基于学习进阶视域下的物理课程编制研究——以“原子和分子”核心概念学习为例

陈 乾

(南京市第九中学,江苏 南京 210018)

学习进阶(Learning Progressions,缩写为LPs)在近些年成为了国际科学教育领域研究的热点问题.有研究者认为学习进阶是确保课程目标、内容和评价协同一致的有效工具.笔者以“原子和分子”的概念学习为例进行研究并分析,结合国内目前编制物理课程在目标设计、内容组织及评价实施中所出现的问题,把学习进阶作为一种分析视角,以期对我国一线中学教师二次开发课程有一定的借鉴价值.

1 课程目标中反映横纵向的进阶变化

课程标准作为国家课程的指导性文件,是课程目标设计的重要依据.从美国2011年制定的《K-12科学教育框架:实践、跨学科概念、学科核心思想》[1]到2013年出台的《新一代科学教育课程标准》[2](《Next Generation Science Standards》,以下简称“NGSS”),都是将相互整合的三维科学目标,根据学生在K-12学段中的学习情况,通过横向水平划分和纵向时间推进的表现期望变化来阐述学生学业成就.

由于在国内现实课程开设中会受到实验对象、操作工具、系统开发,包括材料、时间或成本等若干条件的限制,以及与国际上所倡导“少而精”的课程设计理念尚有较大差距,课程目标尤应紧抓核心概念的整合与发展,促进学生对知识深刻连贯的理解.具体来看,“原子和分子”概念的学习涉及到《义务教育物理课程标准》[3]和《普通高中物理课程标准》,[4]如表1,始终应该紧密围绕两个次级主题“分子动理论”和“原子结构”下的核心概念,如,引导学生从知道“物质是由大量分子构成的”到建立“分子间存在间隙”、“分子在做永不停息地无规则运动”、“分子间始终存在相互作用的引力和斥力”等概念命题网络.随着学习的物质结构形式不断复杂(电子、原子核—质子、中子—夸克),从而构筑对“原子核式结构模型”的整体认知图式.因此,从初中到高中各学段的课程标准都应能体现课程标准的层次性和发展性.如,人教版高中物理选修教材中,顺着核心概念将“布朗运动”、“原子的能级结构”、“原子的半衰期”、“核力与结合能”等知识组织纳入到“原子和分子”这一主题学习中,从而引导学生对这一部分知识有一定的整体认知.在每章小结时,可以通过概念图、思维导图等形式协助学生整合碎片化知识,在学生头脑中架构出该学习主题中核心概念的认知图景,形成完整的知识系统.此外,尽管小学阶段尚未接触这部分知识,但是,在NGSS中的“科学和工程实践”部分,要求学生能够根据若干变量之间的因果关系及先验知识预测建立合理的模型.对某个简单的实验问题进行观察、测量,运用科学的思想方法构建粒子模型,并以此作为解释现象或设计实验方案的证据基础,学生可为支持自身观点进行辩护,将为中学阶段学习这一主题奠定坚实的基础.

表1 中学物理课程标准关于“原子和分子”的描述

学习进阶是基于实证研究协助制定课程标准及编写课程,使得表现期望可以更加贴合学生的认知发展规律.在现实情况下,学生对于“原子和分子”主题核心概念的认知发展变化从横向和纵向来观测:横向变化表示学生在概念认知过程中存在不同水平,各个水平的表现期望是针对每个水平下学生表现的具体描述,课程目标可以参照各层级的表现期望划分学生学业质量要求等级;而纵向变化则是以时间的推移作为线索,反映学生在每个学段的概念认知期望.因为每个阶段或多或少还会暴露出学生在学习过程中可能存有的障碍,教师在开展教学活动时,可以针对这些易错点适当搭建支架来帮助学生实现概念转变.学生在将事实经验和“分子无规则运动”这一概念建立简单联系时,往往会认为“课桌不动,组成它的固体分子也不动,液体和气体分子才会动”.那么在教学中指导学生对事实经验和科学命题之间建立映射关系时,就应当增加一些贴近学生真实生活情境的案例,[5]如“长期堆煤的墙角会变黑”.通过这种易于让学生理解的例子有利于学生对概念进一步地确立.

学习科学不仅仅是为了知道一系列科学事实,更为关键的是构建知识体系,能够运用知识储备对现象事实进行解释.将学习进阶的思想渗入课程标准中,凝炼出的核心知识既可以统合学科中繁复的知识内容,又易于学生组织和建构相应的知识体系,从而发展其解决问题的能力.此外,学习是一个持续发展不间断的过程,学生要依据课标的内容要求,对核心内容有真正深入的理解,必须要有相当长的时间.在制订课程目标时,也应当怀有长远的目光,得以让每个学段的课程衔接连贯,循序渐进.

2 课程内容里体现多角度的进阶特征

笔者结合学习进阶的视角在分析本文案例时,发现在课程内容里应当充分考虑学生的思维特征、合理设置知识的分布逻辑以及宏观把握进阶的核心要素.

2.1 以学生的思维特征为出发点

教师在设计有针对性的课程时,应该看到学生整个的学习过程中的成长变化,这对其教学实践活动有切实的指导作用.一方面,提及“原子和分子”这一概念的时候,学生脑海中往往会浮现出幼时的积木玩具,恰恰可以利用这一课程情境,给学生营造一个充满童趣的学习环境,也考虑到其已有知识经验的限制,编制者通过提供学生熟悉的物理模型及生活场景,作为一个切入口来帮助学生进行科学探究.

另一方面,由于不同的学生之间存在发展区之间的差异,教学内容和难度过高或者过低,都会影响教学成效.难度过低,易于致使学生学习热情低下、教学枯燥无意义,难以促进发展;反之内容和难度太高,学生又难以内化所学知识,降低其学习效能感,教学同样难以促进学生发展.因此教学应当要将着力点放在最近发展区,即顺沿着学生的思维水平,调动其学习潜能,如,大多数学生在还没有学习原子和分子相关知识之前,已经听说过“原子”和“分子”这两个词语.知道它们极小,看不见.少数学生甚至还知道水是由分子构成.但是,他们对分子动理论的相关知识和原子结构的相关知识没有清晰的概念,也无法从该角度出发去解释生活现象.那么,就应该基于学生现有的发展水平,把学科基本结构置于课程中心,由浅入深地进阶发展.

2.2 以顺序的调制为着力点

(1) 注重学科核心概念在课程内容中的编排顺序.在中小学阶段中如何为学生提供充分的学习体验,助其构建对核心概念的深入理解,进而习得良好的科学素养,必须保证课程内容均指向科学素养、各学段所学内容具有良好的关联和衔接.因此,编制连贯一致的中小学科学、物理课程时,首先就得对“学习哪些有关原子和分子的核心概念”、“学生对原子和分子的理解是如何发展的”、“哪些生活经验有助于建立对原子和分子深入理解的联系”等问题进行探索.

(2) 学科知识结构要符合学生的认知发展顺序.选择合适的方式,以保证适龄学生可以完全接受该学习主题的基本概念知识.只有符合学生认知发展、充分调动其生活经验的课程才能构建其对核心概念的深入理解,以形成良好的科学素养,在学生发展过程中,当前发展水平和潜在发展水平并不是固定不变的,而是处在不断变化之中,逐级提升.

(3) 关注知识概念形成发展的先后顺序.“学习进阶”既可以帮助教师在教学情境中探查学生在各个阶段对核心知识的前概念,也能起到督促学生为下一个阶段的学习做好准备的作用,而且还为教材编写、课程制定和开发提供重要理论支撑.此外,学习者概念转变的过程与科学发展史类似,它们都是有组织的系统而非孤岛,其转变与所处环境密切相关.这些概念或正确或错误,或完整或破缺,学习者之所以坚持当前所持观念,是因为尚未出现更加科学、理性的观念可以覆盖原有观念.因此,知识概念形成的先后顺序至关重要,它会使得学习者对现有概念不满;影响他们是否可以充分理解新概念,并把握其存在的合理性与有效性.这种顺序不是在原有基础上简单拓宽,而是重新排序并整理体系,教学要对学生的原有认知模式纠偏,将学生的理解能力与实践关联.[6]

2.3 以要素的考虑为基准点

目前美国教育界学者对于学习进阶的内涵组成主要是四要素之说,分别涵盖进阶终点(学习目标)、进阶变量(进阶维度)、成就水平(中间水平)、学业表现.除此之外,还有五要素说,在此基础上加上测评这部分.

在课程编制时需要一个清晰明了的方式描述学生学习“原子和分子”这一主题时思维的变化,笔者借鉴密歇根州立大学的研究团队关于“碳的产生”学习进阶的研究框架,设计“原子和分子”的学习进阶框架,围绕2个进阶维度,“水平1”、“水平2”、“水平3”、“水平4”代表的是成就水平,表示的是学生在不同阶段应该表现出来的素质和对“物质—能量”这一知识点所应掌握的理解水平,每一个水平阶段相应的具体描述就是“各水平的学业表现”,如表2.[7]

表2 “原子和分子”学习进阶框架

在表2中,水平4是进阶终点,即学习目标,是学生在这一阶段学习结束时所期望达到的水平.这个学习进阶框架中包括了“分子动理论”、“原子结构”两个维度,即进阶维度.教师可以自主拓展更加精细的维度追踪学生对“原子和分子”的概念理解程度.通过1、2、3水平的学习,学生能够达到水平4的理解.这些不同的水平就是学习过程中的中间水平,描述了相应的学生表现,教师根据学生不同水平的成就表现追踪学生在预期进阶路径上的发展情况.

从上述的学习进阶框架中不难发现,课程编制不仅需要符合学生的认知发展规律,而且学习进阶的各要素应当综合考虑,前一阶段的理解水平是后一阶段理解水平发展的基础.这其中是前后连贯并逐渐复杂的,应该注重核心要素之间的融合,以一定量的核心内容为基础,让学生在充足的时间范围内有机会去理解知识内容并实践,帮助学生建立更加深入、持续、系统的知识结构框架.

3 课程评价上采用螺旋式的进阶策略

学习进阶的思想在课程评价中得以渗透最好的体现在于螺旋式上升的特点.同时,学习进阶易于将学生概念发展过程中的一些错误观念暴露出来,为相应评价工具的开发和设计提供重要的参考意见,诚如上面所说,学习进阶是标准、课程及评价3方面的重要沟通工具.

学习进阶与“原子和分子”学习案例及评价之间的关系主要表现为:在一段时间内,教师通过教学实践活动,将不同知识进行有机串联,利用合适的教学评估策略,促使学生的成就水平从低到高,逐级达到期望的要求标准.因此,在学习进阶中课程与评价是内在一致的,目的就是提升学生的学习水平.

2004年,斯泰森大学教育学部提出了 “评价阶梯(The Assessment Ladder)”理论.[8]阶梯式评价是对传统评价技巧的一种挑战,对于不同阶段学生的表现,教师也会有不同的评价方式.在了解前一个阶段的评价方式的基础上,教师逐步使用下一个阶段的评价方式.不难发现,这正是将“学习进阶”思想渗入课程和教学评价的有效途径.教师在实行阶梯评价时,应有3个阶段,不同阶段有不同的评价方式.随着学生水平的提高,评价方式随之改变,并给教师提出了具体的评价模式的建议,如表3.下文以“原子和分子”概念的评价为例,对学生的概念理解、书面表述、思维模式以及口头表达等方面进行探查.

表3 “评价阶梯”不同阶段的评价方式

第1阶段,使用频率最高的评价方式是测试、作品集和项目列表.这些类型的评估通常在幼儿园或小学低年级使用,如学生制作粒子模型对物质结构的搭建产生感性认识.随着学生升入中等年级,使用的比例会逐渐下降.[9]即当学生的能力逐步提高时,采用的评价手段往往是封闭纸笔测试.但如果继续沿用该工具,即使是写作能力较弱的学生也能测试他的学习水平.如,教师可以根据综合实践活动的项目列表来确定学生是否完成某些学业要求或者表现出某些特定行为.

第2阶段,教师不仅可以多次使用第一阶段的策略,也可以通过及时跟进形成性评价为上个阶段的总结性评价作及时的补充.特别是与教学目标相联系的条目,如学习日记,有助于教师可以直观地观察到学生在学习“原子和分子”的知识时易产生的迷思概念,如“一张纸可以无限的折叠”、“构成分子的原子相同”、“原子是原子核和电子的简单堆积”等.在课程结束时,学生能根据课程所学内容,以“我学会了……”为开头列出5件事情,而对于不善于文字描述的学生可以使用图或表的形式展示.这些可以帮助教师认识学生在课堂上习得的概念、技能,并找出其中差距.“我学会了……”这种表达方式同样可以作为总结性评价的工具,作为测验等第列入成绩簿中.

第3阶段,学生已经学习了一段时间,如何评价他们对于概念命题的理解水平或动作技能的理解及掌握程度是很大的难题.该阶段,教师应当鼓励学生选择合适的工具来展示他们能够理解的概念或客体以及一些相关知识.教师为每个学生分配一个主题或学习目标,如“静电现象”、“原子结构的探索”等并提供指导,学生组织自身知识经验,自主准备课程进行教授.从“我学会了……”过渡到“我能教……”,引导学生站在教育者的视角去看待问题,不仅可以帮助教师对学生的掌握程度有一定的直观了解,而且学生自身对于课程内容的积极性也会愈发提高,更愿意主动参与到自己的学习评价活动中.同时,教师也需要随时进行自我检查,可以利用一本自我监测的指南来监控教学评价的成效,以不断丰富他们评估学生学习的手段.

除此之外,汇报展示、现场记录和学习清单也都是评价学生的常用方法.教师可以让学生通过汇报展示的方式对自己的项目实验或作品进行评价,分析总结探究过程中的优缺点.教师或其他学生可以通过这些信息及时调整教学或学习的重点.现场记录的评价方法是运用元认知学习策略,要求学生保留有关完成任务的详细注释,如日期、作业、等级、摘要、说明等.这两种策略都可以在教学过程中帮助学生评估学习情况.学生也可以在活动清单中进行自我评价,教师可以将清单上的质性描述转化为等级表达在成绩单中以不同权重呈现出来.

学习进阶是基于实证研究的结果,加以概括、推理和总结去表现学生学习的路线.[10]它的开发过程就是假设与验证、理论与实践交替反复并逐渐完善,不仅是提高目标达成度的有效途径,还可以作为教师组织内容时确定教学顺序的可靠来源,同时保证评价的效果能够朝着既定目标顺利前进,学习进阶的设计、应用以及完善在教学理论研究与教学实践活动之间搭起一座桥梁,极大地促进目标、内容与评价三者的协调一致性,为科学教育研究者和一线教师提供一种更加长远、更具有结构化的视角进行课程编制的系统化研究.