陈秀萍 陈建姣
（衢州华茂外国语学校，浙江衢州 324000）
摘要：围绕核心概念组织科学教学是当前国际教育界关注的一个热点。美国新一代科学教育标准的指导性文件——《K—12 科学教育框架：实践、通用概念及核心概念》指出：聚焦核心概念，以“学习进阶”的方式组织教学以促进学生理解科学本质，提升科学素养，这为我国科学教学提供了崭新的视角。本文分别阐述了核心概念和学习进阶的内涵及价值，同时以初中科学“机械运动和力”为例对核心概念进行了进阶教学的分析。
关键词：科学教育 核心概念 学习进阶 运动和力
“核心概念”和“学习进阶”是近十多年来国际教育界的研究热点，2011 年美国国家研究理事会发布的《K-12 科学教育框架：实践、交叉概念和核心概念》提出以围绕学科核心概念组织学生实践来促进其理解科学本质，提升科学素养[1]；同时，“学习进阶”已经成为美国重要教育文件《新一代科学教育标准》的核心编写依据[2]。“核心概念”和“学习进阶”时常出现在各大核心教育期刊和学术会议上，两者在科学教育中所处的重要地位不言而喻。
一、核心概念内涵及价值
英国科学教育学家温·哈伦指出，科学教育的目标不是去获得一堆由具体事实和学科理论杂乱无章堆砌起来的知识，而应该是一个实现逐步趋向核心概念的进展过程，这样做有助于学生理解生活中的现象。教师要帮助学生构建整合各信息片段，引导他们形成具有逻辑内聚力的学科知识体系，而这个知识体系的节点就是核心概念[3]。美国课程专家艾里克森（Erickson）认为，核心概念是居于学科中心的，具有超越课堂之外的持久价值和迁移价值的关键性概念、原理或方法[4]。以上核心概念的表述虽然不尽相同，其内涵是一致的：核心概念是位于学科中心的概念性知识或原理，可以展现当代学科图景，是学科结构的主干部分。笔者通过查阅大量有关核心概念的文献后，发现核心概念具有以下特点：（1）前沿性：展现了当代科学的主要观点；（2） 统摄性：能够统摄大量学科知识，具有强大的解释力；（3）迁移性：可以引申出不同情境，培养学生理论联系实际的发散性思维并用于解决生活中的实际问题；（4）延续性：可在各个年级中进行不同程度的教学，理解的深度和复杂程度随年级的增长而递增。核心概念的这些特点使得其在教育领域一直广受专家学者们的重视，2011 年美国国家研究理事会发布的《K-12 科学教育框架：实践、交叉概念和核心概念》提出以围绕学科核心概念组织学生践来促进其理解科学本质，提升科学素养。同时强调了核心概念的重要性，认为基础教育只能给学生提供有限的科学知识，而基础阶段的科学教育需要为学生准备足够的核心知识，才能使他们能够自己获取更多的知识，发展学生综合思考、融会贯通、举一反三的能力[1]。可见围绕核心概念来组织教学是一种高效、经济的教学实施方式。这样的课堂教学有利于学生拨开事实表象概括其中蕴含的规律和原理，从而深层次理解事实背后的科学本质并迁移运用到新的情景中，从而将课堂上习得的科学知识更好地应用到实际生活中，为提升“科学素养”打下坚实的基础。
二、学习进阶内涵及价值
2004 年，“学习进阶”由史密斯等学者在向美国国家理事会（NRC）提交的报告中首次被正式提出。学习进阶自提出以来至今的十多年时间里，一直是广大教育专家研究的热点。NRC 在《让科学走进学校：K-8 年级科学学习的学与教》中将学习进阶定义为：随着时间的不断增加，学生对某一主题的思考和认识不断丰富、精致和深入的过程”[5]。简单来说，学习是一个不断积累、不断发展的过程，需要经过许多个不同的中间层级。这个过程就好比我们爬楼梯一样，我们可以形象地称这些中间层级为“阶”，正是一个个连续的“阶”将学生学习的起点和终点连接起来，从而让学习达到循序渐进的效果。借助学习进阶，我们可以把核心概念分解为一个个“阶梯”，让学生对整个核心概念的学习进阶就像爬楼梯，起点是学生在未接受教学之前所处的水平，终点是学生对核心概念的掌握和能继续进行下一阶段学习需要达到的水平。
学习进阶之所以成为国际教育专家研究的热点，原因就在于学习进阶对教学具有重要的意义和价值。如图所示，美国《K-12 科学教育框架：实践、交叉概念和核心概念》中科学课程的三个维度——实践、共同概念、核心概念三者紧密相连、相互促进，将以往的科学课程线性、零散、互不相关的系统串联，并能与社会生活的其他领域互联互通[1]。可见学习进阶有助于核心概念的建构，使得核心概念的学习具有连贯性，使核心概念贯穿于科学学习的整个过程。
图 1 美国新《新框架》三个维度及其进阶
三、“机械运动和力”的进阶教学分析
3.1 核心概念学习路径的选定
2011 年版《初中科学课程标准》将“物质科学”层次内容的一级主题和二级主题划分如表 1 所示。通过分析“物质的运动和相互作用”这一科学主题下设的科学概念可以发现，初中阶段“运动”部分的内容是在机械运动“速度”基础上对运动相关知识的延伸和拓展。“速度”在机械运动中是运动问题分析的核心，在接下来的声、光、热、电、磁运动学习中都有相应知识点的渗透和应用。例如，声音在不同介质中的传播速度不同、感应电流的大小与导体切割磁感线的速度有关等。可见无论是宏观上物体的机械运动，还是微观上物质的电磁运动等都和“速度”这一概念有关。所以，笔者以“速度”为切入点，通过分析机械运动中宏观物体的速度从而把握物体的运动状态和受力情况，由浅入深，从形象到抽象，为逐步进阶到“声、光、热、电、磁”的微观运动形式奠定基础。
表 1 科学内容的主题
核心概念的学习应该是系统、连贯的，只有把小学、初中、高中整个阶段学习中的运动体系研究清楚，才能在每个阶段更好地完善学生所处层级的“阶”，如此我们教学才能有的放矢，体现围绕核心概念完成学习进阶的思想。笔者通过研读浙教版小学《科学》教材、浙教版初中《科学》教材、人教版高中《物理》教材以及每个阶段的课程标准，围绕“力和运动”这一核心概念，确定以机械运动中的“速度”为发展路径，分别从运用概念、运动模型、思维方法、问题解决等方面制作了学习进阶图（如图 2 所示）。
图 2 运动核心概念的学习进阶图
学生是否真正理解核心概念并加以运用，体现在学生能否将抽象的物理问题构建出形象的情境，只有连贯的情境构建才能将核心概念用于解决实际问题。以“问题解决”的进阶角度分析为例，笔者从以下几个方面进行教学策略的设计：
（1）明确核心概念，设定进阶层级
通过上述分析，我们已经选定运动状态的表征“速度”来完成围绕核心概念“运动”的进阶教学。在课前，笔者结合课标要求和学生的学习情况将学生对“运动和力”的理解水平分成以下四个逐级递增的进阶水平，其学习表现预期如图 3所示。制定出预期表现的进阶水平后，教师需要在课前了解学生所处的水平，才能制定相应的教学目标进行有的放矢的教学。比如课前设计有针对性的题目让学生完成来了解学生当前所处的水平。
图 3 运动和力关系学习进阶图
例 1：静止放在水平桌面上的笔筒，笔筒没有运动的原因是：
A.笔筒没有受到力使其运动
B.笔筒受到摩擦力的作用，无法运动
C.笔筒受到的重力和支持力是一对平衡力
分析：正确答案 C。选择 A 或 B 的学生处在进阶水平，他们错误地认为静止的物体不受力的作用，只有受到力时才会运动。选择 C 的学生处于水平，已经理解静止的物体受到平衡力的作用。
所以，课前老师应当通过有效途径了解学生对知识点的掌握情况，根据学生所处的进阶水平设定合适的进阶目标，然后配合以相应的情境问题加深理解强化，如此教学就有针对性了。
（2）联系实际生活情境，搭建理论实践桥梁来源于实际生活情境所蕴含的知识能引起学生的共鸣，因此学生也更容易加深对知识的理解，所选用的情境与生活越贴近，学生构建的知识结构也就越深刻，因此也更容易迁移到新的情境中解决新的问题。笔者以衢州 2019 年中考说理题
为例分析。
例 2：“南孔圣地，衢州有礼”，衢州市民积极践行“文明出行”的各项规定，比如其电瓶车的规定为：出行要带头盔（头盔外部材料坚硬，内部材料松软）、不带 12 岁以上的人，不超速行驶。请运用科学知识，从安全角度解释该规定的科学道理。
分析：本题以熟悉的生活情境为基础，激发学生学习兴趣，用在科学课堂中习得的科学知识来解释实际生活中的问题情境。仔细分析这道题可以逐渐明确题目中规定的科学道理：12 岁以上的人，一般质量较大，坐上电瓶车，车的总质量会明显增加使得惯性增大，容易发生交通事故；在速度一定时，电瓶车的质量越大，其动能越大，发生交通事故的危害更大；头盔外部材料坚硬，能在一定程度上抵抗来自外部的力量；内部结构松软，发生碰撞时增加头部的受力面积，减小压强从而降低伤害；?超速行驶的电瓶车遇到紧急情况时，制动距离长，不易停下来从而交通事故；?在质量一定时，电瓶车的速度越大，动能就越大，如果发生交通事故则更容易受到更大伤害。这道题涉及的知识点较多，比如惯性的决定性因素、速度和动能的关系、压强的影响因素等，学生只有在理清各知识点间的联系才能完整地解答。
这道中考题是在衢州争创文明城市的背景下出的，如今“文明出行”已经深入每位衢州市民的内心，因此本题情境真实且贴近生活。教师在选择问题情境的时尽可能来源于生活，以相应的知识点为依托，通过引导学生对实际生活情境的分析，利用所学的知识和技能解决实际生活中的问题，搭建理论和实践的桥梁。
（3）建构思维导图，促进学习进阶
引导学生绘制思维导图，有利于提高其思维品质，促使其形成有内在逻辑的知识结构。学生在绘制思维导图的过程其实就是搭建各知识点联系的过程，如图4 所示，图 4 将物体的运动状态和力之间的关系呈现地一目了然。而且通过学生绘制的思维导图，教师可以了解学生对知识的掌握情况，便于设定下一阶段的教学计划，促进学生学习进阶的持续发展。
运动和力关系思维导图
综上所述，作为一位科学教师，我们可以通过精心设计教学策略，比如准确把握核心概念、设定进阶层级、联系实际生活、建构思维导图等角度入手，把围绕核心概念的学习进阶应用到日常教学以提高教学效率。然而，无论是“核心概念”还是“学习进阶”都是庞大且有深度的研究体系，还有很多问题值得我们进一步深入实践和探讨：比如如何在课堂内针对不同进阶水平的学生同时进行有效教学、如何通过小组合作渗入学习进阶的思想，这其实也是培养学生学习和思考的有效方式。总而言之，促进学生核心概念建构的进阶教学有利于提高教学效率，也是提升学生科学素养的重要途径，这需要我们广大教师长期的研究与探索，也需要接受教学实践的考验。
参考文献：
[1]. National Research Council. A Framework for K-12 Science Education: Practices, Crosscutting
concepts, and Core ideas[M]. Washington, D C: The National Academies Press, 2011:85-90.
[2]. 郭玉英，姚建欣，彭征. 美国《新一代科学教育标准》述评[J]. 课程·教材·教法，2013,33
（8）：118-127.
[3]. 温·哈伦．科学教育的原则和大概念[M]. 韦钰，译. 北京：科学普及出版社，2012：2-
3.
[4]. 艾里克森. 概念为本的课程与教学[M]. 兰英，译. 北京：中国轻工业出版社，2003.
[5]. National Research Council. Taking Science to School: Learning and Teaching Science in
Garden K-8 [M]. Washington: National Academies Press, 2007: 113.