摘要： 建立初中科學探究的學習進階框架模型、核心概念水平層次模型、基本環(huán)節(jié)測量要素模型，模型在教學實踐的自洽與自評中，分別指向探究學習的廣度、精度、深度。廣度指向科學探究在教材中的整體布局設計，精度指向教學中精準把握探究學習的重點，深度指向學生多角度體驗科學探究的實用價值。模型能為科學探究教學提供新思路。

關鍵詞： 科學探究; 學習進階; 模型; 初中科學 文章編號： 10056629（2019）6003306??????中圖分類號： G6338 ? ?文獻標識碼： B

科學教育界對學習進階的概念界定雖然呈現多樣化，但均試圖刻畫學生認知和思維模式的變化，從進階框架上看，都涉及到基于核心概念的進階起點、進階終點、進階維度、成就水平、各水平表現及測評系統等。從一線教師來看，比較認同“學習進階研究均是圍繞核心概念建構，力圖刻畫學生知識和能力的不同層級，并將學生的學習表現作為進階發(fā)展的證據，從而對課程和教學產生影響”[1]。科學探究既是一種理念，又是一種方法，更是學習內容與目標中的核心概念之一。因此，我們認為，初中科學探究學習進階，是圍繞學生初中三年對科學探究的認知，以問題、證據、解釋、評價、方法作為科學探究的核心概念，呈現學生探究動力、探究能力的不同層級及概念序列，并將學生的探究學習行為作為進階發(fā)展的證據，從而對課程和教學產生影響。

1?初中科學探究的學習進階框架

“初中科學探究的學習進階框架模型”指向探究學習的廣度，包括覆蓋教材的學習內容、主要知識點與社會熱點的探究選材。這是一個從課程育人目標分析，在初中三年時間軸上，如何隨時間推進落實科學探究在教材中的整體布局設計的問題。此模型的主要作用，一是體現在用好教材方面，分析教材中原有探究任務的育人價值，從情感、時空、知識、技能、關聯等方面綜合考量，設計達到相應學段育人要求的進階路徑;二是體現在重構教材方面，對教學內容作探究化改造，或引入新的探究教學內容，同樣從上述各方面尋找進階路徑，使教學更適合相應學段育人要求。

初中科學探究的學習進階框架模型

科學課堂活動教學觀認為，探究是一種活動，而活動不僅僅是探究，實驗是一種活動，活動不僅僅是實驗，通過“活動”，學生既能學到知識，又能掌握科學的思維方法，還能形成正確的科學態(tài)度[2]。

素養(yǎng)時代下的科學探究，不能就科學探究學習探究，而應置科學探究于育人目標下作整體設計[3]。我們把科學探究的進階維度分解為探究動力和探究能力，最終指向科學育人目標的四個維度： 科學態(tài)度、科學觀念、科學探究、科學思維，并形成一定的對應關系（見圖1）。

初中科學探究的學習進階維度分析

科學探究與學生探究動力之間的關系不言而喻?？茖W探究的進階維度包含探究動力和探究能力等，探究動力包括情感進階、毅力進階，主要對應科學態(tài)度。學生科學探究的情感、毅力的形成，是由表層到深層、由外顯到內化的螺旋式上升過程，不能一蹴而就[4]，科學態(tài)度的進階需要一定的時間與空間。在操作層面上，根據布盧姆情感目標理論，從情感角度把科學態(tài)度實施路徑分為喚醒、體驗、發(fā)展三個階段，情感進階的路徑： 注意—反應—內化—踐行（科學態(tài)度）。

給定一個情境，知識儲備不足的學生，只能提出一些湊熱鬧的問題，有足夠知識儲備的學生，會分析： 當前的情境是什么？蘊含著哪些問題？哪個問題是科學問題？問題和哪些概念、原理、規(guī)律、理論有關？基于眼下的科學知識和方法，問題是否能開展實際的探究？因此，考慮探究能力的 時候，應該關注相應的知識進階。知識進階的路徑： 事實—概念—原理—關系—結構（科學觀念）。結構化的知識可以借助核心概念思維導圖來呈現，在這一過程中，情境是學習發(fā)生的載體，問題和活動一起引發(fā)個體創(chuàng)生知識，發(fā)展科學觀念。

科學探究本身就包含一定的技能、過程與方法。技能進階的路徑： 模仿—獨立操作—有限遷移—中等程度遷移—全面遷移（科學探究）。這個進程在學生探究能力上表現為能夠從思考和解決有限遷移的、相似的情境化任務，到不斷整合、遷移程度較遠的任務，直到能夠直面現實生活中的跨學科的、復雜的、陌生的、沒有固定答案的任務，即所謂的全面的遷移[5]。其中各進階水平的預期表現，是“處于特定理解水平的學生在完成某類任務時所應有的表現，這為評估工具的開發(fā)提供了具體的參考指標”[6]，以科學探究測量要素的形式呈現。

關聯是在兩個或兩個以上情境之間建立聯系，建立關聯的方法是探究學習的目標。關聯進階的路徑： 事實—方法—方法論—科學本質（科學思維）。簡單的良構問題情境，學生可以用相對容易的方法，提煉特征、形成概念、得出規(guī)律。復雜的劣構問題情境，學生需要整合相關的事實、概念、原理、規(guī)律、理論，運用探究模式和科學思維方法才能深刻理解。關聯進階的成就水平，是“在學習進階所追蹤的發(fā)展路徑上存在多個相互關聯的中間步驟/成就水平，它們反映了學生思維發(fā)展過程的普遍階段”[7]。追蹤關聯進階中的科學思維，具體步驟可以是揭示思維痕跡、細化思維交流、尊重思維事實。

因此，育人目標下科學探究的整體設計，顯然和情感進階、毅力進階、知識進階、技能進階、關聯進階密切相關，最終表現為科學探究主題下可測量的進階。

2?科學探究主題下的核心概念及其進階水平層次

“科學探究核心概念水平層次模型”指向探究學習的精度，包括探究基本環(huán)節(jié)的真實擴展及核心概念的強化。這是一個根據學生科學探究的階段性發(fā)展層次，在平時教學中如何精準把握探究學習重點的問題。此模型的主要作用，一是體現在探究環(huán)節(jié)的完整性方面，根據不同學段的具體學情，確定探究環(huán)節(jié)上的側重點，在學習路徑設計上，心中有“六環(huán)節(jié)”，呈現有側重點;二是體現在探究主題下的核心概念方面，從“問題、證據、解釋、評價、方法”五個維度，分析具體探究任務要強化的重點與要點，從而設計學習路徑。

科學探究主題下的五個核心概念

學生對某問題的探究過程常常是這樣的：

“五毛錢是什么材料做的？”（問題）

“銅。”“有鐵吧！？”（假設性解釋）

“拿磁鐵吸一下?？?，能吸住吧。”（證據）

“有鐵?！保ㄟ@是一種結論，也是一次解釋）

“靠譜嗎？”“靠譜！”“不對，好像還有鈷、鎳也有鐵磁性?！薄笆菃?？”（評價）

簡單如學生的日常探究，也涉及到“問題、證據、解釋、評價”等。如果不從教科書式的六環(huán)節(jié)探究過程來分析，而是作為學生、公民所經歷的探究，我們可以提煉出一些共同過程的基本特征，并與科學家的探究過程相契合[8]。這種契合具體表現為“問題、證據、解釋、評價、方法”五個方面。

（1） 問題?？茖W探究需要發(fā)現問題和提出問題，圍繞問題去解決問題，過程中又會出現新的問題。問題貫穿于探究的始終。

（2） 證據。科學探究需要事實和證據。問題經常在現象（事實）的觀察中被提出，對問題可能答案作出的猜想和假設（科學上的假說），需要事實和證據的證實或證偽。收集和處理證據貫穿于探究的始終。

（3） 解釋?？茖W探究需要作出科學解釋。猜想、假設（假說）是一種解釋，處理事實證據需要提煉出解釋，評價后常常需要修正和發(fā)展解釋?？茖W解釋是人們的一種認識，作出解釋需要運用原理和方法。

（4） 評價?？茖W探究需要評價。對問題要作出評價，問題是否有科學性、新穎性、有價值、可探究等。對猜想、假設（假說）要進行評價，是否有根據，方法是否合理等。對證據需要評價，對由證據提煉出的解釋也需要評價。評價貫穿于探究的始終。

（5） 方法?？茖W探究需要方法。獲取事實、形成問題、獲得證據、合理解釋、作出評價，需要如觀察、實驗、調查、控制變量、邏輯思維和非邏輯思維的各種方法，尤其是創(chuàng)造性的科學方法。當然，有些方法可以歸納到科學思維中。方法貫穿于探究的始終。

科學探究核心概念水平層次模型

“問題、證據、解釋、評價、方法”是科學探究主題下的主要進階變量?！皩W習進階一般呈現為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復雜、相互關聯的概念序列”[9]。從學習進階的構成要素分析，我們還得對展開的進階變量作相應的水平層次和學習表現的描述。水平層次即學習進階發(fā)展路徑的中間步驟，學習表現描述處于某個特定水平層次的學生能夠達到的成就，包括各中間層次表現和目標表現[10]。科學探究在義務教育教科書《科學（浙江版）》的設計中就有進階層次[11]，探究內容的安排按學期有序推進。

如對于“變量”，從《科學（七年級下）》“認識變量”（如“種子萌發(fā)需要什么條件”），經歷《科學（八年級上）》的“簡單的變量控制”（如“研究水內部壓強的特點”）、《科學（八年級下）》的“變量控制”（如“影響通電螺線管磁性強弱的因素”）、《科學（九年級上）》的“復雜的變量控制”（如“影響酶催化作用的因素”），達到《科學（九年級下）》的“多因素的變量控制”（如“一定地域內人口數量的增長與環(huán)境資源變化有什么關系”）要求。結合《義務教育初中科學課程標準（2011年版）》及相關的教材、教參、考試說明、學生的學習經驗，我們設置科學探究五個核心概念的水平層次及其表現（見表1）。?<！---->

學生在科學探究過程中所表現出來的綜合性品質，就是科學探究能力。科學探究能力是綜合性品質，不是孤立存在的，在整體的廣度設計上，立德樹人、科學核心素養(yǎng)要兼顧;在局部的精度把握上，重點關注以下五個能力： 提出問題的能力、獲取證據的能力、據理解釋的能力、反思評價的能力、運用方法的能力，這也與科學探究主題下的核心概念相呼應;在細節(jié)的深度落實上，關注學生對科學探究的黏性，關注探究基本環(huán)節(jié)的測量與考試。

3?科學探究基本環(huán)節(jié)的測量體系

“科學探究基本環(huán)節(jié)測量要素模型”指向探究學習的深度，包括從六個探究基本環(huán)節(jié)為學生提供思考角度與考試測量方向，以及學生對探究學習的黏性有多高。這是一個從科學探究進階終點分析，學生如何多角度體驗到探究實用價值的問題，其中最常見的體驗，就是在解題過程中，體驗到教材與命題者之間存在著“考什么”“怎么考”的探究測量要素。此模型的主要作用，一是體現在對具體探究環(huán)節(jié)的理解方面，根據真實情境，細分某一探究環(huán)節(jié)可能的進階路徑，選擇切合實際的教學落點，如猜想和假設環(huán)節(jié)，落點可以是問題成因猜想（可能是）、發(fā)現探究方向、可檢驗的假設（操作性定義）、可能結果猜想等;二是體現在探究類題型的適應方面，根據具體習題，分析命題思路與考試要點，從習題角度圍繞主題設計進階路徑。

初中科學探究的學習進階終點

進階終點即學習目標/對畢業(yè)生成就的預期[12]。在《義務教育初中科學課程標準（2011年版）》中對科學探究的目標是這樣進行闡述的[13]：

（1） 理解科學探究是獲取科學知識的基本方式，是不斷地發(fā)現問題，通過多種途徑尋求證據、運用創(chuàng)造性思維和邏輯推理解決問題，并通過評價與交流達成共識的過程。

（2） 經歷提出問題和假設，設計研究方案，獲取證據，分析和處理數據，得出結論，評價與交流的過程。

（3） 能用科學探究的過程和方法開展學習與探索活動。

（4） 掌握觀察、實驗、收集處理信息的基本技能。

顯然，上述目標需要作操作化的解讀。在《2018年浙江省初中畢業(yè)升學考試說明》[14]中，對科學探究的測量，明確表達為以探究六環(huán)節(jié)為進階目標的主線：“提出科學問題——提出猜想和假設——制定探究方案——獲取事實與證據——解釋、檢驗與評價——表達與交流”，再依次細分，總體設計了23個測量點，包括2個a（了解水平）、15個b（理解水平）、6個c（應用水平）。如“制訂探究方案”目標下，詳細羅列有： （1）針對探究的目的和已有條件，確定相關實驗原理，列出探究實驗所使用的相關材料、儀器、設備等，設計相關實驗方案，畫出相關裝置圖（c）;（2）分析影響實驗結果的主要因素，對所研究問題中的各種變量進行確認與分類，應用控制變量方法來設計實驗（c）;（3）將變量轉化為可感知、可量度的事物、現象和方法（行為），說明在實驗中如何測量一個變量，說明需要“做什么”和“怎么做”（c）;（4）理解制訂計劃和設計實驗對科學探究的意義（b）。其中c水平集中在制訂探究方案、解釋檢驗與評價、表達與交流這三個環(huán)節(jié)中。相比于2015年的考試要求[15]，科學探究共有23個測量點，17個b、6個c，在應用水平層次上，沒有變化，這也說明初中科學探究的學習進階終點大致穩(wěn)定。

科學探究基本環(huán)節(jié)測量要素模型

科學探究是科學測評系統中重要的能力切口，需要“特定的評測工具用于追蹤學生在預期進階路徑上的發(fā)展情況”[16]，一般還是通過特定的中考試題所提供的信息和設問，引導學生表現出期望的行為，在此過程中實現對學生科學探究能力的測量。從學生體驗看，此類探究題是學習的瓶頸之一。

探究題既要遵循課程標準、教材設計的要求，又要跳出教材中按學生所學章節(jié)內容的范圍編排題型的框框，讓試題成為學生認知、思維發(fā)展的渠道，這需要我們事先明確不同能力或者不同測量目標的內涵，即整合教材與試題的認知屬性，重新編制基于學生視角的科學探究學習進階，以適應不同水平對探究過程的理解。我們借助思維導圖幫助學生清晰呈現科學探究的進階過程——科學探究基本環(huán)節(jié)測量要素模型，引導學生尋找探究的學習路徑（見圖2）。

圖2以探究環(huán)節(jié)循環(huán)為基礎，分析探究能力的認知屬性及各屬性間的階層關系。第一層次為科學探究的六個環(huán)節(jié)，是科學探究的本質要求，也是科學探究學習進階的終點。第二層次是“命題者的常用語與思路”，是學生面對作為測量工具的試題時的認知要求。如“事實與證據”中“儀器使用”“表格使用”“數據記錄”，是源于中考真題的題型思考切入點。第三層次是“通俗化、具體化”的解題入口，對學生學習效果產生直接影響。如“現象與問題”中的用“問句”表述在“想什么”;“猜想和假設”中的“可能是”什么關系;“計劃與設計”中的“加什么”、“看什么”;“事實與證據”中的“是什么”;“檢驗與評價”中的“可信嗎”;“表達與交流”進一步細分為“文字、符號、圖表、模型”“等、差、和、增、減”?？梢?，立足于第三層次的“想什么、可能是、加什么、看什么、是什么、可信嗎、是這樣”等通俗的探究六環(huán)節(jié)，是“活”的能力切口導向，也是學生學習科學探究的進階起點。也就是說，圖2相對清晰地呈現給學生科學探究從起點到終點的進階路徑。

初中科學探究能力的測量選材，主要有以下4個方向： （1）教材主要探究、實驗及其變式與延伸;（2）科學史與當代科技事實;（3）創(chuàng)意實驗與探究新設計;（4）社會、生活及熱點科學問題探究。以此為基礎結合中考真題，合理選編、改編、自編，發(fā)掘科學探究題的教育價值，建立促進學生進階的課堂教學設計。

初中科學探究學習進階的廣度、精度、深度模型，分析了起點到終點的進階路徑及其不唯一性，結合教學內容與學生的實際，為進一步選擇相對有效的教學策略，整合進階合力，指向育人目標提供了新的路徑。

參考文獻：

[1]?王磊， 黃鳴春. 科學教育的新興研究領域： 學習進階研究[J]. 課程·教材·教法， 2014， （1）： 112～115.

[2]?顏偉云. 科學教學新探索： 課堂活動教學[M]. 杭州： 浙江大學出版社， 2013， 7.

[3]?吳俊明. 從化學素養(yǎng)說起——對“化學學科核心素養(yǎng)”與“學科核心素養(yǎng)”的思考[J]. 化學教學， 2017， （7）： 3～8.

[4][10]?鄭曼瑤， 張軍朋. “學習進階”的研究及其在物理教學中的應用[J]. 物理通報， 2014， （12）： 2～6.

[5]?楊向東. 以科學探究為例看素養(yǎng)與知識的關系[J]. 基礎教育課程， 2018， （3）： 21～25.

[6][7][9][12][16]?劉晟， 劉恩山. 學習進階： 關注學生認知發(fā)展和生活經驗[J]. 教育學報， 2012， （4）： 81～87.

[8]?王耀村. 面向核心素養(yǎng)的科學課程構建與教學建議[J]. 物理教學， 2018， （8）： 2～5.

[11]?國家課程標準教學資源編寫組. 全日制義務教育課程標準79年級教學資源·科學（上）[M]. 杭州： 浙江教育出版社， 2002， 84～85.

[13]?中華人民共和國教育部制定. 義務教育初中科學