基于学习进阶理论的核心概念教学——以“通过神经系统的调节”为例

杨淑萍 金冬桂 郝渊博

(新疆石河子大学师范学院 石河子 832000)

学习进阶是对学生学习某一核心概念时所遵循的连续的、典型的学习路径的描述，一般呈现为围绕核心概念展开的一系列由简单到复杂、相互关联的概念序列[1]。其不仅有助于学生对科学教育中核心概念的认识和理解，而且有利于教师从学科核心概念入手，进行跨学段的描述和测评，并对每一个主题进行学习进阶分析，从而实现微观教学实践的应用。早在2007年，美国国家研究理事会在《让科学走进学校： K-8年级科学学习的学与教》中曾明确指出，学习进阶研究在课程开发、课程标准的深度、科学知识的关联性以及教学理解的深刻性上具有潜在的价值[2]。可见，学习进阶理论为学科教学的持续深入提供了理论基础。鉴于此，本文以“通过神经系统的调节”为例，以“神经调节”核心概念作为学习进阶的对象，围绕“神经调节”核心概念构建学生认知发展的学习进阶，以此来指导教学设计。

1 “神经调节”学习进阶的建构

1.1 确定进阶维度 神经系统能够及时感知机体内、外环境的变化，并作出反应，调控各器官、系统的活动，实现机体稳态。本研究从这个重要概念入手通过对课程标准和教材内容的解读，归纳出神经调节学习进阶下的5个核心概念，分别是神经调节的基本方式、兴奋在神经纤维上的传导、兴奋在神经元之间的传递、神经系统的分级调节和人脑的高级功能。通过分析神经调节大概念的认知发展过程，呈现本节的概念图(图1)。

图1 神经调节概念图

图1较清晰地展示了神经调节这一大概念所统摄的一般概念和学科事实。通过对概念图的分析发现，神经调节的组成多为学科事实，学生较容易理解；神经调节的基本方式和反射的结构基础这部分内容学生在初中已经学习过；但兴奋在神经纤维上的传导、兴奋在神经元之间的传递、神经系统的分级调节和人脑的高级功能这些内容都是学生首次接触，对这部分内容所包含的专业术语比较陌生，难以理解，很容易引起学生的误用和误解。因此，将“神经调节”这一核心概念的进阶维度确定为3个： 神经调节的基本方式、兴奋的传导、高级神经中枢的调节。通过追踪学生在这些进阶维度上的理解水平可以了解其对核心概念“神经调节”的学习进程[3]。

1.2 划分进阶水平 如何围绕“神经调节”核心概念认知发展构建学生认知发展的学习进阶，是神经调节学习进阶构建过程中一个难点。概念教学正是围绕核心概念的认知发展，通过纠正、补充和完善学生的前概念，从而使学生构建正确的认知体系和核心概念。生物学概念的认知过程中，概念教学的过程从简单到抽象依次为： 图式—同化—顺应—平衡四个阶段[4]。根据学生的认知水平以及对核心概念的认知发展过程将学习进阶划分为4个阶段，分别来对应概念教学过程的发展层级(表1)。

表1 概念教学过程层次表

确定了学习进阶划分的标准之后，又根据各要素在不同学习阶段的发展水平的划分方法[5]，对核心概念每个进阶维度包含的一般概念和学科事实进行进阶水平的划分。图1中所涉及的一般概念和学科事实均是以专业术语的形式表示，而在教学中，教师给学生传授的不仅仅是基本的名词术语，还包括这些科学概念的内涵与外延等。参照《普通高中生物学课程标准(2017年版)》，将“神经调节”统摄的一般概念和学科事实用陈述句的形式进行表述，构建出学生“神经调节”核心概念学习进阶，进而对神经调节这节内容进行教学设计(图2)。

2 基于学习进阶的“神经调节”核心概念教学设计

2.1 学情分析 通过分析图2神经调节核心概念学习进阶图可以看出，现在学生的认知水平处于一种较低的理解水平，学生往往会根据已有的学习经验对神经调节核心概念有一些认识，认为人体内的许多活动会与神经调节有关，但体内的这些活动是怎样通过神经调节的，对于神经调节这一机制的运行过程并不了解，因此对这一运行过程更深入的探究为学生学习“神经调节”提供了一个进阶起点。且2017年版高中生物学课程标准基于学生的认知发展和学科核心素养修订了高中生物课程结构和内容，将社会要求学生对神经调节核心概念的科学理解水平作为一个终极目的，为教师设计“神经调节”这节内容提供了一个思路，也为学生学习完“神经调节”提供了一个进阶终点。但在学生学习“神经调节”时可能会存在中间状态，学生从简单到复杂逐步学习神经调节的基本方式、兴奋的传导、高级神经中枢的传导。在已有的研究中一些教师已经发现： 学生在学习的过程中，由于对于一些概念的混淆和没有更深入的理解，会存在一些迷思概念。例如，神经冲动的传导和传递，学生由于没有理解兴奋的传导过程，同时也没有进一步去理解兴奋在神经纤维上的传导和兴奋在神经元之间传递的区别，以至于学生对于这两个概念会混淆。这些常见的迷思概念也是学习进阶的关键核心概念，教师需要通过设计相应的教学策略来解决学生对于这些概念的混淆，帮助学生理解这些核心概念，跨越关键点，从而使学生进入下一阶段的学习，最后可以达到社会要求学生对神经调节核心概念的科学理解水平。

图2 神经调节核心概念学习进阶图

通过对学生学情进行分析发现： 将学习进阶的终点进行分解，变成一个一个的进阶维度，再根据学生的认知发展水平来对每一个进阶维度做出一个清晰地规划，并引导学生完成每一个进阶维度的目标，这样可以更有利于教师的教学，也有利于教师对学生的更深入了解。

2.2 教学设计 学习进阶并不只是解决学习者认知发展路径的问题，它解决的是学习者认知发展过程中用以“踏脚”的具体“脚踏点”[6]。在我们的学习中只有学习路径是不够的，它并不能满足学习者认知发展的支撑，所以只有找到那个“脚踏点”才能帮助完善认知结构。而在神经调节这节内容的教学设计中，那些常见的迷思概念就是那个“脚踏点”，只有在教学设计中找到那个“脚踏点”才能使学生构建有意义的认知结构。因此，教师在教学中，需要选择合理的教学策略，制定完整的教学规划，设计具体的教学步骤，帮助学生从一个较低的台阶过渡到另一个较高的台阶，帮助学生形成对核心概念的理解，厘清学生对那些迷思概念的理解。围绕学习进阶进行神经调节核心概念教学，能使教学过程有更清晰的思路，呈现出一个由简单到复杂的过程。教学设计如下：

图式阶段： 通过问题导入让学生回顾之前学过的神经调节相关内容，激发学生的前概念，作为学生学习进阶起点。教师进一步提问一些新概念，引发学生的兴趣，导入新课内容。

同化阶段： 该阶段涉及到的新概念较多，教师通过多媒体演示兴奋在神经纤维上的传导和兴奋在神经元之间的传递，使学生更直观地理解实验操作过程，将学生认知结构中的原有概念和此实验操作联系起来，通过上位学习、下位学习和并列学习转变成新概念，使学生完成新概念的同化。同时教师以一连串问题引导学生采用小组合作去探讨发生这些变化的原因，激发学生的科学探究思维，学生之间相互分享自己的观点，最终让每个小组整合形成一个比较完整的观点，各小组依次和全班同学进行交流，最后老师进行修改、补充和解释。

顺应阶段： 该阶段学生的原有概念会受到刺激，学生应该学会适当改变来适应刺激的过程。这一阶段主要是通过小组合作探讨方式来厘清兴奋在神经纤维上的传导和兴奋在神经元之间的传递过程，该部分知识比较抽象，教师通过多媒体课件的辅助以及对比这两个过程异同点的教学策略，来引导学生学习兴奋在神经纤维上的传导和兴奋在神经元之间的传递。同时以问题引导：“在没有受到刺激时，神经纤维上的电位表是怎么变化的？当受到刺激时，神经纤维上的电位表又是如何变化的？为什么会发生这种变化？兴奋在神经纤维上的传递有何特点？在静止的时候神经纤维的电位是怎么变化的？在受到刺激时神经纤维的电位又是怎么变化的？兴奋在神经元之间又是如何从一个神经元传递到下一个神经元的？兴奋在神经纤维和神经元上传导有什么异同？”通过思考这些问题来启发学生的科学思维，使学生将原有概念与新概念关联在一起，更深刻去理解兴奋在神经纤维上的传导和兴奋在神经元之间的传递过程。

平衡阶段： 此阶段要求学生初步形成同化之后，教师应给予一定的变式训练来加强同化或建立更完善的同化以形成概念的平衡。教师通过一些变式练习，引导学生在解决问题的过程中，对那些易混淆知识点进行巩固应用，厘清学生对于迷思概念的理解，最后学生能够独立地完成神经调节的思维导图的制作。

根据学习进阶指导的核心概念教学为教师的教学决策提供了一个清晰的思路。教师在教学过程中要基于学生的认知发展，针对每一阶段的学习情况选择合适的教学策略，最后能够达到对核心概念的科学理解，走向进阶终点。