,能夠運用知識儲備對現象事實進行解釋.將學習進階的思想滲入課程標準中,凝煉出的核心知識既可以統合學科中繁復的知識內容,又易于學生組織和建構相應的知識體系,從而發展其解決問題的能力.此外,學習是一個持續發展不間斷的過程,學生要依據課標的內容要求,對核心內容有真正深入的理解,必須要有相當長的時間.在制訂課程目標時,也應當懷有長遠的目光,得以讓每個學段的課程銜接連貫,循序漸進.

2 課程內容里體現多角度的進階特征

筆者結合學習進階的視角在分析本文案例時,發現在課程內容里應當充分考慮學生的思維特征、合理設置知識的分布邏輯以及宏觀把握進階的核心要素.

2.1 以學生的思維特征為出發點

教師在設計有針對性的課程時,應該看到學生整個的學習過程中的成長變化,這對其教學實踐活動有切實的指導作用.一方面,提及“原子和分子”這一概念的時候,學生腦海中往往會浮現出幼時的積木玩具,恰恰可以利用這一課程情境,給學生營造一個充滿童趣的學習環境,也考慮到其已有知識經驗的限制,編制者通過提供學生熟悉的物理模型及生活場景,作為一個切入口來幫助學生進行科學探究.

另一方面,由于不同的學生之間存在發展區之間的差異,教學內容和難度過高或者過低,都會影響教學成效.難度過低,易于致使學生學習熱情低下、教學枯燥無意義,難以促進發展;反之內容和難度太高,學生又難以內化所學知識,降低其學習效能感,教學同樣難以促進學生發展.因此教學應當要將著力點放在最近發展區,即順沿著學生的思維水平,調動其學習潛能,如,大多數學生在還沒有學習原子和分子相關知識之前,已經聽說過“原子”和“分子”這兩個詞語.知道它們極小,看不見.少數學生甚至還知道水是由分子構成.但是,他們對分子動理論的相關知識和原子結構的相關知識沒有清晰的概念,也無法從該角度出發去解釋生活現象.那么,就應該基于學生現有的發展水平,把學科基本結構置于課程中心,由淺入深地進階發展.

2.2 以順序的調制為著力點

(1) 注重學科核心概念在課程內容中的編排順序.在中小學階段中如何為學生提供充分的學習體驗,助其構建對核心概念的深入理解,進而習得良好的科學素養,必須保證課程內容均指向科學素養、各學段所學內容具有良好的關聯和銜接.因此,編制連貫一致的中小學科學、物理課程時,首先就得對“學習哪些有關原子和分子的核心概念”、“學生對原子和分子的理解是如何發展的”、“哪些生活經驗有助于建立對原子和分子深入理解的聯系”等問題進行探索.

(2) 學科知識結構要符合學生的認知發展順序.選擇合適的方式,以保證適齡學生可以完全接受該學習主題的基本概念知識.只有符合學生認知發展、充分調動其生活經驗的課程才能構建其對核心概念的深入理解,以形成良好的科學素養,在學生發展過程中,當前發展水平和潛在發展水平并不是固定不變的,而是處在不斷變化之中,逐級提升.

(3) 關注知識概念形成發展的先后順序.“學習進階”既可以幫助教師在教學情境中探查學生在各個階段對核心知識的前概念,也能起到督促學生為下一個階段的學習做好準備的作用,而且還為教材編寫、課程制定和開發提供重要理論支撐.此外,學習者概念轉變的過程與科學發展史類似,它們都是有組織的系統而非孤島,其轉變與所處環境密切相關.這些概念或正確或錯誤,或完整或破缺,學習者之所以堅持當前所持觀念,是因為尚未出現更加科學、理性的觀念可以覆蓋原有觀念.因此,知識概念形成的先后順序至關重要,它會使得學習者對現有概念不滿;影響他們是否可以充分理解新概念,并把握其存在的合理性與有效性.這種順序不是在原有基礎上簡單拓寬,而是重新排序并整理體系,教學要對學生的原有認知模式糾偏,將學生的理解能力與實踐關聯.[6]

2.3 以要素的考慮為基準點

目前美國教育界學者對于學習進階的內涵組成主要是四要素之說,分別涵蓋進階終點(學習目標)、進階變量(進階維度)、成就水平(中間水平)、學業表現.除此之外,還有五要素說,在此基礎上加上測評這部分.

在課程編制時需要一個清晰明了的方式描述學生學習“原子和分子”這一主題時思維的變化,筆者借鑒密歇根州立大學的研究團隊關于“碳的產生”學習進階的研究框架,設計“原子和分子”的學習進階框架,圍繞2個進階維度,“水平1”、“水平2”、“水平3”、“水平4”代表的是成就水平,表示的是學生在不同階段應該表現出來的素質和對“物質—能量”這一知識點所應掌握的理解水平,每一個水平階段相應的具體描述就是“各水平的學業表現”,如表2.[7]

表2 “原子和分子”學習進階框架

在表2中,水平4是進階終點,即學習目標,是學生在這一階段學習結束時所期望達到的水平.這個學習進階框架中包括了“分子動理論”、“原子結構”兩個維度,即進階維度.教師可以自主拓展更加精細的維度追蹤學生對“原子和分子”的概念理解程度.通過1、2、3水平的學習,學生能夠達到水平4的理解.這些不同的水平就是學習過程中的中間水平,描述了相應的學生表現,教師根據學生不同水平的成就表現追蹤學生在預期進階路徑上的發展情況.

從上述的學習進階框架中不難發現,課程編制不僅需要符合學生的認知發展規律,而且學習進階的各要素應當綜合考慮,前一階段的理解水平是后一階段理解水平發展的基礎.這其中是前后連貫并逐漸復雜的,應該注重核心要素之間的融合,以一定量的核心內容為基礎,讓學生在充足的時間范圍內有機會去理解知識內容并實踐,幫助學生建立更加深入、持續、系統的知識結構框架.

3 課程評價上采用螺旋式的進階策略

學習進階的思想在課程評價中得以滲透最好的體現在于螺旋式上升的特點.同時,學習進階易于將學生概念發展過程中的一些錯誤觀念暴露出來,為相應評價工具的開發和設計提供重要的參考意見,誠如上面所說,學習進階是標準、課程及評價3方面的重要溝通工具.

學習進階與“原子和分子”學習案例及評價之間的關系主要表現為:在一段時間內,教師通過教學實踐活動,將不同知識進行有機串聯,利用合適的教學評估策略,促使學生的成就水平從低到高,逐級達到期望的要求標準.因此,在學習進階中課程與評價是內在一致的,目的就是提升學生的學習水平.

2004年,斯泰森大學教育學部提出了 “評價階梯(The Assessment Ladder)”理論.[8]階梯式評價是對傳統評價技巧的一種挑戰,對于不同階段學生的表現,教師也會有不同的評價方式.在了解前一個階段的評價方式的基礎上,教師逐步使用下一個階段的評價方式.不難發現,這正是將“學習進階”思想滲入課程和教學評價的有效途徑.教師在實行階梯評價時,應有3個階段,不同階段有不同的評價方式.隨著學生水平的提高,評價方式隨之改變,并給教師提出了具體的評價模式的建議,如表3.下文以“原子和分子”概念的評價為例,對學生的概念理解、書面表述、思維模式以及口頭表達等方面進行探查.

表3 “評價階梯”不同階段的評價方式

第1階段,使用頻率最高的評價方式是測試、作品集和項目列表.這些類型的評估通常在幼兒園或小學低年級使用,如學生制作粒子模型對物質結構的搭建產生感性認識.隨著學生升入中等年級,使用的比例會逐漸下降.[9]即當學生的能力逐步提高時,采用的評價手段往往是封閉紙筆測試.但如果繼續沿用該工具,即使是寫作能力較弱的學生也能測試他的學習水平.如,教師可以根據綜合實踐活動的項目列表來確定學生是否完成某些學業要求或者表現出某些特定行為.

第2階段,教師不僅可以多次使用第一階段的策略,也可以通過及時跟進形成性評價為上個階段的總結性評價作及時的補充.特別是與教學目標相聯系的條目,如學習日記,有助于教師可以直觀地觀察到學生在學習“原子和分子”的知識時易產生的迷思概念,如“一張紙可以無限的折疊”、“構成分子的原子相同”、“原子是原子核和電子的簡單堆積”等.在課程結束時,學生能根據課程所學內容,以“我學會了……”為開頭列出5件事情,而對于不善于文字描述的學生可以使用圖或表的形式展示.這些可以幫助教師認識學生在課堂上習得的概念、技能,并找出其中差距.“我學會了……”這種表達方式同樣可以作為總結性評價的工具,作為測驗等第列入成績簿中.

第3階段,學生已經學習了一段時間,如何評價他們對于概念命題的理解水平或動作技能的理解及掌握程度是很大的難題.該階段,教師應當鼓勵學生選擇合適的工具來展示他們能夠理解的概念或客體以及一些相關知識.教師為每個學生分配一個主題或學習目標,如“靜電現象”、“原子結構的探索”等并提供指導,學生組織自身知識經驗,自主準備課程進行教授.從“我學會了……”過渡到“我能教……”,引導學生站在教育者的視角去看待問題,不僅可以幫助教師對學生的掌握程度有一定的直觀了解,而且學生自身對于課程內容的積極性也會愈發提高,更愿意主動參與到自己的學習評價活動中.同時,教師也需要隨時進行自我檢查,可以利用一本自我監測的指南來監控教學評價的成效,以不斷豐富他們評估學生學習的手段.

除此之外,匯報展示、現場記錄和學習清單也都是評價學生的常用方法.教師可以讓學生通過匯報展示的方式對自己的項目實驗或作品進行評價,分析總結探究過程中的優缺點.教師或其他學生可以通過這些信息及時調整教學或學習的重點.現場記錄的評價方法是運用元認知學習策略,要求學生保留有關完成任務的詳細注釋,如日期、作業、等級、摘要、說明等.這兩種策略都可以在教學過程中幫助學生評估學習情況.學生也可以在活動清單中進行自我評價,教師可以將清單上的質性描述轉化為等級表達在成績單中以不同權重呈現出來.

學習進階是基于實證研究的結果,加以概括、推理和總結去表現學生學習的路線.[10]它的開發過程就是假設與驗證、理論與實踐交替反復并逐漸完善,不僅是提高目標達成度的有效途徑,還可以作為教師組織內容時確定教學順序的可靠來源,同時保證評價的效果能夠朝著既定目標順利前進,學習進階的設計、應用以及完善在教學理論研究與教學實踐活動之間搭起一座橋梁,極大地促進目標、內容與評價三者的協調一致性,為科學教育研究者和一線教師提供一種更加長遠、更具有結構化的視角進行課程編制的系統化研究.