学习进阶：描述学生思维发展的有效方式

Alicia C.Alonzo 翟小铭

（1.美国密歇根州立大学教师教育学院，密歇根州 48824；2.北京师范大学物理学系，北京 100875）

1 学习进阶是什么

近来，学习进阶受到了广泛关注，特别是围绕美国《下一代科学教育标准》的讨论令其格外引人注目.像其他一些新的概念一样，学习进阶从提出到有一个广泛和明确的内涵界定经历了较长的一段时间.因此，对于每一个关注学习进阶的研究者和实践者，清楚“学习进阶是什么”是首要也是最重要的问题.要回答这个问题，有多种方式，这里介绍两种.

1.1 描述学习进阶像什么

第1种回答方式就是描述它像什么，这可以清晰地勾勒出学习进阶的一些重要的典型特征.

一般来讲，学习进阶是一组水平层级，这些层级描述了对一些科学概念理解的熟练程度.最高层级通常称作“高锚点（upper anchor）”，它代表了我们期望学生学习达到的理解水平，通常它的确定可以依据课程标准或课程文件.最低层级通常称作“低锚点（lower anchor）”，它代表了学生进入课堂时所达到的理解水平.我们通常认为，学生的这些理解和推理完全依据其对客观世界的经验认识.例如，学生在步入物理课堂之前，已经具备了许多关于物体怎样运动的经验认识.

在“高锚点”和“低锚点”之间存在着“凌乱区间”.在这个区间里，我们试图描述学生如何在教师的帮助下，从最初的理解发展到科学理解.学生通常会有一些模糊的概念，这些概念似对非对，他们的一些想法从纯科学角度看起来非常奇怪.学习进阶正是要我们从学生的角度去理解这些想法对于学生进一步学习和发展的意义.

1.2 给学习进阶下定义

另一种方式回答“学习进阶是什么”就是考虑给学习进阶下一个定义.美国国家教育委员会（NRC）的报告《将科学带入校园》（Taking Science to School）中给出的定义是最具代表性也是广泛为大家接受的一种定义：学习进阶描述学生对于某个主题连续的、更加熟练的思考方式，这些思考方式能随着学生对这个主题的学习和探究依次连续发展.但是这个定义的真正含义是什么呢？揭示这个定义的内涵可能会帮助大家更好地理解学习进阶的一些重要特征.

首先，学习进阶定量化地描述了学生在学习某一主题时不同的思考方式.学习进阶的“阶”代表了学生不同的思考方式，而不是简单地是否获得了某个知识.换句话讲，在更高层级的“阶”上的学生并不是比更低层级“阶”上的学生“知道的更多”，而是他们对内容的理解方式方面存在着差异.

其次，学习进阶关注的是学生怎样思考.这一点上，是完全不同于按照知识的逻辑结构，将某一个知识主题分成一定等级的.更重要的是，学习进阶通常会关注学生的“错误思考”，因为有时这更能有效刻画学生在特定层级的思考方式.因此，尤其是在“凌乱区间”，学习进阶重点描述那些从学生视角看来有意义的特征.

再次，在NRC定义中用到了“能”这个词，这意味着学习进阶并非是一种自发发展过程.研究者们试图寻找最佳的教学序列并精心设计教学，以促进这种进阶的发生.“能”同时还有另外一层含义，即学生的进阶路径并非唯一的.在学习进阶过程中，多种进阶路径的出现都是可能的（尽管在研究中我们可能只考虑了其中的一种）.

2 学习进阶有哪些新颖之处

通常在大家的意识中，也有“进阶”这个概念.但是学习进阶与之有一些显著的差异和变化.

2.1 不同于课程文件中的“内容进阶”

精心设计的课程文件或课程标准中也会描述学生在一段时间内学习知识的发展过程，通常从简单的知识到复杂的知识，但是这个与我们现在提到的“学习进阶”是完全不同的.为了区别于学习进阶，我们称之为“内容进阶”.“内容进阶”描述的是学生学习的特定的、有序的学习内容，而学习进阶描述的是学生如何思考这些内容.因此，学习进阶的每一个“阶”描述了学生在学习“同一内容”时的不同思考方式，而并非不同的内容；而内容进阶则是描述了所有内容及其“不同内容”之间的层级发展.

一个给定的学习进阶的“阶”通常会同时包含着学生习得的知识内容和一些非科学的概念，即学习进阶中可能会包含着一些错误的概念，而内容进阶则只包含着正确的概念.

2.2 不同于“学会了”和“没有学会”

尽管前边已经提到了这个观点，即学习进阶不是简单的回答“是否学会了”这个问题.但是因为这是“学习进阶”一个非常重要的区别，这里我们还想从测评的角度做进一步的解释.

假设这里有这样一个问题：一个石块被竖直上抛，在它到达最高点之前，请学生分析物块的受力情况.

有时候我们发现，可能学生的答案都是“错误的”（没有学会）.但是如果我们仔细研究发现，这些“错误的”答案可能代表了学生对“力如何影响物体的运动”的不同层次的理解.

第一个学生的回答反映了一种最低层次的理解，他认为力必须要接触才能发生.他可能没有把重力理解成一种力（或者认为重力只作用在与地球表面接触的物体上）.

第2个学生的回答较第一个学生的理解有了一定的发展.他认识到力的发生不一定要接触，但是感觉只有物体运动的方向上才会有力.他可能没有注意到还有其他力作用在物体上（或者是“合力”的概念）.因此，即便这个学生可能注意到了重力，他可能也会很难理解一块向上运动的石块上为何能受到向下的重力作用.

第3个学生也认为力必须要跟物体的运动方向相同，但是他比第2个学生的理解又提高了一些.他认为物体的运动取决于在不同方向上的各个力的大小（因此物体可以受到与其运动方向相反的重力），但是这个学生也没有一个完全正确的、科学的认识，因为他认为如果没有力，物体就不会运动.他认为力是运动的原因，推或者拉可以使物体运动，即便是在非接触的力的作用下.

从以上的例子中我们可以看出，3个学生的“错误的”答案各代表了对同一个问题不同水平的理解，如果仅用“学会了”或“没有学会”来描述是非常粗糙和不准确的.

3 如何构建学习进阶

有许多建构学习进阶的方式和途径，通过分析学生对测试问题的作答以提供重要证据来构建学习进阶是其中的一种.通过分析大量的、不同学生对不同测试问题的作答，研究者可以发现学生在思考时展现出的不同的思维形式.他们能藉此发现学生对于某个主题内容不同的熟练程度的理解，来确定学习进阶的“阶”.这些“阶”是一种假设，它描述了学生在课堂学习过程中对某一个特定主题理解的发展情况.

研究者在测试这些假设时，通常会对有不同学习背景的学生进行测试，通过这些结果来进一步优化和修正他们的学习进阶.所以在构建学习进阶的过程中，是有一个构建、优化的迭代过程的.

尽管上述提出了一种构建学习进阶的途径，但是到具体操作时关于“阶”的确立是非常复杂的.比较理想的办法是通过开放性的问题来测试学生，因为它能比较真实地反映学生的想法.但是这种方式非常耗时，而且从学生的回答去推断其思维的时候也很困难.一种可行的替代办法就是通过特殊多项选择题的形式——“有序的多项选择题”.这种试题尝试来捕获学生可能的各种答案，而这些答案一般来自于学生的开放性问题的作答.不是提供1个正确答案和3个错误答案，而是每个选项都对应了学习进阶的某个阶.当学生对这样的选择题作答时，我们可以根据其答案来判断他所处的学习进阶的层级.

测试题目在制定过程中，通常会先用开放性版本来收集学生的作答.研究者根据学生作答制定各个选项，使各个选项与学习进阶的“阶”关联起来.这样，各种不同层次的学生都可以在作答过程中找到与其认知层次对应的答案.下面，我们还是以前边举过的例子来说明，这个题目可以改为“有序多项选择题”.

图1

如图1，忽略空气阻力，一个石块被竖直上抛，在它到达最高点之前的A点时，它受到哪些力的作用？

（A）只有重力作用在石块上.（4）

（B）只有人向上的抛的力作用在物体上.（2A）

（C）重力和人向上抛的力同时作用在物体上.（3A）

（D）没有力作用在石块上.（1）

上述选项后面括号中的数字代表这部分知识理解和思维方式水平.水平2、3和4代表了对力和运动的关系的不同的思维方式.在这几个水平上，学生已经具有了对力比较科学的认识：在水平4，学生完全理解力和运动的关系，知道力是改变物体运动并产生加速度的原因.在水平2A和3A，学生看待力时更像科学家界定的“动量”概念，而这与“力是促进运动”的迷思概念相对应，或者说运动的物体带着一种维持其运动的力.而在水平1学生把力理解为“推”或“拉”的行为，它可能会、也可能不会引起物体的运动.

4 学习进阶的研究历程

早在上个世纪80年代，皮亚杰和维果茨基等人就开始关注学生如何学习进阶，为此他们关注学生思维的发展，从而为后来学习进阶的研究奠定了基础.上世纪90年代开始，Mark Wilson开始专注于“构造图”（Construct map）的构建和测评，这是最早的学习进阶的雏形（本文第一作者2009年发表的力与运动的学习进阶最初就是一个“构造图”）.

2001年，美国NRC的报告《知学生所知》（Knowing What Students Know）提出要通过认知和测量来变革教育评价.在这样的背景下，NRC组织开发了两个学习进阶：一个是关于进化主题（Caltey et.2005），另一个是关于原子分析理论主题（Smith et.2004），后者也是第一个公开发表的学习进阶研究.学习进阶开始受到广泛关注源自2007年NRC的一份报告《将科学带入校园》，这份报告中明确提出用学习进阶来改革和统整课程、教学和评价.2008年美国教育研究（AERA）年会专门组织了一个互动的讨论环节，主题是“不同视角下的科学教育学习进阶：构建、测量和验证”，目的是对当时各种不同的对学习进阶的界定进行讨论.但是由于当时与会者更关注学习进阶取得的成果，并未达成预期的目的.

需要特别一提的是美国教育政策研究财团（CPRE）为学习进阶的研究做出了巨大贡献.2006年，CPRE专门成立了持续教学发展中心（CCII），专注于学习进阶等的研究.2009年，以Corcoran等为首的CCII提交了一份报告《科学教育的学习进阶》，该报告尝试探讨了学习进阶在科学教育中的潜在价值，并对当时已经构建的学习进阶进行了评价、探讨.他们还就学习进阶未来的研究进行了预规划：（1）分享现有的学习进阶；（2）验证现有的学习进阶；（3）收集证据证明学习进阶的价值；（4）辨识科学核心概念；（5）开发K-12年级基于核心概念的学习进阶；（6）启动学习进阶间的整合研究；（7）探索开发基于学习进阶的测评工具以应用于教学；（8）鼓励科学教育研究者、测评专家和认知科学家之间的合作；（9）支持更多的的科学学习方面研究；（10）研究来自不同文化背景和不同初始水平学生的发展；（11）增加学习进阶开发和验证的项目资助；（12）鼓励美国在课标修订时考虑学习进阶提供的证据等.这份报告有力地促进了人们对学习进阶的认识及为未来研究提供了线索和方向.目前来看，这次会议中提到的这些预规划正在一步步的实现着.

2009年6月，在美国国家自然科学基金委的资助下，Alonzo和Gotwals等组织在艾奥瓦州召开了科学教育学习进阶大会，这次大会上提出了科学教育学习进阶面临的4个挑战：（1）界定学习进阶（构建学习进阶和概念化学生的发展）；（2）开发测评工具以探测学生相关的学习进阶（多种途径探测学生的知识和实践）；（3）塑造和翻译学生关于学习进阶的表现（通过学生对测试问题的作答推断学生所处的学习进阶的各个层级）；（4）应用学习进阶（学习进阶影响科学教育的各种方式，包括课标的设计、课程设计、教师教育等）.这些挑战是学习进阶研究必然要面临的一些问题，通过这次会议，使学习进阶的研究者对学习进阶的未来研究思路更加清晰了.

目前，学习进阶在课程、教学、评价等领域都取得了许多有益的成果.一方面，它在逐渐地影响着各国的课程文件的修订，如美国2012年《K-12科学教育框架》就是基于学习进阶的一些研究成果，它指导开发的美国《下一代科学教育标准》（2013）采用了对同一主题不同年级进阶发展的表述也是受学习进阶研究的影响.中国去年启动的新一轮高中物理课程标准修订，也对学习进阶给予了广泛关注，并拟借鉴其研究成果.另一方面，它也在影响着教师的教学.特别是一些“颗粒度”比较小的学习进阶（如力和运动的学习进阶），对教师的课堂教学有潜在的价值，它能给教师描绘出学生思维发展更清晰的图景，从而有助于教师选择最恰当的教学方式.再者，更大跨度的关于学生思维发展的图景，将为测评提供更多的信息，从而优化测评工具.例如，如果我们仅仅关心三年级学生对力和运动的理解，而不是从整个K-5年级的跨度上去分析，那将会丧失很多有用的评价信息.通过这种大跨度的图景来评价学生，我们可以更清晰地了解学生在某个层级之上还是之下.

尽管学习进阶引起了科学教育领域的广泛关注，取得了许多成果，但仍然面临着进一步发展的问题.特别是在应用学习进阶方面，实际的情况远比建构一个学习进阶更复杂.学习进阶为不同教师提供了怎样的价值，以及怎样帮助教师更好地实现教育的目的将是学习进阶进一步研究的不竭动力.

1 A C Alonzo，A Elby.Physics teachers'use of learningprogression-based assessment information to reason about student ideas and instructional responses.In A C Alonzo（Chair），Affordances and constraints of learning progressions for informing teachers'reasoning.Related paper set conducted at the annual meeting of the National Association for Research in Science Teaching，Chicago IL，2015.

2 A C Alonzo，A W Gotwals（Eds.）.Learning progressions in science：Current challenges and future directions［M］.Rotterdam，The Netherlands：Sense Publishers，2012.

3 D C Briggs，A C Alonzo.The psychometric modeling of ordered multiple-choice item responses for diagnostic assessment with a learning progression［M］.In A C Alonzo，A W Gotwals（Eds.），Learning progressions in science：Current challenges and future directions.Rotterdam，The Netherlands：Sense Publishers，2012：293－316.

4 D C Briggs，A C Alonzo，C Schwab，M Wilson，Diagnos-tic assessment with ordered multiple-choice items［J］.Educational Assessment，2006（11）：33－63.

5 K Catley，R Lehrer，B Reiser.Tracing aprospective learning progression for developing understanding of evolution［C］.Paper prepared for the National Research Council，Center for Education，Board on Testing and Assessment，Committee on Test Design for K-12Science A-chievement，Washington DC，2005.

6 C E Hmelo-Silver，R G Duncan.Learning progressions［Special issue］［J］.Journal of Research in Science Teaching，2009（6）：46.

7 National Research Council.Systems for State Science Assessment.National Academies Press，Washington DC，2005.

8 National Research Council.Taking science to school：Learning and teaching science in grades K-8.National Academies Press：Washington DC，2007.

9 National Research Council.A framework for K-12science education：Practices，crosscutting concepts，and core ideas［M］.National Academies Press：Washington DC，2012.

10 NGSS Lead States.Next generation science standards：For states，by states［M］.National Academies Press：Washington DC，2013.

11 C Smith，M Wiser，C W Anderson，J Krajcik，B Coppola.Implications of research on children's learning for assessment：Matter and atomic molecular theory［C］.Paper prepared for the National Research Council，Center for Education，Board on Testing and Assessment，Committee on Test Design for K-12Science Achievement，Washington DC，2004.

12 C Smith，M Wiser，C W Anderson，J Krajcik，Implications of research on children's learning for standards and assessment：A proposed learning progression for matter and the atomic-molecular theory［J］.Measurement：Interdisciplinary Research and Perspectives，2006（4）：1－98.

13 M Wilson.Constructing measures：An item response modeling approach［M］.Mahwah，NJ：Lawrence Erlbaum Associates，2005.

14 翟小铭，郭玉英，李敏.构建学习进阶：本质问题与教学实践策略［J］.教育科学，2015（2）：47－51.

15 翟小铭，郭玉英.十年来国际物理教育研究热点分析及启示［J］.全球教育展望，2015（5）：108－117.