科學概念學習進階路徑的設(shè)計與實施

袁優(yōu)紅：小學科學特級教師，正高級教師。浙江省中小學教材學科審查委員會成員，省名師工作室導師，省民革驕傲人物。獲全國小學科學優(yōu)質(zhì)課評比一等獎、全國中小學公開課大賽特等獎。輔導學生參加科技實踐活動獲全國一等獎。出版專著《小學科學有效性教學策略探究——上學生喜歡的科學課》《新課程背景下小學科學有效教學探索》。

《義務教育小學科學課程標準》把學習進階作為教學目標和內(nèi)容描述的理論依據(jù)。學習進階也稱學習進程，是現(xiàn)今國際教育研究的熱點之一，指學生在學習同一主題概念時所遵循的一系列由簡單到復雜相互關(guān)聯(lián)的概念序列描述。根據(jù)學習進階理論設(shè)計科學學習活動，能使學生在學習某一核心概念的過程中，遵循從簡單到復雜、從膚淺到深入、從低水平到高水平的學習思維發(fā)展序列路徑。它能指導教師在設(shè)計與實施科學概念建構(gòu)活動中，主動追蹤學生的認知發(fā)展歷程，做到有跡可循，科學探究活動具有邏輯性、系列性。下面，結(jié)合本人多年教學實踐，談談核心概念學習進階路徑設(shè)計與實踐的膚淺體會。

一、厘清科學概念學習進階的起點和終點

維果斯基在“最近發(fā)展區(qū)”理論中指出，教師應了解學生認知現(xiàn)有發(fā)展區(qū)和潛在發(fā)展區(qū)，關(guān)注學生的“最近發(fā)展區(qū)”，然后據(jù)此進行教學設(shè)計。學習進階理論運用目的是有效建構(gòu)科學概念，教學時，了解和測查學生已有的認知水平，找準學習進階起點，準確把握需要建構(gòu)的科學概念，正確定位學習進階終點，明確實現(xiàn)的目標。這是概念進階學習落實的第一步。

（一）學習進階起點

學習進階起點一般使用問卷、訪談、前測等方法測定，傳統(tǒng)的純粹經(jīng)驗型確定法往往導致與學生真實起點出現(xiàn)偏差的現(xiàn)象。同時，教師要善于對進階起點獲得的原始信息加以分析，讓進階起點的具象信息整理歸類于科學概念、科學探究理解層面的解讀，并解釋因果關(guān)系，為實施“以生為本”的教學奠定基礎(chǔ)。例如，四下《我們是怎樣聽到聲音的》一課，我通過問卷調(diào)查和訪談的方法了解學生學習的起點：聲音會在耳朵中傳播;耳朵中有一張膜，耳朵里面有一些結(jié)構(gòu)，但是卻不太清楚，學生不太愿意表達;耳朵生病了，會失去聽覺，就不能聽到聲音了。

根據(jù)事實分析，我做了學習起點整理分析：由于耳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是暗箱型，不容易被直觀觀察，學生對耳朵傳播聲音的理解是非常淺薄和模糊的，特別是對中耳、外耳部分十分陌生，理解很多是錯誤的，已有的經(jīng)驗大多來自課外書。

（二）學習進階終點

對小學生來說，學習進階終點往往就是小學畢業(yè)時學生在某概念的學習上應該達到的學習水平。這個學習進階水平是基于學科本質(zhì)、學生認知水平、課程標準、社會預期等因素共同厘定的。將期望的學習最終目標在教學前考慮清楚，就能有針對性地規(guī)劃設(shè)計學習活動，不拔高也不輕易降低活動要求。例如，《我們是怎樣聽到聲音的》一課，綜合課標、教材和學生認識等幾方面，明確了本課學習終點：對耳朵的結(jié)構(gòu)和功能的探究——建立結(jié)構(gòu)與功能的聯(lián)系;學會用觀察、模擬實驗的方法尋找證據(jù)，科學解釋耳朵各結(jié)構(gòu)的功能，特別是中耳部分鼓膜的結(jié)構(gòu)和作用;建立“聲音在耳朵的傳播過程是一個連貫的、各結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的過程”的概念。

曾經(jīng)在研課中，對是否要具體講解聽小骨、播放聽覺神經(jīng)結(jié)構(gòu)功能環(huán)節(jié)出現(xiàn)了分歧，最終以學習終點沒有此認知要求作為裁定標準，弱化了與課標、學生認知水平、學習進階終點相悖的內(nèi)容，讓教學更貼合學生的實際認知水平。在《我們是怎樣聽到聲音的》進階終點——具體概念定位的同時，上位的科學概念“結(jié)構(gòu)與功能”，期望指向的核心概念也撥云見日，變得明朗起來。

從長遠解釋看，學習進階終點是學科中的大概念學習，圍繞大概念的認知發(fā)展過程，構(gòu)建基于學生認知發(fā)展的學習進階。為了教師能從整體上理解本年段概念進階目標，還可以在明確現(xiàn)階段進階終點的情況下，再繼續(xù)往下或往上看更低、高年段學習進階的目標要求，凸顯概念進階的邏輯性和系統(tǒng)性。

需要指出的是，在更高層級“階”上的學生并不是比更低層級“階”上的學生“知道得更多”，而是他們對內(nèi)容的理解方式存在差異。例如，不同學段學生對“能量”的理解是不一樣的。

二、規(guī)劃設(shè)計符合學習者學習進階路徑

聚焦核心概念的學習可以提升學習效率，有了學習進階理論指導，就有助于概念學習路徑科學化，有計劃、有層次地促進學生學習進階。

從下圖學習進階的模型看，學習起點和終點之間有很多的中間階，一個個連續(xù)的中間階將學習起點和終點連接起來，形成完整的學習路徑。規(guī)劃設(shè)計學習進階路徑的關(guān)鍵依據(jù)是學生的中間水平，教師要分析把握進階的中間水平節(jié)點，讓每一環(huán)節(jié)的設(shè)計都有進階水平作為強有力的支持。進階路徑一般從學段和課時兩個層級思考規(guī)劃：一是從學段層面分析和規(guī)劃某科學概念上升到核心概念的推進路線;二是從課時層面厘清課堂建構(gòu)具體概念結(jié)構(gòu)化進程。

（一）以學段為進階周期的學習進階路徑設(shè)計

教材把學習進階理念融入課標，以學段作為主題的進階周期，一般會遵循由感性直觀到抽象概括、從現(xiàn)象到本質(zhì)的進階路徑。如“植物”概念進階貫穿整個小學階段，但各個年級有不同的進階目標：1～2年級只是引導學生觀察，說出周圍常見植物的名稱及其具體特征;3～4年級要引導學生重點關(guān)注植物各個器官特征與作用，列舉當?shù)氐闹参镔Y源，尤其是與人類生活密切相關(guān)的植物;5～6年級要在了解植物各部分特征的基礎(chǔ)上，對常見植物特征進行概括，進行簡單的二歧分類，意識到植物多樣性，與周圍環(huán)境的密切關(guān)系。顯而易見，同一主題學習進階的邏輯性和序列性是客觀存在的，教師教學設(shè)計先要從大學段視角分析把握各年級進階目標要求，掌握大進階路徑圖，明確本年級所處的進階位置與目標，幫助學生從充實感性認知出發(fā)，循序漸進，實現(xiàn)現(xiàn)象到本質(zhì)，建構(gòu)“具體概念—主要概念—核心概念—大概念”的學習進階路徑。

（二）以課時為進階周期的學習進階路徑設(shè)計

以課時為進階周期的學習進階路徑，是教師從相對微觀層面給出相對具體的學習路線，把學生學習某一教學內(nèi)容的過程，劃分成一些階段或步驟，使學生更清晰地認識到建構(gòu)具體概念的規(guī)律和思維層次，主要有兩類。

階梯遞進型。一節(jié)課聚焦一個主題，由淺入深，通過學生體驗探究，層層深入，獲取信息與證據(jù)，從而建構(gòu)對概念的認知，活動之間是遞進關(guān)系。例如，制作雨量器活動中，先讓學生觀察了解雨量器和雨量器測量降雨的場景，對雨量器有一個感性的認知;接著讓學生觀察不同形狀的容器，并挑選能夠制作雨量器的容器;再設(shè)計制作雨量器，用制作好的雨量器測量雨量。再如，《光的傳播會遇到阻礙嗎》一課，先以皮影的游戲，由現(xiàn)象聚焦問題：光的傳播會遇到阻礙嗎？接著學生探究光穿過紙、玻璃、書這些有結(jié)構(gòu)材料會怎樣，再用激光筆照射充滿煙霧的透明水槽，借助一些媒介物體，用眼睛清晰地看到光線是怎樣在透明物體中傳播的，建構(gòu)光在傳播中遇到透明物體或半透明物體時，能穿過物體或部分穿過物體繼續(xù)傳播的概念。設(shè)計的進階活動環(huán)節(jié)與學生認知學習的中間階對應起來，由淺入深，由表及里，讓學習環(huán)節(jié)設(shè)計有了認知依據(jù)。

主題集合型。一節(jié)課圍繞主題，從不同角度尋找證據(jù)與解釋，建構(gòu)對主題建構(gòu)的進階路徑，活動之間一般是并列關(guān)系。例如，在觀察水的活動中，學生用觀察、實驗、比較、閱讀資料等方法完善對水的認知。如一些整理總結(jié)課，用主題聚焦型的學習路徑幫助學生厘清思路，明確概念。如，左圖對顯微鏡認知整理的進階路徑。

以學段或課時作為周期的進階路徑，都要遵循由現(xiàn)象到本質(zhì)、由感性到抽象、由原理到創(chuàng)意設(shè)計制作的思維過程，體現(xiàn)科學實踐的邏輯思維，圍繞科學概念由不完整到逐步完整的過程。需要指出的是，學習進階的路徑不是唯一的，在學習過程中，多種進階路徑的出現(xiàn)都是可能的，不同的學習進階會產(chǎn)生不同的學習效應，這與科學家研究的思路多樣性是一樣的。

三、為學習進階搭建學習支架，促進學生拾級而上

在進階過程中，學生在認知情感、技能方法、科學思維、對科學本質(zhì)理解等方面會遇到障礙和困難，適時適當為學生搭建進階支架提供學習支持，促進學生從相對低階水平向高階水平發(fā)展，是進階的關(guān)鍵。

（一）創(chuàng)設(shè)情境

做好驅(qū)動型問題或任務的設(shè)計，引發(fā)學生認知沖突，指向有關(guān)聯(lián)認知的進階。例如，《我們是怎樣聽到聲音的》一課，設(shè)置三個驅(qū)動型問題：聲音在耳朵中傳播路線是怎樣的？耳朵各部分的結(jié)構(gòu)有什么功能？我們是怎樣聽到聲音的？（在課前、課中、課后三次貫穿出現(xiàn)）三個問題從了解學生學習進階起點開始，引導學生從耳朵的外部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向?qū)Χ涔δ艿恼J知，三次怎樣聽到聲音的解答意味著學生認知的不斷進階，不斷完善。驅(qū)動型問題其實就是進階思維路線圖，體現(xiàn)了引發(fā)學生認知沖突、解決沖突、實現(xiàn)認知平衡的過程，讓一節(jié)課的脈絡變得清晰可見。

（二）學習單的支持運用

學習單的運用能有效破解學習進階障礙，并擴大學生自主探究的空間。在學習小電動機轉(zhuǎn)動秘密的進階活動中，一位教師按照學生認知進階設(shè)計了有結(jié)構(gòu)的學習單，促進學生逐級進階。

小電動機轉(zhuǎn)動秘密學習單

小電動機的轉(zhuǎn)動與構(gòu)造

活動一：讓小電動機轉(zhuǎn)起來。利用一節(jié)電池、兩根導線和一個小電動機，讓小電動機轉(zhuǎn)起來。

用手觸摸一下轉(zhuǎn)子，觀察一下你們的小電動機轉(zhuǎn)動的方向是（? ? ? ? ）。

A.順時針? ? ? ? ?B.逆時針

試試看，能不能改變一下你們小電動機的轉(zhuǎn)動方向？你們的方法是：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

小組討論一下，這個實驗說明：小電動機的轉(zhuǎn)動方向與? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 有關(guān)。

活動二：觀察小電動機的構(gòu)造。

拆開小電動機，結(jié)合下面的圖示（略），認識小電動機各部分的名稱，數(shù)一數(shù)各有幾個部件。

外殼上有? ? ? ? ? ? ? 塊磁鐵。

轉(zhuǎn)子上有? ? ? ? 個鐵芯，? ? ? ?個線圈，? ? ? ? ?片換向器，也就是有? ? ? ? ?個電磁鐵。

后蓋上有? ? ? ? ? ? ? ? ? ?片電刷。

小組討論一下，口頭說出你們的猜測：小電動機通電后為什么會轉(zhuǎn)起來？

學生以學習單作為學習進階支架，從整體小電動機轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象觀察入手，到小電動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀察，再推測小電動機轉(zhuǎn)動的秘密，建立起階與階之間的關(guān)聯(lián)，向科學概念建構(gòu)目標推進。以學習單作為進階支架，還能有效避免課堂教師過多講授的現(xiàn)象，還給學生自主充分的探究時間和空間。學生可以對照學習單支架，根據(jù)自己認知節(jié)奏和興趣開展自主探究。

（三）以推理論證思維貫穿學習進階過程

有些課，我們不妨讓學生用各種方法收集證據(jù)，從證據(jù)建構(gòu)概念的角度來實現(xiàn)學習進階，這樣，科學學習的本質(zhì)會更加凸顯。例如，上《比較不同的土壤》一課，把單純比較土壤的滲水性、黏性等特點的活動，變成創(chuàng)設(shè)情境，讓學生論證“兩棵鳳仙花生長不一樣，是否與土壤滲水性、黏性、顆粒等特點有關(guān)”的假設(shè)。學生圍繞主題，自己想辦法尋找兩種土壤的滲水性、顆粒大小、黏性等方面的不同，作為證據(jù)去解釋鳳仙花適合怎樣的土壤生長。這樣的進階教學，激發(fā)了學生學習主動性和挑戰(zhàn)性，探究的主題更加明確，讓活動更有科學實踐的韻味，同時也習得了科學論證思維方法。

四、以學習進階理念實施教學的評價反思，逆向反思概念建構(gòu)過程

基于學習進階的小學科學教學評價，以清晰明確的進階終點作為參照，在課前就確定出評估的證據(jù)，明確應該建構(gòu)的科學概念水平。教學結(jié)束，主動進行逆向反思評估，能促進師生像評估員一樣思考：1.師生的教學和學習是否已經(jīng)達到預期？2.教學的得失在哪里？每節(jié)課逆向反思評價設(shè)計表如下：

教師以反思評價表為依據(jù)，以進階目標為參照，反思學習進階過程，從而有效調(diào)整學習進階進程設(shè)計，建立以大概念引領(lǐng)的學習認知模型，促進教師教學設(shè)計水平不斷提高。

科學概念學習以學習進階理論為依據(jù)，能促進學習建構(gòu)符合學生認知發(fā)展規(guī)律，其實是從學習進階理論高度解決“我在哪里？我要到哪里去？我怎么去？我怎么評價是否到了那里？”教學設(shè)計中的老大難問題，是推進真實學習、改進課堂、核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標落地的有效舉措。以大量的案例積累，跟蹤觀察學生對科學概念掌握程度來分析學習進階過程，建立進階認知模型，是今后繼續(xù)深入開展小學科學核心概念學習進階路徑的設(shè)計與實施的重點內(nèi)容。