学习进阶的研究现状

杨云霞

摘 要 学习进阶是国际科学教育的研究热点。本文通过对国内外的文献梳理，从元学习进阶的研究、基于进阶假设的实证研究方法两方面进行综述，发现关于学习进阶定义、特征、组成要素的理解在一定程度上已经趋于一致，但仍然存在争论；关于方法论的研究趋于多样化；而精细化的研究方法以及学习进阶理论研究和实际应用的交互影响是未来研究的核心议题。

关键词 科学教育 学习进阶 研究方法

中图分类号：G442 文献标识码：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

随着全球化、信息化时代的发展，核心素养成为实现自我与促进社会和谐发展的基础，而其中科学素养尤为重要。科学教育是培养科学素养的主要途径，而当前的科学课程的教学中主要存在以下问题：（1）有限的学习时间和日益增长的科学知识之间的矛盾；（2）围绕具体事实开展教学的现象仍然存在，抑制了科学课程的进一步深化；（3）科学课程和教学实践忽视了科学知识的系统性和完整性，导致学生头脑中的零碎知识，缺乏思维结构。为了解决这些问题，美国科学教育界提出了要围绕学科核心概念发展学习进阶。从此学习进阶的研究正在成为科学教育研究的新兴领域。

1 学习进阶的定义、特征和组成要素

1.1 学习进阶的定义

关于学习进阶，研究者主要从进阶时间、内容、形式三个维度对其进行定义，但对3个维度的理解却不同：在进阶时间上，大家一致认同学习进阶研究的是学生在较大时间跨度内（如6-8年）的发展）。 [1][2][3]在进阶内容上，选择有所差异，有的研究者认为进阶内容应该是学科概念或跨学科核心概念的理解；[2]而有的研究者强调进阶内容应该是将科学概念、科学解释、科学实践、科学探究的理解和应用整合起来。[1]关于进阶形式，大多研究者采用类似于“逐渐复杂”这样的表述，但对于怎样的进阶才符合“逐渐复杂”没有详细定义，目前关于“逐渐复杂”主要有4种解释：[4]（1）由简到繁，更为丰富的知识；（2）从现象到本质，有更深入的理解；（3）将丰富知识整合化，做更全面的深入理解；[5]（4）从无到有，更有生成性的理解。[6]

由于研究者对这三方面理解的不同，对学习进阶并没有统一的定义，美国国家研究理事会在2007年发布的《让科学走进学校：K-8年级科学学习的学与教》中对学习进阶的定义：“学习进阶是随着时间的不断增加，学生对某一学习主题的思考和认识不断丰富、精致和深入的一种过程”，这一定义获得了多数研究者的认同和使用。

1.2 学习进阶的特征

学习进阶是学生在学习某一主题时的思维路径，不仅指明了学习的方向，也描述了递进的方式，该路径具有以下特征：

（1）进阶路径多样性，由于学生的思维路径与学生头脑中已有的知识、学习风格、认知能力等不同，所以并不是每个学生都按照假设的路径前进。

（2）进阶路径的不确定性，体现在两方面：一方面在进阶假设模型建立的过程中，由于研究者主观因素的影响，使得所建立的模型不一定完全符合学生的认知发展；另一方面进阶终点的确定往往来源于社会期望、课标等方面，所以进阶终点具有可变性。

1.3 学习进阶组成要素

对于学习进阶的组成要素，不同研究者看法有所不同，其中有四要素说[7]和五要素说。[8]通过归纳，提炼出一项标准的学习进阶应该包括：进阶变量、进阶层次、评价项目、测量模型。

（1）进阶变量，也称进阶维度，是学习进阶的内容维度。对进阶变量的选择呈多样化趋势，针对“进阶内容是知识还是能力，内容维度是一维还是多维？”的问题，不同研究者选择了不同种类的进阶变量。在学习进阶早期的研究中，多是以知识为进阶变量，刻画学生对某一主题的认知发展层级，例如“生态系统中碳循环”的学习进阶、[9]“力和运动”学习进阶、[3]“能量”的学习进阶 [10]等；此外，有研究者以学生在科学教育中必備的关键能力作为进阶变量，例如科学建模能力的学习进阶、[11]科学论辩能力的学习进阶[12]等；随着《K-12年级科学教育框架》以及《下一代科学标准》（的颁布，倡导将学科核心概念、学科间的共通概念、科学实践进行横向整合。同时，关于进阶变量的选择也从单维走向多维，有研究者以知识整合度为进阶变量，[13]还有研究者以内容和能力的整合为进阶变量，例如进化论与科学建模能力的整合、[14]生态圈和科学解释能力的整合、[8]能量和科学解释的整合[15]等。

（2）进阶层次，是学习进阶的重要组成部分，描述学生发展过程中存在的不同阶段，主要包括进阶起点、中间水平、进阶终点。在描述进阶层次时要具备以下特征：首先，各成就水平要界定清晰，具有一定的可操作性，能清晰地描述位于该水平的学生应该能完成什么样的任务表现；其次，各水平之间具有一定的连贯性，学生要达到较高水平就要先达到较低的水平。

（3）评价项目，主要用于跟踪学生关于主题的发展情况，其设计主要依据假设的进阶层次，现有的研究中评价项目有两种类型：开放性项目[16]和有序的多层选择项目（OMC））。[17][18]Alonzo对这两种评价项目进行对比发现OMC对学生进阶水平的诊断更准确、有效。

目前学习进阶的评价项目存在以下问题：①不同环境中学生对项目的反应不一致；②学生对项目的表征方式会影响学生的反应；③要将项目中的每一个反应与学习进阶的水平相对应在设计上存在很多挑战。此外基于学习进阶的评价项目缺少通用性，多数研究者建立的评价项目只能应用于某一学科主题。[10][16][17][19]

（4）测量模型，就是将学生理解转变成分数进行处理的模型，目前广泛使用的模型是经典测量理论中的真分数模型、项目反应理论和潜类别分析认知诊断模型。[20]

2 基于进阶假设的实证研究

近几年国内外对学习进阶的研究逐渐转向实证研究。[2][21][22][23]研究者也从各个角度探索了学习进阶的研究方法，下面对这些方法进行梳理和讨论。

2.1 构建和呈现进阶假设的方法

目前关于构建和呈现进阶假设的方法有三种：逐級进展法、全景图法[1]和认知诊断模型建构法。[20]

逐级进展法：该类方法构建的学习进阶如逐渐升高的台阶，在台阶的最底层学生入学时关于某一核心概念的前概念，台阶的最高层是社会的期望或课程标准中规定的学生毕业时的要求，学生从低阶水平到高阶水平的发展动机是认知冲突。

全景图法：该类方法建构的学习进阶像一张网，涉及到各学段、各领域的知识和技能。利用该方法建构进阶假设时，不需要调查学生的前概念，主要依据科学标准来制定进阶假设。

认知诊断模型建构法：该方法结合了认知心理学和现代测量学，建构以“属性”为单位的精细化测量模型，进而对学生内部微观认知结构进行诊断，最后建立学习进阶。

以上三种方法在学习进阶研究中应用较多，其中逐级进展法和全景图法所建立的进阶假设必须通过实证检验来修订，而认知诊断模型建构法是在实证测量之后，依据收集的数据来建构进阶假设。

2.2 基于进阶假设实证检验的方法

基于学习进阶的实证研究的方法有两种：横断研究和纵向追踪研究，前者是描述不同年级学生关于特定领域的知识和推理的发展情况；[24]后者是对同一批学生的理解过程进行长时间的观察及分析的研究。[16][17]

关于“是横断研究还是追踪研究”这一争论，其本质是关于教学干预手段在学习进阶研究中的角色问题的争论。有研究者认为学生无法在原有知识的基础上发展，所以没有设计教学干预手段的横断研究是无效的；[19][25]但也有部分研究者认为，教学干预手段会对学习进阶的价值判断产生影响，不能采用纵向追踪研究。为解决这些问题，研究者还需要设计多个对比研究来判断教学干预对学习进阶的影响强度。[26]

实证检验的目的是要对进阶假设进行修订，学习进阶的修订主要涉及两个方面的内容：对进阶水平的修订和对进阶维度的修订。Shea等人提出了学习进阶的修订的三个原则：[4]①当新思想与核心概念直接相关时，并且代表一个重要的概念转变将该思想增加为一个新的水平；②当某一特定的理解水平在所收集的数据集中没有相对应案例（或极少数的案例），那么要考虑删减这一水平；③当两个水平的评价项目难度相同，不能区分学生的能力。Todd利用这修订原则对“分子遗传学”的学习进阶进行了修订。[27]

3 学习进阶研究现存的问题

目前学术界对学习进阶的研究给予了很大的希望，认为学习进阶可以为课程标准的设计、课程开发、学业评估和教师培训等多个系统的整合提供统一框架。为了此研究者从多方面展开研究，在近十年学习进阶的研究取得了很大的成果，但由于学习进阶的研究仍处于研究早期，仍然存在一些待解决的问题：

（1）干扰变量的影响，学习是一个复杂的过程，学生个体差异、先验知识、教学环境都会影响学习的过程，认知科学研究中的两个发现对学生发展水平的评估产生了影响：①学生对不同项目情境的反应缺乏一致性，学生无法像物理学家一样将一些利用相同原理的问题归为一类；②学生对科学语言的理解不同，影响学生对评价项目的表征。

（2）研究方法的缺失，如前文所述，学习进阶的研究框架、实证研究的方法、构建进阶假设的方法以及修订学习进阶的方法的研究为学习进阶的后续研究提供了方法论，但关于评价项目的设计原则和方法、将学生思维过程外显为行为表现的方法、将学生的行为表现与学习水平匹配的原则等研究处于缺失状态。

（3）学习进阶应用中存在的问题，由于学习进阶的研究仍处于研究早期，对于学习进阶的价值还无法确定，部分研究者对学习进阶是否可以对政策和教育改革产生影响还存在质疑，已有的基于学习进阶的应用研究大多没经过教学实践的检验，与实际的教学过程脱轨，这些都需要进一步的研究和论证。

学习进阶的研究现处于探索性阶段，仍然需要进一步的丰富和发展，虽然前进的道路上充满艰难，但学习进阶以建构主义为哲学基础，借鉴概念转变理论的研究成果，利用心理测量的技术，满足学习领域、课程领域、评价领域多方面的诉求，是科学教育领域的新兴研究方向，其有广阔的发展空间。

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