科學概念學習進階路徑的設計與實施

袁優紅：小學科學特級教師，正高級教師。浙江省中小學教材學科審查委員會成員，省名師工作室導師，省民革驕傲人物。獲全國小學科學優質課評比一等獎、全國中小學公開課大賽特等獎。輔導學生參加科技實踐活動獲全國一等獎。出版專著《小學科學有效性教學策略探究——上學生喜歡的科學課》《新課程背景下小學科學有效教學探索》。

《義務教育小學科學課程標準》把學習進階作為教學目標和內容描述的理論依據。學習進階也稱學習進程，是現今國際教育研究的熱點之一，指學生在學習同一主題概念時所遵循的一系列由簡單到復雜相互關聯的概念序列描述。根據學習進階理論設計科學學習活動，能使學生在學習某一核心概念的過程中，遵循從簡單到復雜、從膚淺到深入、從低水平到高水平的學習思維發展序列路徑。它能指導教師在設計與實施科學概念建構活動中，主動追蹤學生的認知發展歷程，做到有跡可循，科學探究活動具有邏輯性、系列性。下面，結合本人多年教學實踐，談談核心概念學習進階路徑設計與實踐的膚淺體會。

一、厘清科學概念學習進階的起點和終點

維果斯基在“最近發展區”理論中指出，教師應了解學生認知現有發展區和潛在發展區，關注學生的“最近發展區”，然后據此進行教學設計。學習進階理論運用目的是有效建構科學概念，教學時，了解和測查學生已有的認知水平，找準學習進階起點，準確把握需要建構的科學概念，正確定位學習進階終點，明確實現的目標。這是概念進階學習落實的第一步。

（一）學習進階起點

學習進階起點一般使用問卷、訪談、前測等方法測定，傳統的純粹經驗型確定法往往導致與學生真實起點出現偏差的現象。同時，教師要善于對進階起點獲得的原始信息加以分析，讓進階起點的具象信息整理歸類于科學概念、科學探究理解層面的解讀，并解釋因果關系，為實施“以生為本”的教學奠定基礎。例如，四下《我們是怎樣聽到聲音的》一課，我通過問卷調查和訪談的方法了解學生學習的起點：聲音會在耳朵中傳播;耳朵中有一張膜，耳朵里面有一些結構，但是卻不太清楚，學生不太愿意表達;耳朵生病了，會失去聽覺，就不能聽到聲音了。

根據事實分析，我做了學習起點整理分析：由于耳的內部結構是暗箱型，不容易被直觀觀察，學生對耳朵傳播聲音的理解是非常淺薄和模糊的，特別是對中耳、外耳部分十分陌生，理解很多是錯誤的，已有的經驗大多來自課外書。

（二）學習進階終點

對小學生來說，學習進階終點往往就是小學畢業時學生在某概念的學習上應該達到的學習水平。這個學習進階水平是基于學科本質、學生認知水平、課程標準、社會預期等因素共同厘定的。將期望的學習最終目標在教學前考慮清楚，就能有針對性地規劃設計學習活動，不拔高也不輕易降低活動要求。例如，《我們是怎樣聽到聲音的》一課，綜合課標、教材和學生認識等幾方面，明確了本課學習終點：對耳朵的結構和功能的探究——建立結構與功能的聯系;學會用觀察、模擬實驗的方法尋找證據，科學解釋耳朵各結構的功能，特別是中耳部分鼓膜的結構和作用;建立“聲音在耳朵的傳播過程是一個連貫的、各結構協同工作的過程”的概念。

曾經在研課中，對是否要具體講解聽小骨、播放聽覺神經結構功能環節出現了分歧，最終以學習終點沒有此認知要求作為裁定標準，弱化了與課標、學生認知水平、學習進階終點相悖的內容，讓教學更貼合學生的實際認知水平。在《我們是怎樣聽到聲音的》進階終點——具體概念定位的同時，上位的科學概念“結構與功能”，期望指向的核心概念也撥云見日，變得明朗起來。

從長遠解釋看，學習進階終點是學科中的大概念學習，圍繞大概念的認知發展過程，構建基于學生認知發展的學習進階。為了教師能從整體上理解本年段概念進階目標，還可以在明確現階段進階終點的情況下，再繼續往下或往上看更低、高年段學習進階的目標要求，凸顯概念進階的邏輯性和系統性。

需要指出的是，在更高層級“階”上的學生并不是比更低層級“階”上的學生“知道得更多”，而是他們對內容的理解方式存在差異。例如，不同學段學生對“能量”的理解是不一樣的。

二、規劃設計符合學習者學習進階路徑

聚焦核心概念的學習可以提升學習效率，有了學習進階理論指導，就有助于概念學習路徑科學化，有計劃、有層次地促進學生學習進階。

從下圖學習進階的模型看，學習起點和終點之間有很多的中間階，一個個連續的中間階將學習起點和終點連接起來，形成完整的學習路徑。規劃設計學習進階路徑的關鍵依據是學生的中間水平，教師要分析把握進階的中間水平節點，讓每一環節的設計都有進階水平作為強有力的支持。進階路徑一般從學段和課時兩個層級思考規劃：一是從學段層面分析和規劃某科學概念上升到核心概念的推進路線;二是從課時層面厘清課堂建構具體概念結構化進程。

（一）以學段為進階周期的學習進階路徑設計

教材把學習進階理念融入課標，以學段作為主題的進階周期，一般會遵循由感性直觀到抽象概括、從現象到本質的進階路徑。如“植物”概念進階貫穿整個小學階段，但各個年級有不同的進階目標：1～2年級只是引導學生觀察，說出周圍常見植物的名稱及其具體特征;3～4年級要引導學生重點關注植物各個器官特征與作用，列舉當地的植物資源，尤其是與人類生活密切相關的植物;5～6年級要在了解植物各部分特征的基礎上，對常見植物特征進行概括，進行簡單的二歧分類，意識到植物多樣性，與周圍環境的密切關系。顯而易見，同一主題學習進階的邏輯性和序列性是客觀存在的，教師教學設計先要從大學段視角分析把握各年級進階目標要求，掌握大進階路徑圖，明確本年級所處的進階位置與目標，幫助學生從充實感性認知出發，循序漸進，實現現象到本質，建構“具體概念—主要概念—核心概念—大概念”的學習進階路徑。

（二）以課時為進階周期的學習進階路徑設計

以課時為進階周期的學習進階路徑，是教師從相對微觀層面給出相對具體的學習路線，把學生學習某一教學內容的過程，劃分成一些階段或步驟，使學生更清晰地認識到建構具體概念的規律和思維層次，主要有兩類。

階梯遞進型。一節課聚焦一個主題，由淺入深，通過學生體驗探究，層層深入，獲取信息與證據，從而建構對概念的認知，活動之間是遞進關系。例如，制作雨量器活動中，先讓學生觀察了解雨量器和雨量器測量降雨的場景，對雨量器有一個感性的認知;接著讓學生觀察不同形狀的容器，并挑選能夠制作雨量器的容器;再設計制作雨量器，用制作好的雨量器測量雨量。再如，《光的傳播會遇到阻礙嗎》一課，先以皮影的游戲，由現象聚焦問題：光的傳播會遇到阻礙嗎？接著學生探究光穿過紙、玻璃、書這些有結構材料會怎樣，再用激光筆照射充滿煙霧的透明水槽，借助一些媒介物體，用眼睛清晰地看到光線是怎樣在透明物體中傳播的，建構光在傳播中遇到透明物體或半透明物體時，能穿過物體或部分穿過物體繼續傳播的概念。設計的進階活動環節與學生認知學習的中間階對應起來，由淺入深，由表及里，讓學習環節設計有了認知依據。

主題集合型。一節課圍繞主題，從不同角度尋找證據與解釋，建構對主題建構的進階路徑，活動之間一般是并列關系。例如，在觀察水的活動中，學生用觀察、實驗、比較、閱讀資料等方法完善對水的認知。如一些整理總結課，用主題聚焦型的學習路徑幫助學生厘清思路，明確概念。如，左圖對顯微鏡認知整理的進階路徑。

以學段或課時作為周期的進階路徑，都要遵循由現象到本質、由感性到抽象、由原理到創意設計制作的思維過程，體現科學實踐的邏輯思維，圍繞科學概念由不完整到逐步完整的過程。需要指出的是，學習進階的路徑不是唯一的，在學習過程中，多種進階路徑的出現都是可能的，不同的學習進階會產生不同的學習效應，這與科學家研究的思路多樣性是一樣的。

三、為學習進階搭建學習支架，促進學生拾級而上

在進階過程中，學生在認知情感、技能方法、科學思維、對科學本質理解等方面會遇到障礙和困難，適時適當為學生搭建進階支架提供學習支持，促進學生從相對低階水平向高階水平發展，是進階的關鍵。

（一）創設情境

做好驅動型問題或任務的設計，引發學生認知沖突，指向有關聯認知的進階。例如，《我們是怎樣聽到聲音的》一課，設置三個驅動型問題：聲音在耳朵中傳播路線是怎樣的？耳朵各部分的結構有什么功能？我們是怎樣聽到聲音的？（在課前、課中、課后三次貫穿出現）三個問題從了解學生學習進階起點開始，引導學生從耳朵的外部結構轉向對耳朵功能的認知，三次怎樣聽到聲音的解答意味著學生認知的不斷進階，不斷完善。驅動型問題其實就是進階思維路線圖，體現了引發學生認知沖突、解決沖突、實現認知平衡的過程，讓一節課的脈絡變得清晰可見。

（二）學習單的支持運用

學習單的運用能有效破解學習進階障礙，并擴大學生自主探究的空間。在學習小電動機轉動秘密的進階活動中，一位教師按照學生認知進階設計了有結構的學習單，促進學生逐級進階。

小電動機轉動秘密學習單

小電動機的轉動與構造

活動一：讓小電動機轉起來。利用一節電池、兩根導線和一個小電動機，讓小電動機轉起來。

用手觸摸一下轉子，觀察一下你們的小電動機轉動的方向是（? ? ? ? ）。

A.順時針? ? ? ? ?B.逆時針

試試看，能不能改變一下你們小電動機的轉動方向？你們的方法是：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

小組討論一下，這個實驗說明：小電動機的轉動方向與? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 有關。

活動二：觀察小電動機的構造。

拆開小電動機，結合下面的圖示（略），認識小電動機各部分的名稱，數一數各有幾個部件。

外殼上有? ? ? ? ? ? ? 塊磁鐵。

轉子上有? ? ? ? 個鐵芯，? ? ? ?個線圈，? ? ? ? ?片換向器，也就是有? ? ? ? ?個電磁鐵。

后蓋上有? ? ? ? ? ? ? ? ? ?片電刷。

小組討論一下，口頭說出你們的猜測：小電動機通電后為什么會轉起來？

學生以學習單作為學習進階支架，從整體小電動機轉動的現象觀察入手，到小電動機內部結構的觀察，再推測小電動機轉動的秘密，建立起階與階之間的關聯，向科學概念建構目標推進。以學習單作為進階支架，還能有效避免課堂教師過多講授的現象，還給學生自主充分的探究時間和空間。學生可以對照學習單支架，根據自己認知節奏和興趣開展自主探究。

（三）以推理論證思維貫穿學習進階過程

有些課，我們不妨讓學生用各種方法收集證據，從證據建構概念的角度來實現學習進階，這樣，科學學習的本質會更加凸顯。例如，上《比較不同的土壤》一課，把單純比較土壤的滲水性、黏性等特點的活動，變成創設情境，讓學生論證“兩棵鳳仙花生長不一樣，是否與土壤滲水性、黏性、顆粒等特點有關”的假設。學生圍繞主題，自己想辦法尋找兩種土壤的滲水性、顆粒大小、黏性等方面的不同，作為證據去解釋鳳仙花適合怎樣的土壤生長。這樣的進階教學，激發了學生學習主動性和挑戰性，探究的主題更加明確，讓活動更有科學實踐的韻味，同時也習得了科學論證思維方法。

四、以學習進階理念實施教學的評價反思，逆向反思概念建構過程

基于學習進階的小學科學教學評價，以清晰明確的進階終點作為參照，在課前就確定出評估的證據，明確應該建構的科學概念水平。教學結束，主動進行逆向反思評估，能促進師生像評估員一樣思考：1.師生的教學和學習是否已經達到預期？2.教學的得失在哪里？每節課逆向反思評價設計表如下：

教師以反思評價表為依據，以進階目標為參照，反思學習進階過程，從而有效調整學習進階進程設計，建立以大概念引領的學習認知模型，促進教師教學設計水平不斷提高。

科學概念學習以學習進階理論為依據，能促進學習建構符合學生認知發展規律，其實是從學習進階理論高度解決“我在哪里？我要到哪里去？我怎么去？我怎么評價是否到了那里？”教學設計中的老大難問題，是推進真實學習、改進課堂、核心素養培養目標落地的有效舉措。以大量的案例積累，跟蹤觀察學生對科學概念掌握程度來分析學習進階過程，建立進階認知模型，是今后繼續深入開展小學科學核心概念學習進階路徑的設計與實施的重點內容。