基于“学习进阶”理论的中考“科学图像解读（一）”教学策略

杨魁

摘 要：目前初中科学复习课课堂上普遍存在着没有教学目标，缺乏重点、难点的突破，平均使力或以练习来代替复习，机械地重复，缺乏新意等急待解决的老问题。基于“学习进阶”理论，以中考“科学图像解读”复习课为例，依据学生思维的三段式进阶发展，创设学生最近发展区——动车行驶的距离与时间图像，构建一个循序渐进的合理展示顺序——质量与体积关系，帮助学生建构中考科学图像解读的核心概念完整体系-正比例函数关系及图像，强化学生的渗透意识-力与距离及电压与电流的图像，增强初中学生的综合素质，培养其良好的科学素养。

关键词：学习进阶；中考；科学图像；教学策略

俗话说，“教无定法”，“教为了不教”，师们在教学中如何选择合适的甚至最优的教学方法，这是每一位教师有待思考的问题，而复习课更是教师们讨论的焦点。根据观察，中学科学复习课的效率极其低下，课堂上存在着没有教学目标，缺乏重点、难点的突破，平均使力或以练习来代替复习，机械地重复，缺乏新意等老问题。究其原因，主要在于教师缺乏对学生前认知的思考，不清楚学生最近发展区，如错误概念或不完全理解知识要点，以及不确定学生的迫切需求。

近年，“学习进阶”研究成为西方科学教育领域的一个研究热点。美国国家研究理事会（NRC）于2008年就提出了“学习进阶”理论（Learning Progressions），它很好地诠释了教师的教和学生的学两方面的困惑。“学习进阶”理论描述的学习路径为：学生在学习某一主题的概念时，思维所遵循的一条连贯的、由简单到复杂的轨迹。“学习进阶”理论揭示了对学生连贯且逐渐深入的思维方式及其过程：在一个适当的时间跨度下，学生学习和探究某一重要的知识或者实践领域时，思维方式将逐渐进阶。因此，“学习进阶”理论不仅符合学生的认知规律，且有助学生思维的进阶发展，有助提高学习水平和知识的迁移、应用能力。

虽然至今已有少数一线工作者开始关注和研究学习进阶，但我国目前对“学习进阶”的认识和研发仍处于起步阶段。我国学生的概念理解进程是怎样的？我国学生的学习进阶与国际学习进阶研究成果存在多大差异？我国中小学科学课程与教学在多大程度上可以借鉴国际学习进阶的研究成果？这都是我们亟待解决的问题。近十年，学习进阶在国际科学教育界掀起了一个研究热潮，它与学习理论、课程、评价领域的研究具有密切的继承关系。当前，国际科学教育领域关于学习进阶的研究已步入应用与实践层面，我国的學习进阶研究也取得了一些初步成果，但作为新兴研究领域仍有待深入。

本文以“中考科学图像解读（一）”复习课为例，尝试运用“学习进阶”的模式组织教学，且通过相应的师生教学实践，期望通过“学习进阶”理论来有效指导科学复习课教学，同时培养学生的科学素养。

一、选课意义

1.查阅初中阶段的课程标准我们可以清晰地知道，我国义务教育阶段的《科学课程标准》中对科学图像解读的有关知识没有单独给出专题章节进行学习，但是科学图像却已经处处渗透在中学教材的各个方面。

2.图像题是初中科学教学的重要组成部分，也是每年中考的必考题型。它不仅能考查学生对基础知识的掌握程度，也能考查观察、想象、分析、综合应用知识的能力，还能培养学生的思维能力，让学生熟悉科学研究的方法并培养他们的科学态度，这对广大中考考生来说既是一个重点，也是一个难点。

3.引领学生思维方式的改变，巧用数学工具解科学题目。科学源于生活，并用于生活，图像与生活实际联系密切，是实际生活中建模的重要工具之一。

4.帮助科学及其他学科教师转变现代教学的新理念，改进教学方法，优化复习内容，关注学科间的交叉与渗透，努力寻找科学与其他学科间的结合点、交叉点、生长点。同时，强化学生的渗透意识，增强综合素质。

二、学习进阶分析

学习进阶一般有五个组成要素：进阶终点；进阶维度；多个相互关联的成就水平；各水平的预期表现；特定的评测工具。通过与学生的交流、作业体现等手段，学生已掌握正比例函数及其图象分析，同时也知道一些学科中正比关系的物理量，但在学生的最近发展区没有用数学工具解决科学问题的概念，也缺乏对科学中类似正比例关系物理量的归纳及分析。

三、基于“学习进阶”理论的教学策略——“以科学图像解读”为例

环节一：重现原有知识（正比例函数图象），绘制图象

进阶水平1：初步寻找科学与数学交叉点与结合点并体现图象魅力。

演示图1（a）和图1（b），问：横坐标的x和纵坐标的y改成时间t和距离s后，变成了我们科学上的什么图象了？

活动1：绘制路程-时间图象，请同学们在任务单一上画出s-t图象。比一比，哪位同学画得既快又准确！

今年的全国两会正式召开期间，小杨代表乘坐动车去北京参加全国人民代表大会。在某段平直的轨道途中，小杨代表通过数电线杆来测算动车的速度。小杨代表以身边正对的电线杆为第一根开始计数，每t秒数得电线杆n根（具体数据见表1），电线杆之间的距离基本是固定的为50 m。大约历经13小时到达北京站。

活动启示：让画的最好的同学来介绍下如何画图。

环节二：解读图象

进阶水平2：用心挖掘，每张简单的图后面蕴藏着大量的信息，体会图象的重要性。

提问1：这条线可以告诉我们什么信息？

提问2：是不是所有路程与时间之间的关系都可以画成类似正比例函数图象表示？

活动2：绘制速度v-时间t图象，用来表示匀速直线运动

思考1：能否根据这个图象，在图象中表示出该动车在t1秒内通过的路程。

提升与讨论：如图（图2（c）），表示什么运动状态？阴影表示什么物理量？（引出平均速度，同时设置陷阱，警示学生认真读图）

思考2：碰巧的是另一位代表也乘坐动车去北京，他画的图象如图2（d）所示。下面，请同学根据图象来说说表示的科学含义。

学生展示：

1.可以根据图象计算出动车的速度；

2.可以比较两列动车的速度。

思考3：如何比较速度的大小？并说明理由。

师生方法小结：比较速度的大小，比较线的倾斜程度，且有共同的特点：倾斜程度比较大小（快慢）时，要注意先选取关键点定不变量，再比变化量。

我行我素：用测力计沿水平方向两次拉着同一物体在同一水平面上运动，两次运动的s-t图象如图3所示，其对应的测力计示数分别为F1和F2，功率分别为P1和P2，则它们大小关系是：F1____F2，P1____P2。（填“=”、“>”或“<”）

（通过进阶水平1，原有数学函数的展示和物理量路程和时间的关系，从学生熟知的数学知识与图像入手，贴近认知实际，提升到可以利用数学这一工具解决生活中的实际问题）

环节三：展示类推

进阶水平3：归纳总结初中物理中类似正比例关系的物理量。

知道了当物体做匀速直线运动时，可以用类似正比例图象来表示，归纳出其他科学量之间的关系，也可以用类似正比例函数的图象来表示。

成果展示：（1）G-m图象：描述星球表面物体受到重力G与物体质量m关系。

（2）m-V图象：该图象描述的是物质的一种特性。

（3）U-I图线：U-I图象用来描述的导体导电能力的。

提问：m-V图象，它可以告诉给我们哪些信息？

环节四：实战演习，展示风采

（通过进阶水平2，学生掌握图象蕴藏着大量的信息，提升到可以归纳出初中物理中所有类似正比例关系的物理量，以点带面，触类旁通）

进阶水平4：利用图象解决问题，升华主题。

展示自我：图4（a）表示物质的质量跟体积关系，图4（b）物质的密度跟体积的关系，从图（a）可见，A、B两种物质中密度较大的物质______，其值为________；将此物质的密度跟体积的关系转化成图4（b）图，可见斜线部分S的面积表示此物质的______，其值为___________。

图4（a）物质质量与体积关系图4（b）物质密度与体积关系图5普通电路图。

合作交流：图5所示的电路，电源电压保持不变。闭合开关S，当滑动变阻器滑片P位于最左端时，电流，显示数为0.2A，然后逐渐向左滑动滑片P的过程中，电流表、电压表示数的变化，数据如表2所示。

1.根据表2数据，在图6上分别绘制成流过R1和R2的电流与其两端电压的关系的U-I图象，根据图6的图象信息可知：电流表A的变化范围__________，电源电压为。

2.当滑动变阻器滑片P位于最左端时，电阻R2消耗的电功率为_______，并用斜线在图6中表示出电阻R2消耗的电功率。

3.根据图5的图象信息可知：当滑片P滑到某位置时，滑动变阻器电阻R2消耗的电功率最大为____，此时滑动变阻器R2接入电路的有效电阻为_______。

（通过进阶水平3，学生掌握图象解读策略提升到可以利用数学这一工具解决科学中的实际问题）

环节五：方法总结和拓展延伸

进阶水平5：领会。

优秀生解题策略：

1.正确方法“一识标”，“二明点”，“三析线”。

2.明确条件：首先理清图像和表中呈现了哪些条件？其次思考题目中还隐含了哪些条件，即由呈现条件还可以推出哪些条件？

3.静心通读：审题时一定要静心，烦躁不安、心不在焉、心烦意乱是大敌，做题时最易出差错。静下心来认真阅读，注意找出题目中关键性的字、词、句。

拓展延伸：

归纳总结类似正比函数在化学与生物中的运用。

四、教学启示

1.学习进阶有助于学生构建概念完整体系，培养学科素养

国外研究者认为，以整合的概念体系为核心，围绕少数概念进行深入探究的进阶学习，能够有效改变其“广而浅”的科学学习现状，最终实现科学素养的发展。本课例围绕“正比例函数图象”这一核心概念，通过回顾初中科学中几例常见正比例关系物理量，建立类似正比例函数图象模型，不仅将科学里零散而又孤立的知识点进行了连贯，而且渗透了用数学工具解决科学问题的方法，起到以点带面，触类旁通的作用。

2.学习进阶有助于学生逐级跨“阶”，培养自学能力

本课教学设计充分考虑学生最近发展区，基于学生的前认知为起点水平，结合学生熟悉的学科知識和生活经验，朝着更高层次的水平逐级发展。同时，根据每一阶段的学生进阶水平的表现，设计针对本阶段水平的习题进行效果评价，再根据学生已达到的学习水平不断修正实际教学阶段的下一水平要求，更有针对性、高效地过渡到下阶段的教学，符合学生的认知规律。学生充分认识到知识的进阶层次，为学生更好地学习新知识奠定了基础。

3.学习进阶有助于因材施教

由于不同学生个体、不同的学情，教育工作者要关注学生的个体差异和个体内发展的不均衡性，设置不同的问题，尽可能地按照每个学生所具有的不同智能结构注入特色的催化剂。让所有师生都学有所思，钻有所获。事物之间都是有联系的，没有孤立的知识，然而人们在认识事物的时候，有一个循序渐进的过程，很多事物都是在不断的“认识——再认识”的过程中，逐渐被人们所理解和应用的。当然，科学图象知识的学习更是如此。初中阶段的科学学习是一个启蒙阶段，这个时候如果给学生传授不易理解的知识，显然是不可行的。教学要遵守学生的认知发展规律，到高中阶段，可以逐渐增加知识的深度和广度。在这个层面上来说，“学习进阶”和我国古代的学习方法“循序渐进”是有相似之处的。

总而言之，不管是我国古代“循序渐进”的教学方法，还是如今较流行的“学习进阶理论”，都是为了学生更好、更全面的发展，因此，在以后的学习和实践中，希望大家都能注重这方面，争取有更好的教学效果。

参考文献：

1.王磊，黄鸣春.科学教育的新兴研究领域：学习进阶研究[J].课程·教材·教法，2014，34（1）：112-118.

2.郑曼瑶，张军朋.“学习进阶”的研究及其在物理教学中的应用[J].物理通报，2014（12）：2-5.

3.郭玉英，姚建欣.基于核心素养学习进阶的科学教学设计[J].课程·教材·教法，2016，36（11）：64-70.

4.郭玉英，姚建欣，张静.整合与发展——科学课程中概念体系的建构及其学习进阶[J].课程·教材·教法，2013（2）：44-49.

5.姚建欣，郭玉英.为学生认知发展建模：学习进阶十年研究回顾及展望[J].教育学报，2014，10（5）：35-42.

6.皇甫倩，常珊珊，王后雄.美国学习进阶的研究进展及启示[J].外国中小学教育，2015（8）：53-59.

7.周建秋.促进科学探究核心概念建构的“学习进阶”[J].现代中小学教育，2016，32（6）：89-91.

8.李佳涛，王静，崔鸿.以“学习进阶”方式统整的美国科学教育课程[J].外国教育研究，2015，40（5）：21-26.

9.姜小圩，周勇.学习进阶及其在科学教育改革中的生命线作用[J].宁波大学学报：教育科学版，2015，37（2）：121-125.

10.袁媛，朱宁波.探析国外科学教育领域的学习进阶研究[J].外国中小学教育，2016（7）：59-64.

Abstract： The current class junior high school science review class generally has”no teaching objectives，lack of focus，difficulty and breakthrough of the average force or in practice instead of the review，mechanical repetition，lack of new ideas and old problems.Based on the theory of“learning”，“scientific image interpretation”in senior high school entrance examination review class as an example，on the basis of the three section type students thinking of advanced development，creation of distance and time images of their recent development area-motor car driving，build a reasonable order of step by step voltage and power flow，the core concept of complete system-help the students to construct scientific interpretation of images is the proportion of senior high school entrance examination function and image，strengthen students' awareness of the infiltration-quality and volume as well as the image force and distance，enhance the comprehensive quality of junior high school students，cultivate their good scientific literacy.

Key words：Learning Progressions Theory；Test； Scientific Image；Teaching Strategy

（作者單位：浙江省台州市黄岩区宁溪初级中学）