基于结构中心模型建构“力与运动”学习进阶

杨云霞 祁春春

(山西师范大学教育科学研究院，山西 临汾 041000)

目前关于学习进阶的开发模型有两种：伯克利评价系统(四基石模型)[1]和结构中心模型[2-3]。两种开发模型各有特点，前者注重评价系统构建的完整性，但忽视了对进阶变量的解构，后者详细说明了如何对进阶变量进行拆解，但对实证检验部分介绍较少。本文基于结构中心设计模型，从选择并界定“结构”、评价项目的设计两个方面建构了“力与运动”的进阶假设。

一、选择并界定“结构”

首先，要识别出不同年级在某个领域影响学生学习的知识和经验，即区分出每个阶段相应的学习目标。参考《小学科学课程标准》[4]、《义务教育物理课程标准》[5]、《高中物理新课程标准》[6]确定了各学段关于“力与运动”核心概念的学习目标：小学阶段，学生可以根据直观经验描述运动，形容力的作用效果；初中阶段，学生理解力的概念、认识力的作用效果，知道不同种类的力的产生条件以及计算方法，认识机械运动，理解匀速直线运动规律；高中阶段，理解不同机械运动的运动规律，能对多个物体组成的系统进行受力分析，理解力与运动的关系，解决实际问题。

其次，要基于学科本体逻辑和相关学习领域的已有研究将核心概念拆解为多个结构。加速度是连接力与运动的桥梁，以“加速度”为中心，可以将“力与运动”核心概念解构为5个结：结构A，力是物体间的相互作用；结构B，力是产生加速度的原因；结构C，加速度和速度决定了机械运动的形式；结构D，描述机械运动的各物理量的理解。

最后，划分每个结构的理解层次。学生对“力与运动”的迷思概念和先验知识的研究是层次划分的基础。通过对“力与运动”前概念的分析可以看出，学生的前概念主要集中在力学和动力学部分。所以在划分进阶层次时，分为两种：以概念修正为主，如结构A、B、E或以概念的积累为主，如结构C、D。基于此，提出“力与运动”的进阶假设(见表1)。

二、将证据与任务进行匹配—评价项目的设计

评价项目采用Briggs等介绍的有序的多层选择项目[7-8]，可以根据学生的选择确定学生当前处于哪个水平。

根据“力与运动”的进阶假设，结构A、B、E与结构C、D的评价项目的设计有所不同，下面分别介绍各类型评价项目的设计情况：

(一)结构A、B、E的评价项目的设计

结构A、B、E是以学生的迷思概念为进阶起点，以科学概念为进阶终点。以结构A为例：

结构A是力学概念，处于水平1的学生认为力是由有机体产生；处于水平2的学生知道了力是两个物体之间的作用；处于水平3的学生认识到物体间的力是相互的，并与物体的重量等有关；处于水平4的学生能对牛顿第三定律达到正确理解，开发的评价项目以第1题为例：

1、不考虑空气阻力的情况下，下列说法正确的是( )

A.刚抛出去的篮球受到手所施加的力，随着时间推移力慢慢消失。

B.篮球在空中不受到重力，只有与地面接触才受到重力。

C.抛出去的篮球受到重力，同时地球也受到篮球施加的力，篮球受到的力大，地球受到力小。

D.抛出去的篮球受到重力，同时地球也受到篮球施加的力，二者受到的力大小相等，方向相反，同种性质。

该题中选项A、B、C、D分别对应进阶假设结构A的水平1、2、3、4，如果学生选择A，那么就表示学生认为力是由有机体产生的，处于水平1；如果学生选择AB，防止过高估计学生的水平，判断学生处于水平1，以此类推。

(二)结构C的评价项目的设计

结构C是运动学概念，进阶过程从简单概念进阶到复杂概念的过程，该结构共划分了5个进阶水平，处于水平1的学生能正确区分机械运动和非机械运动；处于水平2的学生，了解匀速直线运动的规律；处于水平3的学生，了解匀变速直线运动的规律；处于水平4的学生，了解曲线运动的规律；处于水平5的学生，能利用加速度和速度区分不同的机械运动，以第7题为例：

2、下列说法正确的是( )

A.煤燃烧的过程不是机械运动，神州5号绕地球运转是机械运动。

B.匀速直线运动是速度不变的运动。

C.匀变速直线运动是加速度恒定(不为零)的直线运动。

D.做曲线运动的物体加速度和速度一定不在同一条直线上。

E.加速度是否为零是判断物体做匀速运动还是变速运动的依据。

该题的选项分别对应结构C的水平1、2、3、4、5，与结构A不同，由于概念累加的进阶过程。如果学生选择A，表示学生认为只有A是正确的，其他选项都是错误的，可以判断能正确区分机械运动和非机械运动，但对其他的运动规律并不理解，判定学生处于进阶的第1水平；如果学生选择AC，表示学生能区分机械运动和非机械运动，知道匀变速直线运动的规律，但学生认为选项B是错误的，为了防止过高估计学生的水平，判定学生处于第1水平；以此类推。

(三)结构D评价项目的设计

结构D属于运动学概念，进阶过程是概念累加的过。与结构C不同，结构D是学生关于5组描述机械运动的物理量的辨析：时间与时刻、路程与位移、速度与速率、平均速度和瞬时速度、速度与加速度。划分了5个进阶水平，处于水平1的学生，只能区分其中的1对概念；以此类推，学生对5对概念的理解都正确，学生才能处于进阶终点，以12题为例：

3、下列说法错误的是( )

A.质点位移的大小可能大于路程。

B.若物体在一段时间的瞬时速度为零，那么它在这段时间的平均速度一定为零。

C.物体有恒定的速度时，速率一定不变。

D.时间在时间轴上指一条线段，时刻在时间轴上指一个点。

E.图6中20秒时，物体的速度和加速度都为零。

“力与运动”进阶假设和评价项目的开发是后期进行实证检验的基础。正如Shea & Duncan(2013)所说，学习进阶必须通过迭代循环验证才能应用于教学，否则其一直是一个假设模型。所以文章中所建构的进阶假设以及设计的评价项目仅是结构中心设计模型的一个应用案例，是进行“力与运动”学习进阶研究的基础阶段，后期必须通过教学实验的验证、修订才能应用于教学。

表1 “力与运动”进阶假设

[1]Mark Wilson，Kathryn Sloane.From Principles to Practice：An Embedded Assessment System[J].Applied Measurement in Education，2000，13(2).

[2]StevensS Y，Shin N，Krajcik J S.Towards a model for the development of an empirically tested learning progression[J].2009.

[3]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(1)：112-118.

[4]冀思琪，刘军.2017版小学科学课程标准解读[J].教育实践与研究，2017(13)：4-6.

[5]中华人民共和国教育部制定.中国.义务教育物理课程标准[M].北京师范大学出版社，2012.

[6]廖伯琴，张大昌.普通高中物理课程标准(实验)解读[M].湖北教育出版社，2004.

[7]Derek C.Briggs，Alicia C.Alonzo，Cheryl Schwab，Mark Wilson.Diagnostic Assessment With Ordered Multiple-Choice Items[J].Educational Assessment，2006，11(1).

[8]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.