楊云霞

摘 要 學(xué)習(xí)進(jìn)階是國際科學(xué)教育的研究熱點(diǎn)。本文通過對國內(nèi)外的文獻(xiàn)梳理，從元學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究、基于進(jìn)階假設(shè)的實(shí)證研究方法兩方面進(jìn)行綜述，發(fā)現(xiàn)關(guān)于學(xué)習(xí)進(jìn)階定義、特征、組成要素的理解在一定程度上已經(jīng)趨于一致，但仍然存在爭論；關(guān)于方法論的研究趨于多樣化；而精細(xì)化的研究方法以及學(xué)習(xí)進(jìn)階理論研究和實(shí)際應(yīng)用的交互影響是未來研究的核心議題。

關(guān)鍵詞 科學(xué)教育 學(xué)習(xí)進(jìn)階 研究方法

中圖分類號：G442 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.03.004

Abstract Advanced learning is a research hotspot in international science education. In this paper， we review the literatures at home and abroad， and summarize the advanced study of meta-learning and the empirical research methods based on advanced hypotheses. We find that the understanding of the advanced definitions， characteristics， and constituent elements of learning has been tended to some extent. Consistent， but there is still controversy； research on methodologies tends to be diversified； and refinement of research methods and the interaction of learning advanced theory research and practical applications are the core topics of future research.

Keywords science education； learning advanced； research methods

隨著全球化、信息化時(shí)代的發(fā)展，核心素養(yǎng)成為實(shí)現(xiàn)自我與促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展的基礎(chǔ)，而其中科學(xué)素養(yǎng)尤為重要?？茖W(xué)教育是培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的主要途徑，而當(dāng)前的科學(xué)課程的教學(xué)中主要存在以下問題：（1）有限的學(xué)習(xí)時(shí)間和日益增長的科學(xué)知識(shí)之間的矛盾；（2）圍繞具體事實(shí)開展教學(xué)的現(xiàn)象仍然存在，抑制了科學(xué)課程的進(jìn)一步深化；（3）科學(xué)課程和教學(xué)實(shí)踐忽視了科學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性，導(dǎo)致學(xué)生頭腦中的零碎知識(shí)，缺乏思維結(jié)構(gòu)。為了解決這些問題，美國科學(xué)教育界提出了要圍繞學(xué)科核心概念發(fā)展學(xué)習(xí)進(jìn)階。從此學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究正在成為科學(xué)教育研究的新興領(lǐng)域。

1 學(xué)習(xí)進(jìn)階的定義、特征和組成要素

1.1 學(xué)習(xí)進(jìn)階的定義

關(guān)于學(xué)習(xí)進(jìn)階，研究者主要從進(jìn)階時(shí)間、內(nèi)容、形式三個(gè)維度對其進(jìn)行定義，但對3個(gè)維度的理解卻不同：在進(jìn)階時(shí)間上，大家一致認(rèn)同學(xué)習(xí)進(jìn)階研究的是學(xué)生在較大時(shí)間跨度內(nèi)（如6-8年）的發(fā)展）。 [1][2][3]在進(jìn)階內(nèi)容上，選擇有所差異，有的研究者認(rèn)為進(jìn)階內(nèi)容應(yīng)該是學(xué)科概念或跨學(xué)科核心概念的理解；[2]而有的研究者強(qiáng)調(diào)進(jìn)階內(nèi)容應(yīng)該是將科學(xué)概念、科學(xué)解釋、科學(xué)實(shí)踐、科學(xué)探究的理解和應(yīng)用整合起來。[1]關(guān)于進(jìn)階形式，大多研究者采用類似于“逐漸復(fù)雜”這樣的表述，但對于怎樣的進(jìn)階才符合“逐漸復(fù)雜”沒有詳細(xì)定義，目前關(guān)于“逐漸復(fù)雜”主要有4種解釋：[4]（1）由簡到繁，更為豐富的知識(shí)；（2）從現(xiàn)象到本質(zhì)，有更深入的理解；（3）將豐富知識(shí)整合化，做更全面的深入理解；[5]（4）從無到有，更有生成性的理解。[6]

由于研究者對這三方面理解的不同，對學(xué)習(xí)進(jìn)階并沒有統(tǒng)一的定義，美國國家研究理事會(huì)在2007年發(fā)布的《讓科學(xué)走進(jìn)學(xué)校：K-8年級科學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)與教》中對學(xué)習(xí)進(jìn)階的定義：“學(xué)習(xí)進(jìn)階是隨著時(shí)間的不斷增加，學(xué)生對某一學(xué)習(xí)主題的思考和認(rèn)識(shí)不斷豐富、精致和深入的一種過程”，這一定義獲得了多數(shù)研究者的認(rèn)同和使用。

1.2 學(xué)習(xí)進(jìn)階的特征

學(xué)習(xí)進(jìn)階是學(xué)生在學(xué)習(xí)某一主題時(shí)的思維路徑，不僅指明了學(xué)習(xí)的方向，也描述了遞進(jìn)的方式，該路徑具有以下特征：

（1）進(jìn)階路徑多樣性，由于學(xué)生的思維路徑與學(xué)生頭腦中已有的知識(shí)、學(xué)習(xí)風(fēng)格、認(rèn)知能力等不同，所以并不是每個(gè)學(xué)生都按照假設(shè)的路徑前進(jìn)。

（2）進(jìn)階路徑的不確定性，體現(xiàn)在兩方面：一方面在進(jìn)階假設(shè)模型建立的過程中，由于研究者主觀因素的影響，使得所建立的模型不一定完全符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展；另一方面進(jìn)階終點(diǎn)的確定往往來源于社會(huì)期望、課標(biāo)等方面，所以進(jìn)階終點(diǎn)具有可變性。

1.3 學(xué)習(xí)進(jìn)階組成要素

對于學(xué)習(xí)進(jìn)階的組成要素，不同研究者看法有所不同，其中有四要素說[7]和五要素說。[8]通過歸納，提煉出一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)進(jìn)階應(yīng)該包括：進(jìn)階變量、進(jìn)階層次、評價(jià)項(xiàng)目、測量模型。

（1）進(jìn)階變量，也稱進(jìn)階維度，是學(xué)習(xí)進(jìn)階的內(nèi)容維度。對進(jìn)階變量的選擇呈多樣化趨勢，針對“進(jìn)階內(nèi)容是知識(shí)還是能力，內(nèi)容維度是一維還是多維？”的問題，不同研究者選擇了不同種類的進(jìn)階變量。在學(xué)習(xí)進(jìn)階早期的研究中，多是以知識(shí)為進(jìn)階變量，刻畫學(xué)生對某一主題的認(rèn)知發(fā)展層級，例如“生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)”的學(xué)習(xí)進(jìn)階、[9]“力和運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階、[3]“能量”的學(xué)習(xí)進(jìn)階 [10]等；此外，有研究者以學(xué)生在科學(xué)教育中必備的關(guān)鍵能力作為進(jìn)階變量，例如科學(xué)建模能力的學(xué)習(xí)進(jìn)階、[11]科學(xué)論辯能力的學(xué)習(xí)進(jìn)階[12]等；隨著《K-12年級科學(xué)教育框架》以及《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》（的頒布，倡導(dǎo)將學(xué)科核心概念、學(xué)科間的共通概念、科學(xué)實(shí)踐進(jìn)行橫向整合。同時(shí)，關(guān)于進(jìn)階變量的選擇也從單維走向多維，有研究者以知識(shí)整合度為進(jìn)階變量，[13]還有研究者以內(nèi)容和能力的整合為進(jìn)階變量，例如進(jìn)化論與科學(xué)建模能力的整合、[14]生態(tài)圈和科學(xué)解釋能力的整合、[8]能量和科學(xué)解釋的整合[15]等。

（2）進(jìn)階層次，是學(xué)習(xí)進(jìn)階的重要組成部分，描述學(xué)生發(fā)展過程中存在的不同階段，主要包括進(jìn)階起點(diǎn)、中間水平、進(jìn)階終點(diǎn)。在描述進(jìn)階層次時(shí)要具備以下特征：首先，各成就水平要界定清晰，具有一定的可操作性，能清晰地描述位于該水平的學(xué)生應(yīng)該能完成什么樣的任務(wù)表現(xiàn)；其次，各水平之間具有一定的連貫性，學(xué)生要達(dá)到較高水平就要先達(dá)到較低的水平。

（3）評價(jià)項(xiàng)目，主要用于跟蹤學(xué)生關(guān)于主題的發(fā)展情況，其設(shè)計(jì)主要依據(jù)假設(shè)的進(jìn)階層次，現(xiàn)有的研究中評價(jià)項(xiàng)目有兩種類型：開放性項(xiàng)目[16]和有序的多層選擇項(xiàng)目（OMC））。[17][18]Alonzo對這兩種評價(jià)項(xiàng)目進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)OMC對學(xué)生進(jìn)階水平的診斷更準(zhǔn)確、有效。

目前學(xué)習(xí)進(jìn)階的評價(jià)項(xiàng)目存在以下問題：①不同環(huán)境中學(xué)生對項(xiàng)目的反應(yīng)不一致；②學(xué)生對項(xiàng)目的表征方式會(huì)影響學(xué)生的反應(yīng)；③要將項(xiàng)目中的每一個(gè)反應(yīng)與學(xué)習(xí)進(jìn)階的水平相對應(yīng)在設(shè)計(jì)上存在很多挑戰(zhàn)。此外基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的評價(jià)項(xiàng)目缺少通用性，多數(shù)研究者建立的評價(jià)項(xiàng)目只能應(yīng)用于某一學(xué)科主題。[10][16][17][19]

（4）測量模型，就是將學(xué)生理解轉(zhuǎn)變成分?jǐn)?shù)進(jìn)行處理的模型，目前廣泛使用的模型是經(jīng)典測量理論中的真分?jǐn)?shù)模型、項(xiàng)目反應(yīng)理論和潛類別分析認(rèn)知診斷模型。[20]

2 基于進(jìn)階假設(shè)的實(shí)證研究

近幾年國內(nèi)外對學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究逐漸轉(zhuǎn)向?qū)嵶C研究。[2][21][22][23]研究者也從各個(gè)角度探索了學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究方法，下面對這些方法進(jìn)行梳理和討論。

2.1 構(gòu)建和呈現(xiàn)進(jìn)階假設(shè)的方法

目前關(guān)于構(gòu)建和呈現(xiàn)進(jìn)階假設(shè)的方法有三種：逐級進(jìn)展法、全景圖法[1]和認(rèn)知診斷模型建構(gòu)法。[20]

逐級進(jìn)展法：該類方法構(gòu)建的學(xué)習(xí)進(jìn)階如逐漸升高的臺(tái)階，在臺(tái)階的最底層學(xué)生入學(xué)時(shí)關(guān)于某一核心概念的前概念，臺(tái)階的最高層是社會(huì)的期望或課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的學(xué)生畢業(yè)時(shí)的要求，學(xué)生從低階水平到高階水平的發(fā)展動(dòng)機(jī)是認(rèn)知沖突。

全景圖法：該類方法建構(gòu)的學(xué)習(xí)進(jìn)階像一張網(wǎng)，涉及到各學(xué)段、各領(lǐng)域的知識(shí)和技能。利用該方法建構(gòu)進(jìn)階假設(shè)時(shí)，不需要調(diào)查學(xué)生的前概念，主要依據(jù)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)來制定進(jìn)階假設(shè)。

認(rèn)知診斷模型建構(gòu)法：該方法結(jié)合了認(rèn)知心理學(xué)和現(xiàn)代測量學(xué)，建構(gòu)以“屬性”為單位的精細(xì)化測量模型，進(jìn)而對學(xué)生內(nèi)部微觀認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行診斷，最后建立學(xué)習(xí)進(jìn)階。

以上三種方法在學(xué)習(xí)進(jìn)階研究中應(yīng)用較多，其中逐級進(jìn)展法和全景圖法所建立的進(jìn)階假設(shè)必須通過實(shí)證檢驗(yàn)來修訂，而認(rèn)知診斷模型建構(gòu)法是在實(shí)證測量之后，依據(jù)收集的數(shù)據(jù)來建構(gòu)進(jìn)階假設(shè)。

2.2 基于進(jìn)階假設(shè)實(shí)證檢驗(yàn)的方法

基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的實(shí)證研究的方法有兩種：橫斷研究和縱向追蹤研究，前者是描述不同年級學(xué)生關(guān)于特定領(lǐng)域的知識(shí)和推理的發(fā)展情況；[24]后者是對同一批學(xué)生的理解過程進(jìn)行長時(shí)間的觀察及分析的研究。[16][17]

關(guān)于“是橫斷研究還是追蹤研究”這一爭論，其本質(zhì)是關(guān)于教學(xué)干預(yù)手段在學(xué)習(xí)進(jìn)階研究中的角色問題的爭論。有研究者認(rèn)為學(xué)生無法在原有知識(shí)的基礎(chǔ)上發(fā)展，所以沒有設(shè)計(jì)教學(xué)干預(yù)手段的橫斷研究是無效的；[19][25]但也有部分研究者認(rèn)為，教學(xué)干預(yù)手段會(huì)對學(xué)習(xí)進(jìn)階的價(jià)值判斷產(chǎn)生影響，不能采用縱向追蹤研究。為解決這些問題，研究者還需要設(shè)計(jì)多個(gè)對比研究來判斷教學(xué)干預(yù)對學(xué)習(xí)進(jìn)階的影響強(qiáng)度。[26]

實(shí)證檢驗(yàn)的目的是要對進(jìn)階假設(shè)進(jìn)行修訂，學(xué)習(xí)進(jìn)階的修訂主要涉及兩個(gè)方面的內(nèi)容：對進(jìn)階水平的修訂和對進(jìn)階維度的修訂。Shea等人提出了學(xué)習(xí)進(jìn)階的修訂的三個(gè)原則：[4]①當(dāng)新思想與核心概念直接相關(guān)時(shí)，并且代表一個(gè)重要的概念轉(zhuǎn)變將該思想增加為一個(gè)新的水平；②當(dāng)某一特定的理解水平在所收集的數(shù)據(jù)集中沒有相對應(yīng)案例（或極少數(shù)的案例），那么要考慮刪減這一水平；③當(dāng)兩個(gè)水平的評價(jià)項(xiàng)目難度相同，不能區(qū)分學(xué)生的能力。Todd利用這修訂原則對“分子遺傳學(xué)”的學(xué)習(xí)進(jìn)階進(jìn)行了修訂。[27]

3 學(xué)習(xí)進(jìn)階研究現(xiàn)存的問題

目前學(xué)術(shù)界對學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究給予了很大的希望，認(rèn)為學(xué)習(xí)進(jìn)階可以為課程標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)、課程開發(fā)、學(xué)業(yè)評估和教師培訓(xùn)等多個(gè)系統(tǒng)的整合提供統(tǒng)一框架。為了此研究者從多方面展開研究，在近十年學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究取得了很大的成果，但由于學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究仍處于研究早期，仍然存在一些待解決的問題：

（1）干擾變量的影響，學(xué)習(xí)是一個(gè)復(fù)雜的過程，學(xué)生個(gè)體差異、先驗(yàn)知識(shí)、教學(xué)環(huán)境都會(huì)影響學(xué)習(xí)的過程，認(rèn)知科學(xué)研究中的兩個(gè)發(fā)現(xiàn)對學(xué)生發(fā)展水平的評估產(chǎn)生了影響：①學(xué)生對不同項(xiàng)目情境的反應(yīng)缺乏一致性，學(xué)生無法像物理學(xué)家一樣將一些利用相同原理的問題歸為一類；②學(xué)生對科學(xué)語言的理解不同，影響學(xué)生對評價(jià)項(xiàng)目的表征。

（2）研究方法的缺失，如前文所述，學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究框架、實(shí)證研究的方法、構(gòu)建進(jìn)階假設(shè)的方法以及修訂學(xué)習(xí)進(jìn)階的方法的研究為學(xué)習(xí)進(jìn)階的后續(xù)研究提供了方法論，但關(guān)于評價(jià)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)原則和方法、將學(xué)生思維過程外顯為行為表現(xiàn)的方法、將學(xué)生的行為表現(xiàn)與學(xué)習(xí)水平匹配的原則等研究處于缺失狀態(tài)。

（3）學(xué)習(xí)進(jìn)階應(yīng)用中存在的問題，由于學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究仍處于研究早期，對于學(xué)習(xí)進(jìn)階的價(jià)值還無法確定，部分研究者對學(xué)習(xí)進(jìn)階是否可以對政策和教育改革產(chǎn)生影響還存在質(zhì)疑，已有的基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的應(yīng)用研究大多沒經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐的檢驗(yàn)，與實(shí)際的教學(xué)過程脫軌，這些都需要進(jìn)一步的研究和論證。

學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究現(xiàn)處于探索性階段，仍然需要進(jìn)一步的豐富和發(fā)展，雖然前進(jìn)的道路上充滿艱難，但學(xué)習(xí)進(jìn)階以建構(gòu)主義為哲學(xué)基礎(chǔ)，借鑒概念轉(zhuǎn)變理論的研究成果，利用心理測量的技術(shù)，滿足學(xué)習(xí)領(lǐng)域、課程領(lǐng)域、評價(jià)領(lǐng)域多方面的訴求，是科學(xué)教育領(lǐng)域的新興研究方向，其有廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

[1] Salinas I.Learning progressions in science education：Two approaches for development[J]. Consortium for Policy Research in Education，2009.

[2] Alonzo，A.C.，& Steedle，J.T.（2009）.Developing and assessing a force and motion learning progression.Science Education，93（3），389-421.doi：10.1002/sce.20303

[3] Duncan，R.G.，& Hmelo-Silver，C.E.（2009）.Learning Progressions：Aligning Curriculum， Instruction，and Assessment.Introduction to a special issue entitled Learning progressions，46（6）， 606-609.doi：10.1002/tea.20316

[4] Shea，N.A.，& Duncan，R.G.（2013）.From Theory to Data：The Process of Refining Learning Progressions.Journal of the Learning Sciences，22（1），7-32.doi：10.1080/10508406.2012.691924.

[5] Lee H S，Ou L L.Assessing learning progression of energy concepts across middle school grades： The knowledge integration perspective[J].Science Education，2010，94（4）：665-688.

[6] Duncan，R.G.（2007）.The Role of Domain-Specific Knowledge in Generative Reasoning About Complicated Multileveled Phenomena.Cognition and Instruction，25（4），271-336.doi： 10.1080/07370000701632355.

[7] 姚建欣，郭玉英.為學(xué)生認(rèn)知發(fā)展建模：學(xué)習(xí)進(jìn)階十年研究回顧及展望[J].教育學(xué)報(bào)，2014（5）：35-42.

[8] 劉晟，劉恩山.學(xué)習(xí)進(jìn)階：關(guān)注學(xué)生認(rèn)知發(fā)展和生活經(jīng)驗(yàn)[J].教育學(xué)報(bào)，2012.8（2）：81-87.

[9] Developing a Multi-Year Learning Progression for Carbon Cycling in Socio-Ecological Systems. Part of a special issue entitled Learning progressions，46（6），675-698.doi：10.1002/tea.20314.

[10] Neumann K，Viering T，Boone W J，et al.Towards a learning progression of energy[J].Journal of Research in Science Teaching，2013.50（2）：162-188.

[11] Christina V.Schwarz， Brian J.Reiser，Elizabeth A. Davis，et al.Developing a learning progression for scientific modeling：Making scientific modeling accessible and meaningful for learners[J]. Journal of Research in Science Teaching，2009，46（6）：632-654.

[12] Berland L K，Mcneill K L.A learning progression for scientific argumentation：Understanding student work and designing supportive instructional contexts[J].Science Education，2010， 94（5）：765-793.

[13] Lee H S， Ou L L.Assessing learning progression of energy concepts across middle school grades： The knowledge integration perspective[J].Science Education，2010.94（4）：665-688.

[14] Lehrer R，Schauble L.Seeding evolutionary thinking by engaging children in modeling its foundations [J].Science Education，2012.96（4）：701-724.

[15] 郭玉英，姚建欣.基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].課程.教材.教法，2016（11）：64-70.

[16] Todd， A.，& Kenyon， L.（2016）. Empirical refinements of a molecular genetics learning progression： The molecular constructs.Journal of Research in Science Teaching，53（9），1385-1418.doi： 10.1002/tea.21262.

[17] Songer，N.B.，Kelcey，B.，& Gotwals，A.W.（2009）.How and When Does Complex Reasoning Occur Empirically Driven Development of a Learning Progression Focused on Complex Reasoning about Biodiversity. Part of a special issue entitled Learning progressions，46（6），610-631.doi： 10.1002/tea.20313

[18] Todd，A.，Romine，W.L.，& Cook Whitt，K.（2017）.Development and Validation of the Learning Progression-Based Assessment of Modern Genetics in a High School Context.Science Education， 101（1），32-65.doi：10.1002/sce.21252.

[19] Smith C L，Wiser M，Anderson C W，et al.FOCUS ARTICLE： 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 & Perspectives，2006， 4（1-2）：1-98.

[20] 辛濤，樂美玲，郭艷芳，等.學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立途徑：基于認(rèn)知診斷的學(xué)習(xí)進(jìn)階方法[J].教育學(xué)報(bào)，2015（5）.

[21] Nordine J，Krajcik J，F(xiàn)ortus D.Transforming energy instruction in middle school to support integrated understanding and future learning ？[J].Science Education，2011，95（4）：670-699.

[22] Fulmer，G.W.，Liang， L.L.，& Liu，X.（2014）.Applying a Force and Motion Learning Progression over an Extended Time Span using the Force Concept Inventory.International Journal of Science Education， 36（17），2918-2936.doi：10.1080/09500693.2014.939120.

[23] 郭玉英，姚建欣.基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].課程.教材.教法，2016（11）：64-70.

[24] Mohan L，Chen J，Anderson C W.Developing a multi‐year learning progression for carbon cycling in socio-ecological systems[J].Journal of Research in Science Teaching，2009.46（6）：675-698.

[25] Smith C L，Carraher D W.Using a Comparative，Longitudinal Study with Upper Elementary School Students to Test Some Assumptions of a Learning Progression for Matter[J].2010.

[26] Duncan，R.G.，& Gotwals，A.W.（2015）.A Tale of Two Progressions：On the Benefits of Careful Comparisons.Science Education，99（3）：410-416.doi：10.1002/sce.21167.

[27] Todd，A.，Romine，W.L.，& Cook Whitt，K.（2017）.Development and Validation of the Learning Progression-Based Assessment of Modern Genetics in a High School Context.Science Education， 101（1），32-65.doi：10.1002/sce.21252.