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美国学习进阶的研究进展及启示

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皇甫倩常珊珊王后雄:美国学习进阶的研究进展及启示 美国学习进阶的研究进展及启示★ 皇甫倩 常珊珊 王后雄 摘要:学习进阶是近几年美国科学教育改革中出现的新概念,也是当前美国科学教育 界研究的热点之一,本文从学习进阶内涵的界定、学习进阶的特征、核心要素的构成、研究框 架的总结以及应用价值的彰显等多个方面,结合密歇根州立大学“碳循环”学习进阶研究小 组的最新研究成果,对其进行了深入阐述,并提出了西方学习进阶研究对我国科学教育改革 的启示,旨在为我国科学教育领域的研究提供参考。 . 关键词:学习进阶;科学教育;四基石模型;结构中心设计模型 作者简介:皇甫倩/华中师范大学教育学院博士研究生,美国密歇根州立大学教师教育 学院联合培养博士生(武汉430079) 常珊珊/华中师范大学教育学院博士研究生(武汉430079) 王后雄/华中师范大学教师教育学院副院长,教授,博士生导师(武汉430079) 虽然自20世纪9O年代起,美国教育界已经 意识到现行的科学教育标准“广而不深”,知识点 庞杂无序,考试评价并不能很好地测查出学生对 一学习进阶的内涵 1、学习进阶的定义 、对学习进阶的探讨虽然在近十年内快速发展 成了美国科学教育界的研究热点,但是至今仍未 对学习进阶做出一个精准的界定。在经过对国内 外文献的对比、研究后,总结归纳了几种大家普遍 认可且具有一定代表性的观点: (1)过程说。美国国家研究理事会(NRC)在 知识的掌握程度和能力的提升水平等问题。为此, 美国教育界积极探索,始终致力于探究新的途径来 解决这些问题。2005年和2007年由美国国家研 究理事会(National Research Council,NRC)提 出的两份报告中首次提出“学习进阶(Learning Progressions)是理论研究者、考试命题者、课程 编制者、教育决策者对话的重要渠道,是沟通学习 研究和学校课堂实践的桥梁,是联结课程标准、教 学与评价,促进一致性的最具潜力的工具”。…自 2008年以来,每年的美国国家科学教育研究学会 (National Associatiofi for Research in Science Teaching,NARST)大会也都会设置“学习进阶”的 专题报告,尤其是2014年3月在美国匹兹堡召开 的NARST会议上,美国密歇根州立大学教师教育学 院终身教授Charles.W.Anderson结合小组“生态 2007年发布的《让科学走进学校:K-8年级科学 学习的学与教》( ̄Taking Science to School: Learning and Teaching Science in Grades K一8》)中将学习进阶定义为“随着时间的不断增 系统中的碳循环(以下简称“碳循环”)”课题,提出 了学习进阶的新定义,汇报了其多重价值和实践应 用,让这一研究再次成为科学教育界探讨的话题。 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”; Salinas也将学习 进阶界定为“是一种学生对科学核心概念、科学解 释以及科学实践理解与运用的认识不断完善、发 展、深入的过程”; Songer等人认为“学习进 阶是学生对学习主题思考和探究推理的过程”。 (2)本质说。密歇根州立大学Anderson教 授认为“学习进阶的本质在于刻画学生特定心理 结构的阶段性发展”。 木本文是中国教育部国家留学基金委员会资助项目“国家建设高水平大学公派研究生项目”(项目编号:[2ol4]3o26)阶段性 成果;湖北省“十二五”教育科学规划重点课题“中小学教师教学诊断能力发展机制研究”阶段性成果;教育部教师教育改革 试点项目、华中师范大学基本科研业务费专项“教师培训过程多维监控与绩效评价实践研究”阶段性成果。 一53— 皇甫倩常珊珊王后雄:美国学习进阶的研究进展及启示 学习历程。 照对学生现有学业能力进行实证研究的结果。 (4)各水平的学业表现。是指处于特定理解 水平的学生在完成某类学业任务时所应有的表 现,或者是该水平上学生表现的核心特征。 (5)测评工具。主要用于跟踪学生在预期进 (3)成就水平。是设计学习进阶的重要组成 部分,它用来描述学生学习发展过程中存在的不 同阶段。在划分成就水平时需要注意两点:①将 某一核心概念及其相似概念归纳为同一个水平; ②划分的标准应既满足课标的理论要求,又要参 阶路径上的发展情况。 表1“生态系统碳循环——碳的氧化”的学习进阶 生态系统碳循环——碳的氧化 成就水平 终点 维度项目 细胞的呼吸作用 各水平预期表现/核心特征 知道物质的腐败是由于细胞呼吸作用造成的,并能运用化学模 水平4 (高水平 )(能够定性地、 型从微观上科学地解释腐败的原理 氧化燃烧 1、知道构成燃料大多具有化学相似性 2、理解物质的燃烧是一种氧化反应,并能够解释其化学机理 细胞的呼吸作用 能够从。分子一原子”水平上,用专业术语基本解释腐烂现象的 机理,但可能解释得不清楚 基于模型地、 科学地解释现 象过程) 水平3 (能够用更多的 专业术语解释 现象过程) 氧化燃烧 1知道氧化燃烧的相应术语,并可借此描述氧化燃烧的现象 2能够通过识N1 ̄co2来解释燃烧现象,但是不清楚62 作为可燃物的机理 ,、水平2 细胞的呼吸作用 1,了解物质腐烂的。潜在机理 2、能够确定腐烂过程中谁是。分解者” (能够利用‘机 理 解释现象过 程发生的因果 3、知道物质的腐烂在于有机体(如:昆虫,细菌)将腐败物作为 了食物 氧化燃烧 1、知道物质燃烧后的产物以。灰烬 和。废气”的形式存在 2、知道氧气和二氧化碳在燃烧中各自的作用 细胞的呼吸作用 能够对有机体(如:苹果等)的腐败进行现象和变化的特征描述, 而忽视腐败过程中存在的化学变化和能量守恒 序列) 水平1 起点 (能够对现象 进低水平) 能够对氧化燃烧供给能||}这件事进行较为详细的描述,行宏观描述) 氧化燃烧 注发生变化的事物本身 但不关 以密歇根州立大学Charles.W.Anderson教 授科研团队最新修订的“碳循环”学习进阶为例。 .Anderson教授将“物质一一能量”作为科学中的 一个核心知识,通过多年实证及文献的研究,归化 出了不同学习阶段学生所处的理解水平(由于篇 幅有限,我们只节选“碳的氧化”这一维度,见表 1)。水平4即进阶终点,它是对学生在毕业时所 应具备的科学素养和对“物质一一能量”这一核 心概念所应理解程度的描述;在“碳循环”学习进 程中,围绕着“物质一一能量”这一核心概念设计 了“碳的生成”、“碳的转化”、“碳的氧化”这3个 不同的进阶维度,每个进阶维度中又包含着1-2 个维度项目。不同进阶维度的设计为研究者、课 程开发者、教材编写者以及一线教师提供了全面 追踪学生对“物质一一能量”概念理解程度的途 径。表1中“水平1”、‘‘水平2”、“水平3”、“水平4” 即为成就水平。每一个水平所对应的具体描述即 为“各水平的学业表现”。从表l中可以看出,学 生的认知是前后连贯、逐渐复杂和精致地发展着 的;对后一水平的理解是建立在前一水平基础之 上的;不同水平具有本质上的差异,体现出相应 年龄阶段学生对该知识理解的普遍特征和规律。 一55— 《外国中小学教育》2015年第8期 而“碳循环”小组采用的测评工具则是基于项目 结构图就是研究者最初关于学生对具体知 反应理论的“四基石模型”。 识理解发展的理论假设,即预期的学习进阶;项 目设计是指测试工具的设计;结果空间是指面对 二、学习进阶的研究框架 测试工具时学生实际的学习表现;测量模型的任 学习进阶的研究是一项系统性的工程,主要 务就是对测量所得的结果进行数据处理。四基石 体现在研究的时间跨度、研究数据的收集方式, 模型在过去十几年的科学教育研究中被逐渐用来 数据处理的方法等方面。基于学习进阶是一种 开发学习进阶,运用它来研究的较为成熟的学习 “假设一一验证”的过程,当前美国学习进阶的研 进阶有WiIson的“LBC”(Living by Chemistry) 究框架主要包括理论假设和实证研究两部分,且 学习进阶、Anderson的“碳循环”学习进阶。我 已形成了较为成熟的框架模型。这类研究框架是 们以“碳循环”学习进阶为例,阐述四基石模型的 以跨年龄层次的学生为研究对象的大样本研究, 运用(见表2)。 目的在于描绘不同年龄层次(或不同学段)学生 的学习进阶。研究框架在概念确定之后,一般就 表2“碳循环”小组“四基石模型”的构建 遵循着“理论框架的假设一测试工具的开发一测 试数据的处理一理论框架的修正”这种循环式的 要素 要求 过程(见图2)。 I、明确测评内容 结构图 2、定性描绘各个成就水平的特征 图2学习进阶的研究框架 3、确定测评对象和测评题目 4、设置特定的标准来评判学生的成就 水平有随年级上升而逐级升高的趋势 1、结构图中的各要求能够在项目设计 中被观察、体现出来 项目设计 2、学生对测评题目的回答均能与结构 图中划分的不同成就水平表现一一对应 3、测评的题型应多样化,可以包含选 择题、填空题、简答题等多种题型 目前,相对成熟的研究框架分别是“四基石模 型”(Four—Building Blocks)和“结构中心设计 1、开发一套基于定性描述的、专门用 于记录或判断学生反映的标准 模型”(Construct—Centered Design,CCD)。 1、四基石模型 2、这种标准应该:a、界定清晰 结果空间 b、基于实证 四基石模型包括四个因素:结构图、项目设 c、层次分明 计、结果空间和测量模型(见图3)。 d、具有情境性 e、描述详尽 图3四基石模型 1、测量模型应具有较高的信度和效度 认知 2、利用项目反应理论模型(Ra sch模 型)。重点是突出项目的设计和分数的 分析。数据的分析又包括了:a、探素 测量模型 性分析;b、发展性编码 (Developmental Co&ng);c、完全编 察 码(Fully Co4ng)三个步骤。 3、利用wri t M单(赖特图)来描述 数据 一56一 皇甫倩常珊珊王后雄:美国学习进阶的研究进展及启示 由表2可以看出,“碳循环”小组的“四基石 2009年5月在哥伦比亚大学的美国教育政策 模型”更注重研究系统构建的完善性。它基于项 研究财团组织的全美科学教育研讨会上,密歇根 目反应理论,经历了理论的构建、测量工具的开 州立大学的Joseph Krajcik教授提出了全新的学 发、数据的分析与检验、结果的解释等,形成了一 习进阶研究框架一一结构中心设计模型。该模型 个完整、严密、前后一致的研究方法论体系。 的提出是以学习目标驱动的设计和基于证据所开 2、结构中心设计模型 展的评价设计为前提,具体研究步骤见表3。 表3结构中心设计模型研究框架 步骤 内容 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,接着要基于学科 本体逻辑和相关学习领域的已有研究对“结构”进行拆解,这个“拆解”过程也就是将 1、明确目标 大观念拆分为小的、对促进学生理解发展有意义的核心概念。在此过程中,要指 出学生就这一概念应该达到的理解深度,这就需要划分一定的理解层次,而在划 分理解层次之前需要确定每一层级之前的先前知识和可能遇到的学习困难,从而 提供相应的教学策略。 在目标明确之后需要就学习进阶中各水平成就展开描述,在描述过程中要将证据 2、展开描述 和任务之间一一对应起来。所谓证据就是学生具体的行为和表现,而任务的设计 要能将对学生的行为表现的预期外显出来。 3、提出进阶 主要是对前面的预设进行综合和概括的过程。 4、收集数据 对学生的表现进行编码赋分。 5、分析与结论 这个阶段主要通过对数据的整理和处理,分析出结构必须阐述需要从哪些方面刻 画学生学习的心理状态,这些方法随着时间的发展分为了那几个关键的进阶层级。 结构中心设计模型有两大显著优势:第一, 1、对于课程标准的价值 对于结构的拆解、预期学习进阶的确定等都做了 第一,有助于课程标准的有效实施。课程标 详细的说明,并且能够结合已有的研究成果提供 准通常是基于国家要求、专家经验、社会普适价值 适宜的教学策略,具有较强的实用性;第二,将学 观以及学科结构逻辑等多重因素而编制的,虽然 生在各个水平成就上的表现证据与对进阶的陈述 目标明确,但由于叙述宏观,往往缺乏操作性。而 匹配起来,有利于后续的数据分析与框架修正。 学习进阶则详细描述了各个学科的核心概念、学 除了上述介绍的两种较为成熟、极具代表性 生理解概念的典型步骤,并揭示了不同学段学生 的学习进阶研究框架之外,还有诸如ChemQuery 关于核心概念学习所需的前概念。不仅具有极大 评价系统等,但由于这些研究框架仍处在研究的 的可操作性,更为课程专家、教材编写者和教师设 起步阶段,尚未经过实践的反复检验,为此我们不 计有针对性的课程,以及学生下一学段的学习指 再进行介绍。 明了方向。第二,有助于课程理论与科学实践的 沟通融合。课程标准虽然明确指出了在科学实践 三、学习进阶的应用价值 中学生参与的重要性,但缺少详尽、明晰的操作方 学习进阶的应用价值主要表现在以下三个 法,导致了教学与评价的指导意义大打折扣。而 方面: 学习进阶则描述了学生理论与实践相互联系、相 一57— 《外国中小学教育》2015年第8期 互作用的方式。事实上,学习进阶整合的课程本 身就是基于大量的实证研究并系统综合分析、抽 象概括而成,同时,整个课程还不断在实践中检 验、修正和完善,这就为教育理论与教学实践提供 了沟通的桥梁。 2、对于教师教学的价值 美国学者Hess就学习进阶对教师教学的意 义和影响提出了自己的看法: ‘第一,学习进阶 使得教师关注学生对知识理解的发展变化,并开 始分解学习标准,真正理解教学内容”。学习进阶 描述了学生在对核心概念理解过程中所经历的多 个中间水平以及各个水平上的成就表现,教师能 清楚地了解到终极目标该如何分解细化、前后连 贯、层层递进地设置于不同的学段之中,才能使学 生对科学概念的理解沿着既定的轨道不断深化、 拓展。“第二,学习进阶研究促进教师之间的合作, 这种合作使得教师对教学的理解更加深刻”。即 便是学习相同的科学概念,针对其设计的学习进 阶也不尽相同,加之学习进阶的设计本就是一个 理论不断修正和实践不断检验的过程,这就需要 教师之间要经常就学习进阶过程中所遇到的现 象、问题进行交流探讨,在不断的沟通中,加深对 教学的理解。“第三,教师认识到学习进阶是循序 渐进的,教学不能只看到最终目标,而是一步一步 地去达成子目标”。学习进阶的中间过程类似于 楼梯逐级上升的台阶,各个台阶象征着学生在不 同的年龄阶段能达到的不同水平,而这种“上升 的台阶”实质上也是学生心理发展的过程,这就 要求教师在教学过程中应遵循学生身心发展的客 观规律,将终极目标“化整为零”,即细分为各个 年龄段的子目标,让学生在达成子目标的过程中 稳步前进。 3、对于教学评价的价值 学习进阶提供了一种用来评价学生概念发 展的模型,该模型揭示了学生概念的发展是一种 由简单到复杂而不是由错到对的过程。u例因此, 基于学习进阶的评价对标准、教学等均具有全新 的意义。第一,学习进阶对各个成就水平上的表 现进行了细致描述,这种描述不仅将课程标准具 体化,而且让课程标准与评价项目之间的关系更 加清晰,这就为有效地开展课程评价奠定了基础。 第二,学习进阶的设计和完善过程实际上是区分 各个成就水平的过程,这就必然需要科学教育工 一58一 作者、测量专家甚至一线教师的共同参与,也就极 大地促进了课程与评价的一致性。第三,学习进 阶呈现了学生概念发展过程中的各种限制因素, 这就为开发与设计学段终结性评价工具(试卷) 提供了重要的参考指标,即是否达成学习进阶上 相应学段的要求将成为影响更高学段学习效果的 重要因素。…] 四、学习进阶对我国科学教育研究的启示 对学习进阶的研究能够为我国科学教育的理 论研究和实践探索带来许多极具价值的启示。 1、高屋建瓴,开启纵向研究范式 学习进阶的研究多属于纵向研究,其时间跨 度一般都比较大(如“碳循环”小组的研究时间已 持续了8年),纵向研究的目的在于挖掘各种干预 因素对研究对象的影响,其优势在于研究结果由 于经过了实证检验,往往能够真正促进日常教学 活动的有效开展。这就启发了我国的科学教育研 究工作者应该高屋建瓴,用更加长远、更赋结构化 的眼光系统地进行课程、教学和评价的设计,开启 全新的纵向研究范式。例如可以将研究的焦点从 关注单课时教学到关注单元整体教学、基于模块 整体的教学、跨必修和选修、跨年级以及跨学段的 层级发展。 2、改变视角,引领测评探究新方向 学习进阶更多的是关注学生在不同学段上具 体的学习表现,这给了我国的教学研究极大的启 发。教师在日常教学活动中应改变视角,从微观 处着眼,留心学生在学习过程中出现的一些不易 被察觉到的“小错误”、“小反常”,认真分析其背后 的深层原因。分析原因的目的在于:一方面,能 够为教师积累教学经验,为后续教学的有效开展 打下坚实的基础;另一方面,能够让广大教育研 究工作者意识到,在学习进阶中测评工具对于分 析学生成就水平、解释学生学习行为等方面的重 要性。这就为日后我国教学研究中测评工具的开 发、测评标准的设置、测评内容的选择指明了新方 向,即测量评价系统不应只局限于对学生学业结 果的评价,更要将其与学生学习中的具体表现结 合起来,用于解释不同学段学生异常学习行为背 后所反映出来的知识和能力水平。 3、多维合作,构建教育科研共同体 事实上,学习进阶的设计过程就是多领域、 员见域 在的 皇甫倩常珊珊王后雄:美国学习进阶的研究进展及启示 多学科、理论与实践互相沟通、交流,不同思想、不 [5]JoyceM.Parker,E1izabethX.delosSantos,Charles. 同智慧碰撞、交锋,最终融合的过程,这也是一个 W.Anderson.What Learning Progressions on 多维合作的过程。如“碳循环”学习进阶设计的 Carbon—Transf0rming Process tell us about How 研究团队就包含了科学家、大学教师、中学教师、 Students Learn to use the Law of Conservation 小学教师、学生、心理学教授、评价专家、课程编制 of Matt er and Energy[J].Educacion 专家、教育理论研究者、历史学家等不同领域的人 Ouimica,2013,(2):卜8. 。遗憾的是,这样的研究共同体在我国还不多 [63 Carol L.Smith,Marianne Wiser,Charles ,因此应该倡导在日后的科研过程中汇聚各领 W.Anderson,Joseph Krajcik.Implication 人员,集思广益,构建研究共同体,从而提升教 of Research on Chi ldren’s 1earning for 育科研成果的质量和普适性。 Standards and As ses sment:A Proposed 最后,我们也应该看到,西方科学教育界对学 Learning Prgression for Matter and the 习进阶的研究仍处在不断探索阶段,对学习进阶 Atomic Molecular Theory[J]. Measurement: 的适用范围、中间水平划分的合理性等问题仍存 Interdisciplinary Research and Perspectives, 着较大的争论,只有正视学习进阶研究中存在 2006。(4):1—4. 问题并不断修正和完善它,才能让学习进阶发 [7]Duncan RG,C E Hmel0一Si 1ver.Learning 挥其真正的作用,最终带来课程、教学和评价的真 Progre s si on s: A1 i gning Curri culum. 正变革。 Instruction,and Assessment[J] Journal of Research in Science Teaching,2009,46(6): (感谢密歇根州立大学Chades.W.Anderson 606—609. 教授和Joseph Krajcik教授对本文的指导和帮助。) [83 Tom Corcoran,Freder i c A.Mosher,Aaron Rogat.Learning Progressions in Science: An Evidence~based Approach to Reform[M]. 参考文献: Columbia University Press,2009:58. [1][2]National Research Council(NRC).Taking [9]Karin Hess,Valerie Kurizaki,Linda Holt. Science to School:Learning and Teaching Reflections on Tools and Strategies Used Science in Grades K-8[M].Washington: in the Hawai’i Progress Maps Project: National Academies Press,2007:113. Lessons from Learning Progressions[EB/ [3]Salinas I.Learning Progressions in Science OL].ht t p://tr i s tat e eag.nceo.i nfo/ Education:Two Approaches for Development[C]. attachments/022一HI 1.pdf,2010—08—09/2013— The Learning Pr0gressions in Science (LPS) 07-08. Conference.Iowa City,IA.2009:6. [i0]Ame1ia Wenk Gotwals,Char1e.W.Anderson. [4]Nancy Butler Songer,Ben Kelcey,Amelia Wenk Learning Progres sions[J].Journal of Gotwals.How and Whe1]does Complex Reasoning .Research Science Teaching,2014(电子版已录入 Occur?Empirically Driyen Deve1opment of Springer,尚未出版, a Learning Progression Focused on Complex DOI:i0.1007/978—94—007-6165—0 120-2). Reasoning about Biodiversity[J].Journal of [11]刘晟,刘恩山.学习进阶:关注学生认知发展和生 Research in Science Teaching,2009,(7):61 1— 活经验[J].教育学报,2012,(4):85. 63】. (下转第52页) 《外国中小学教育》2015年第8期 Professional learning communiiest in SingapOre:POlicy;foundations,and implementation ZHENG Xin ZHANG Wenhua Abstract:Growing global attention is turning to Singapore for its extraordinary performance in international test such as PISA and TIMSS.The success of the high performing educational system iS mainly attributed to its quality teachers and effective professional development programsAs a major professional .development program in Singapore currently,professional learning community(PLC)was implemented in all primary and secondary schools since 2009.This paper introduced the context of the policythe theoretical ,foundations of PLC,and the implementation of the policy.Issues on policy actionPLC research,localization ,practice were further discussed. Keywords:Singapore;teacher development;professional learning communiy t(上接第59页) Research and Enlightenment of Learning Progressions in America HUANG Fuqing CHANG Shanshan WANG Houxiong Abstract:Learning Progressions is a new concept in American science education reform during these years,which is also a hot research area in American science education.This paper explores the Learning Progressions from its definition,characteristic,elements,the summary of the framework and the valuation,as well as from the newest fruit of‘‘Carbon Team’’in Michigan State Universiy.Itt may provide reference to our science education research. Keywords:learning progressions;science education;four-building blocks;construct centered design 52 

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