科学概念学习进阶路径的设计与实施

袁优红：小学科学特级教师，正高级教师。浙江省中小学教材学科审查委员会成员，省名师工作室导师，省民革骄傲人物。获全国小学科学优质课评比一等奖、全国中小学公开课大赛特等奖。辅导学生参加科技实践活动获全国一等奖。出版专著《小学科学有效性教学策略探究——上学生喜欢的科学课》《新课程背景下小学科学有效教学探索》。

《义务教育小学科学课程标准》把学习进阶作为教学目标和内容描述的理论依据。学习进阶也称学习进程，是现今国际教育研究的热点之一，指学生在学习同一主题概念时所遵循的一系列由简单到复杂相互关联的概念序列描述。根据学习进阶理论设计科学学习活动，能使学生在学习某一核心概念的过程中，遵循从简单到复杂、从肤浅到深入、从低水平到高水平的学习思维发展序列路径。它能指导教师在设计与实施科学概念建构活动中，主动追踪学生的认知发展历程，做到有迹可循，科学探究活动具有逻辑性、系列性。下面，结合本人多年教学实践，谈谈核心概念学习进阶路径设计与实践的肤浅体会。

一、厘清科学概念学习进阶的起点和终点

维果斯基在“最近发展区”理论中指出，教师应了解学生认知现有发展区和潜在发展区，关注学生的“最近发展区”，然后据此进行教学设计。学习进阶理论运用目的是有效建构科学概念，教学时，了解和测查学生已有的认知水平，找准学习进阶起点，准确把握需要建构的科学概念，正确定位学习进阶终点，明确实现的目标。这是概念进阶学习落实的第一步。

（一）学习进阶起点

学习进阶起点一般使用问卷、访谈、前测等方法测定，传统的纯粹经验型确定法往往导致与学生真实起点出现偏差的现象。同时，教师要善于对进阶起点获得的原始信息加以分析，让进阶起点的具象信息整理归类于科学概念、科学探究理解层面的解读，并解释因果关系，为实施“以生为本”的教学奠定基础。例如，四下《我们是怎样听到声音的》一课，我通过问卷调查和访谈的方法了解学生学习的起点：声音会在耳朵中传播;耳朵中有一张膜，耳朵里面有一些结构，但是却不太清楚，学生不太愿意表达;耳朵生病了，会失去听觉，就不能听到声音了。

根据事实分析，我做了学习起点整理分析：由于耳的内部结构是暗箱型，不容易被直观观察，学生对耳朵传播声音的理解是非常浅薄和模糊的，特别是对中耳、外耳部分十分陌生，理解很多是错误的，已有的经验大多来自课外书。

（二）学习进阶终点

对小学生来说，学习进阶终点往往就是小学毕业时学生在某概念的学习上应该达到的学习水平。这个学习进阶水平是基于学科本质、学生认知水平、课程标准、社会预期等因素共同厘定的。将期望的学习最终目标在教学前考虑清楚，就能有针对性地规划设计学习活动，不拔高也不轻易降低活动要求。例如，《我们是怎样听到声音的》一课，综合课标、教材和学生认识等几方面，明确了本课学习终点：对耳朵的结构和功能的探究——建立结构与功能的联系;学会用观察、模拟实验的方法寻找证据，科学解释耳朵各结构的功能，特别是中耳部分鼓膜的结构和作用;建立“声音在耳朵的传播过程是一个连贯的、各结构协同工作的过程”的概念。

曾经在研课中，对是否要具体讲解听小骨、播放听觉神经结构功能环节出现了分歧，最终以学习终点没有此认知要求作为裁定标准，弱化了与课标、学生认知水平、学习进阶终点相悖的内容，让教学更贴合学生的实际认知水平。在《我们是怎样听到声音的》进阶终点——具体概念定位的同时，上位的科学概念“结构与功能”，期望指向的核心概念也拨云见日，变得明朗起来。

从长远解释看，学习进阶终点是学科中的大概念学习，围绕大概念的认知发展过程，构建基于学生认知发展的学习进阶。为了教师能从整体上理解本年段概念进阶目标，还可以在明确现阶段进阶终点的情况下，再继续往下或往上看更低、高年段学习进阶的目标要求，凸显概念进阶的逻辑性和系统性。

需要指出的是，在更高层级“阶”上的学生并不是比更低层级“阶”上的学生“知道得更多”，而是他们对内容的理解方式存在差异。例如，不同学段学生对“能量”的理解是不一样的。

二、规划设计符合学习者学习进阶路径

聚焦核心概念的学习可以提升学习效率，有了学习进阶理论指导，就有助于概念学习路径科学化，有计划、有层次地促进学生学习进阶。

从下图学习进阶的模型看，学习起点和终点之间有很多的中间阶，一个个连续的中间阶将学习起点和终点连接起来，形成完整的学习路径。规划设计学习进阶路径的关键依据是学生的中间水平，教师要分析把握进阶的中间水平节点，让每一环节的设计都有进阶水平作为强有力的支持。进阶路径一般从学段和课时两个层级思考规划：一是从学段层面分析和规划某科学概念上升到核心概念的推进路线;二是从课时层面厘清课堂建构具体概念结构化进程。

（一）以学段为进阶周期的学习进阶路径设計

教材把学习进阶理念融入课标，以学段作为主题的进阶周期，一般会遵循由感性直观到抽象概括、从现象到本质的进阶路径。如“植物”概念进阶贯穿整个小学阶段，但各个年级有不同的进阶目标：1～2年级只是引导学生观察，说出周围常见植物的名称及其具体特征;3～4年级要引导学生重点关注植物各个器官特征与作用，列举当地的植物资源，尤其是与人类生活密切相关的植物;5～6年级要在了解植物各部分特征的基础上，对常见植物特征进行概括，进行简单的二歧分类，意识到植物多样性，与周围环境的密切关系。显而易见，同一主题学习进阶的逻辑性和序列性是客观存在的，教师教学设计先要从大学段视角分析把握各年级进阶目标要求，掌握大进阶路径图，明确本年级所处的进阶位置与目标，帮助学生从充实感性认知出发，循序渐进，实现现象到本质，建构“具体概念—主要概念—核心概念—大概念”的学习进阶路径。

（二）以课时为进阶周期的学习进阶路径设计

以课时为进阶周期的学习进阶路径，是教师从相对微观层面给出相对具体的学习路线，把学生学习某一教学内容的过程，划分成一些阶段或步骤，使学生更清晰地认识到建构具体概念的规律和思维层次，主要有两类。

阶梯递进型。一节课聚焦一个主题，由浅入深，通过学生体验探究，层层深入，获取信息与证据，从而建构对概念的认知，活动之间是递进关系。例如，制作雨量器活动中，先让学生观察了解雨量器和雨量器测量降雨的场景，对雨量器有一个感性的认知;接着让学生观察不同形状的容器，并挑选能够制作雨量器的容器;再设计制作雨量器，用制作好的雨量器测量雨量。再如，《光的传播会遇到阻碍吗》一课，先以皮影的游戏，由现象聚焦问题：光的传播会遇到阻碍吗？接着学生探究光穿过纸、玻璃、书这些有结构材料会怎样，再用激光笔照射充满烟雾的透明水槽，借助一些媒介物体，用眼睛清晰地看到光线是怎样在透明物体中传播的，建构光在传播中遇到透明物体或半透明物体时，能穿过物体或部分穿过物体继续传播的概念。设计的进阶活动环节与学生认知学习的中间阶对应起来，由浅入深，由表及里，让学习环节设计有了认知依据。

主题集合型。一节课围绕主题，从不同角度寻找证据与解释，建构对主题建构的进阶路径，活动之间一般是并列关系。例如，在观察水的活动中，学生用观察、实验、比较、阅读资料等方法完善对水的认知。如一些整理总结课，用主题聚焦型的学习路径帮助学生厘清思路，明确概念。如，左图对显微镜认知整理的进阶路径。

以学段或课时作为周期的进阶路径，都要遵循由现象到本质、由感性到抽象、由原理到创意设计制作的思维过程，体现科学实践的逻辑思维，围绕科学概念由不完整到逐步完整的过程。需要指出的是，学习进阶的路径不是唯一的，在学习过程中，多种进阶路径的出现都是可能的，不同的学习进阶会产生不同的学习效应，这与科学家研究的思路多样性是一样的。

三、为学习进阶搭建学习支架，促进学生拾级而上

在进阶过程中，学生在认知情感、技能方法、科学思维、对科学本质理解等方面会遇到障碍和困难，适时适当为学生搭建进阶支架提供学习支持，促进学生从相对低阶水平向高阶水平发展，是进阶的关键。

（一）创设情境

做好驱动型问题或任务的设计，引发学生认知冲突，指向有关联认知的进阶。例如，《我们是怎样听到声音的》一课，设置三个驱动型问题：声音在耳朵中传播路线是怎样的？耳朵各部分的结构有什么功能？我们是怎样听到声音的？（在课前、课中、课后三次贯穿出现）三个问题从了解学生学习进阶起点开始，引导学生从耳朵的外部结构转向对耳朵功能的认知，三次怎样听到声音的解答意味着学生认知的不断进阶，不断完善。驱动型问题其实就是进阶思维路线图，体现了引发学生认知冲突、解决冲突、实现认知平衡的过程，让一节课的脉络变得清晰可见。

（二）学习单的支持运用

学习单的运用能有效破解学习进阶障碍，并扩大学生自主探究的空间。在学习小电动机转动秘密的进阶活动中，一位教师按照学生认知进阶设计了有结构的学习单，促进学生逐级进阶。

小电动机转动秘密学习单

小电动机的转动与构造

活动一：让小电动机转起来。利用一节电池、两根导线和一个小电动机，让小电动机转起来。

用手触摸一下转子，观察一下你们的小电动机转动的方向是（        ）。

A.顺时针         B.逆时针

试试看，能不能改变一下你们小电动机的转动方向？你们的方法是：                            。

小组讨论一下，这个实验说明：小电动机的转动方向与                    有关。

活动二：观察小电动机的构造。

拆开小电动机，结合下面的图示（略），认识小电动机各部分的名称，数一数各有几个部件。

外壳上有              块磁铁。

转子上有        个铁芯，       个线圈，         片换向器，也就是有         个电磁铁。

后盖上有                   片电刷。

小组讨论一下，口头说出你们的猜测：小电动机通电后为什么会转起来？

学生以学习单作为学习进阶支架，从整体小电动机转动的现象观察入手，到小电动机内部结构的观察，再推测小电动机转动的秘密，建立起阶与阶之间的关联，向科学概念建构目标推进。以学习单作为进阶支架，还能有效避免课堂教师过多讲授的现象，还给学生自主充分的探究时间和空间。学生可以对照学习单支架，根据自己认知节奏和兴趣开展自主探究。

（三）以推理论证思维贯穿学习进阶过程

有些课，我们不妨让学生用各種方法收集证据，从证据建构概念的角度来实现学习进阶，这样，科学学习的本质会更加凸显。例如，上《比较不同的土壤》一课，把单纯比较土壤的渗水性、黏性等特点的活动，变成创设情境，让学生论证“两棵凤仙花生长不一样，是否与土壤渗水性、黏性、颗粒等特点有关”的假设。学生围绕主题，自己想办法寻找两种土壤的渗水性、颗粒大小、黏性等方面的不同，作为证据去解释凤仙花适合怎样的土壤生长。这样的进阶教学，激发了学生学习主动性和挑战性，探究的主题更加明确，让活动更有科学实践的韵味，同时也习得了科学论证思维方法。

四、以学习进阶理念实施教学的评价反思，逆向反思概念建构过程

基于学习进阶的小学科学教学评价，以清晰明确的进阶终点作为参照，在课前就确定出评估的证据，明确应该建构的科学概念水平。教学结束，主动进行逆向反思评估，能促进师生像评估员一样思考：1.师生的教学和学习是否已经达到预期？2.教学的得失在哪里？每节课逆向反思评价设计表如下：

教师以反思评价表为依据，以进阶目标为参照，反思学习进阶过程，从而有效调整学习进阶进程设计，建立以大概念引领的学习认知模型，促进教师教学设计水平不断提高。

科学概念学习以学习进阶理论为依据，能促进学习建构符合学生认知发展规律，其实是从学习进阶理论高度解决“我在哪里？我要到哪里去？我怎么去？我怎么评价是否到了那里？”教学设计中的老大难问题，是推进真实学习、改进课堂、核心素养培养目标落地的有效举措。以大量的案例积累，跟踪观察学生对科学概念掌握程度来分析学习进阶过程，建立进阶认知模型，是今后继续深入开展小学科学核心概念学习进阶路径的设计与实施的重点内容。