物理概念學習進階測量工具現狀的研究

李佳欣

（延邊大學師范學院，吉林 延吉 133002）

一、確立依據

（一）專家及文獻研究

1．知網檢索

在CNKI數據庫中檢索，發現截止于2020年10月23日共有192篇學術文章對“物理學習進階”進行了相關研究，其中學術期刊類文章共有42篇，碩博士學位論文共有52篇，其中碩士論文50篇，博士論文2篇。

2．專家及文獻

在學習進階的研究上，郭玉英曾發表過12篇期刊，其中作為第一作者有3篇，分別是《基于核心素養學習進階的科學教學設計》《圍繞大概念學習進階促進學生發展》《整合與發展——科學課程中概念體系的建構及其學習進階》。作為第二作者的有8篇，分別是《學習進階：素養的凝練與范式的演變》《概念學習進階與科學論證整合的教學設計研究》《與學習進階相適宜的科學探究課程方案述評》《基于學習進階的課堂教學設計與實踐——以“功”為例》《基于物理建模的學習進階及其指導策略》《基于建模的學習進階指導教學設計——以“帶電粒子在電場中的運動”為例》《構建學習進階：本質問題與教學實踐策略》《為學生認知發展建模：學習進階十年研究回顧與展望》。作為第三作者的有1篇，是《基于核心素養學習進階的“楞次定律”教學改進實證研究》。

（二）政策性文件

1．2020年物理課程標準

2020年修訂版物理課程標準在必修課程3的教學揭示中提出將陳述性動詞“讓”改為“引導”，體現了以人為本，是以學生為主體的體現。物理課程標準中多次利用表現性動詞以設定學生掌握知識的深度，由此可見表現性動詞在中國課程標準中和美國教育標準中提出的學習進階當中的階類似，都表示學生對知識掌握的深度。課程標準給出了每一個學生需要學習的知識點，并用表現性動詞指出了學習的深度，例如：了解、知道、應用等等，不同的表現性動詞則表現的是中國學生對于科學概念學習進階的不同階層。

2．美國《k-12年級科學教育框架》

美國在2011年推出了《k-12年級科學教育框架》，該《框架》將學生學習的內容分為三個維度，分別是科學與工程實踐、交叉概念以及學科觀念。學科內容在此三個維度上進階。《框架》沒有給出每個知識點應該掌握的深度，但以幼兒園到12年級為一個整體性階段，在此階段內對同一主題進行學習進階。

3．美國新一代《科學教育標準》

美國新一代的《科學教育標準》是在《框架》的基礎上所誕生的，將三個維度的內容轉變為了五個大主題，分別為共通概念、實踐、學科核心概念、STSE教育以及科學本質教育。《新標準》給出了學生在幼兒園到12年級階段的應該學習的主題，但每個年級階段學習的深度和廣度都有所不同。在K-小學階段《新標準》要求學生通過規定的主題能夠培養科學興趣、養成科學的思維習慣。在初高中階段，《新標準》要求學生通過學習所有的主題從而能夠完整、系統地掌握科學的基本內容。學習主題在K-12年級學生學習的過程中是反復學習并且逐級進階的，由此可見《新標準》也是基于學習進階而誕生的。

二、理論基礎

（一）皮亞杰認知發展理論

皮亞杰認為學生的學習是在頭腦中已有圖式的基礎上，通過與刺激的同化與順應達到平衡的過程。其中圖式是指學生已有的認知結構，同化是將新刺激整合到已有認知結構中的過程，順應是將原有認知結構改變以適應刺激形成新的認知結構的過程。

（二）維果茨基最近發展區理論

維果茨基認為，兒童有兩種發展水平：一是兒童的現有水平，即由一定的已經完成的發展系統所形成的兒童心理機能的發展水平，如兒童已經完全掌握了某些概念和規則；二是即將達到的發展水平。這兩種水平之間的差異，就是“最近發展區”。

（三）加涅的信息加工理論

加涅認為學習是一個有始有終的過程，這一過程可分成若干階段，每一階段需進行不同的信息加工。在各個信息加工階段發生的事件，稱為學習事件。學習事件是學生內部加工的過程，它形成了學習的信息加工理論的基本結構。與此相應，教學過程既要根據學生的內部加工過程，又要影響這一過程。因而，教學階段與學習階段是完全對應的。在每一教學階段發生的事情，即教學事件，這是學習的外部條件。教學就是由教師安排和控制這些外部條件構成的，而教學的藝術就在于學習階段與教學階段的完全吻合。

三、文獻綜述

Alicia C．Alonzo和翟小銘在《學習進階：描述學生思維發展的有效方式》中提出了NRC給予學習進階的定義，描述了學習進階像什么，并且提出了學習進階的新穎之處，給出了構建學習進階的方法，最后歸納了學習進階的研究歷程[1]。姜連國和郭玉英在《基于物理建模的學習進階及其指導策略》中提出了基于學習進階進行物理建模的策略，分別論述了建模的可行性、進階節點的劃分、建模指導策略等[2]。弭樂和郭玉英在《概念學習進階與科學論證整合的教學設計研究》中給出了科學論證能力發展進階表現框架、概念學習進階與科學論證整合的教學理論框架以及基于概念學習進階與科學論證整合進行了教學設計[3]。何春生和郭玉英在《基于學習進階的課堂教學設計與實踐——以功為例》中提出了“功”教學的進階點、起點和目標，并為此做了教學設計[4]。王錒，瑪麗娜 阿西木汗，郭玉英在《基于核心素養學習進階的“楞次定律”教學改進實證研究》中將原有教學設計基于進階模型重新進行了修改設計并進行分析對比[5]。

經過以上文獻，可以發現學習進階的研究經過了對學習進階概念的研究再到教學設計的階段，而我們現今需要面臨和研究的前沿問題在于如何將學習進階的設計以及工具應用于實際中。郭玉英老師曾利用FCI試卷上的力學題作為參考，設計了測試學生所處階級的力學選擇題，即將學生對于一個物理題的理解深度分為四個選項，選擇不同選項的學生即表示學生所處的階層。雖此方法可測量學生的階層，但題目的答案設計卻很難實施。

四、研究問題

2017年的物理課程標準中著重提出了物理核心素養，旨在將學生原有的生搬硬套的物理學習轉變為以培養具有物理思維的學習。為了使學生通過物理學科的培養后學會用科學的眼光看待世界，第一步則是讓學生形成正確的物理概念，只有在正確的物理概念之下學生才可形成正確的物理規律，利用物理規律看待世界正是物理思維的體現。學生在系統的物理學習之前已經具備與力學相關的生活經驗，但每位同學對于力學領域的掌握深度卻不同，這就是我們所謂的學習進階當中的階。站在不同階層的學生，并不意味著掌握的相關內容更多或更少，而是對同一主題具有更深的理解。例如生活現象：當我們站在公交車里，車子急剎車時我們都會有前傾感，那導致這種前傾感的原因是什么？部分學生可能給出的回答是因為我們沒有扶穩把手；還有部分學生可能給出的回答是因為我們在車里跟著車一起往前運動了。可以看出，后者對于運動與力的理解比前者更加的深入，雖然沒有說出慣性的概念但卻具有以科學視角看待事物的思維，而前者則是只具備了生活經驗。這說明后者站在了更高的階上，學習慣性的概念會更加的容易。由此可見，物理概念學習進階在前沿問題中的研究對于教師因材施教，控制好最近發展區以及教資的提升都具有重大意義。現今，學習進階的研究已經到了設計工具和實施的階段，目前無法找到有效測量出學習進階中階層的工具，以及設計出學習進階中的階層標準是兩大難題。

五、研究方向

學習進階的研究經過了從概念的研究到教學設計的階段，現今教學設計階段已逐漸成熟，而我們當下面臨和需要研究的前沿問題在于學習進階測量工具的設計以及如何將其應用于實際中。我將以物理概念作為研究學習進階測量工具的方向，以FCI試卷作為基礎進行研究。

六、小結

經過前沿問題的確立可得知研究“學習進階測量工具”的實際意義有三。第一，美國屬于發展強國則作為發展中國家的中國可參考其教育模式，取其精華去其糟粕。美國《框架》以及《新標準》都進一步體現了學習進階的模式，設定了學生在一個完整階段需要學習的主題，而中國關注的更多的是一個學期短期的學習成果，以至于小學、初中及高中的銜接以及學習進階的體現有待改進。第二，學習進階對于教師的教學設計、因材施教以及教資的發展都具有現實意義。教師通過了解學生在學習進階中所處的階層可知學生對某一主題的理解深度，由此因材施教從而影響教師的教學設計，也促進了教師個人的發展。第三，學習進階若在小初高的銜接中得以體現，學生學習物理的難度會減小。很多學生對物理望而卻步的原因的剛入學的時候接觸的物理難度較大，與之前的學習內容以及生活經驗毫無關聯，以至于放棄了物理這門學科。而學習進階能夠將小初高化成一個整體，給出整個階段需要學習的主題，每個主題由淺到深進階，學生更易理解，也更加具有學習動機與興趣。

學習進階已進入測量工具階段的研究，由此可為前線教師提供教學設計和因材施教的建議以及為出題人提供理論參考。