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“运动与相互作用”主题中的重要概念及其学习进阶研究

乔通  
【摘要】:围绕核心概念组织科学教学内容是当前国际科学教育界所关注的一个热点问题。从2009年欧亚拉美七国学者联合编著的《科学教育的原则和大概念》出版,到美国学者提出“少即是多(Less is More)",再到美国把核心概念写入《新一代科学教育标准》,都体现了对核心概念教学的关注。所谓核心概念,是指在学科内部可以起到组织(整合)众多概念和规律的理论知识。然而,仅仅强调核心概念教学是不够的。这是因为学科核心概念只有有限的几个,并且高度概括,不明确指向具体的学科知识。由于任何抽象内容的学习都离不开具体事物的支撑,所以为了掌握核心概念,必须设置一些下位的概念作为支撑,让学生通过循序渐进的学习最终掌握核心概念。而这些下位的概念学术界称之为重要概念。于是,选定学生学习的重要概念就成为值得研究的问题。既然明确了重要概念在课程设计中的地位,那么该如何选择重要概念的内容?这就成为本文要研究的第一个问题。由于“运动与相互作用”主题是物理学中的重要主题,因此本文选择这个主题下的重要概念进行研究。在选定重要概念之后,需要对重要概念的学习顺序有一个合理的安排。对重要概念学习顺序的安排就是学习进阶的研究,这是本文所关注的第二个问题。当前学者对学习进阶的理解大致可以分为两类。一些学者认为学习进阶就是有逻辑的、符合学生发展规律的概念学习序列,另一些则认为学习进阶就是学生理解科学概念的心理过程。这两种理解并不冲突,他们分别是从课程论和教学论两种视角来看待学习进阶问题的。只不过从课程论视角研究学习进阶所选择的进阶单元比较大,而从教学论角度研究学习进阶所选择的进阶单元比较小。基于我们目前研究所具备的主客观条件,本研究采取了第一个视角。围绕以上两个问题,本文开展了四个研究:研究一,选定重要概念。首先,运用比较研究的方法初步筛选重要概念。本研究选择了44个国家和地区的课程文件,来筛选出在核心概念下物理教育工作者所共同关注的重要概念。经过文献梳理,最后得出了这36个重要概念的频次统计图,选择其中出现频次在10次以上的概念作为重要概念。初步筛选重要概念之后,本研究又制作了7级Likert量表,对我国多个省市的一线中学物理教师进行了调查研究,以了解一线教师对之前所筛选的重要概念的认可程度。然后,分析数据统计结果,发现大部分重要概念还是得到了中学老师的认可,而只有一条概念需要调整。删去这条概念之后,最后本研究选定了20个概念作为中学物理“运动与相互作用”主题下的重要概念。研究二:建构学习进阶假设。开发学习进阶的第一步就是建构学习进阶假设,本文根据以往物理教学研究成果,尤其是关于科学前概念的研究成果,参考了当前国内外物理教科书,并结合研究一的结果,建构了一个“运动与相互作用”主题下重要概念的学习进阶假设。这个学习进阶假设包含三个学段:初中阶段、高中低年级阶段和高中高年级阶段。研究三:开发测量工具。有了学习进阶假设之后,接下来是对其进行验证。而验证学习进阶假设需要充分了解学生学习现状。而要了解学生学习现状,关键需要开发客观可靠的测量工具对学生的学习进行测量,这就是研究三的内容。对应于之前的学习进阶假设,本研究分别针对初中阶段、高中低年级阶段和高中高年级阶段的重要概念开发了三套测量工具,用以对学习进阶假设进行验证和修订。在此,本文借鉴了当前流行的使用Rasch模型方法。具体的开发过程分如下几个步骤:1)定义一个具有线性性质和结构的概念;2)界定被试的行为表现;3)编制原始试题库和评分规则;4)针对目标人群具有代表性的样本进行实地测试;5)运行Rasch模型,评估题目信度效度指标,并在必要时修改题目;6)重复第4和第5步直至所有题目都符合Rasch模型的要求;7)建构问卷的效度和信度声明。依照上述这些步骤,我们分别开发了三套测量工具。研究四:验证学习进阶。得到了可靠的测量工具之后,下面就是通过对学生的测试来验证学习进阶假设。本研究分别对九年级、高一和高二的学生进行了测试,考虑到被试的代表性,我们采取了分层抽样的方法。在得到测试结果之后,运用Rasch模型对三份测量工具所测结果进行了等值化处理,使其测量的结果可以放在一个尺度下进行比较。最后得出了中学阶段“运动与相互作用”主题中的各重要概念的难度值列表。在有了各个重要概念的难度值的基础上,接下来就是对之前建立的学习进阶假设进行验证和修订。验证和修订学习进阶的原则是,首先尊重物理学科自身的逻辑,在这个前提下,有一些重要概念如果其难度序列异常,则要在不破坏学科逻辑的前提下才能做出适当调整。验证和修订过程如下:首先讨论总体的进阶框架。初中阶段概念的平均难度是-1.1835,高中低年级阶段概念的平均难度-0.0673,高中高年级阶段概念的平均难度为1.864。可见这三个学段的难度的差距是非常显著的,这样初中、高中低年级和高中高年级这三个学段的划分得到了验证。接下来讨论各个学段内重要概念的学习序列。由于涉及概念较多,我们首先根据概念的逻辑关系,将相近的几个概念归为一类,从而归纳出了若干个概念团。这样就可以先找出这些概念团的顺序,然后再确定概念团中所包含的概念的顺序,最后我们就可以得出一个合理的学习进阶。在此,我们将初中的重要概念归为四个概念团,经讨论,确定它们的顺序依次是:速度、力、压强、牛顿定律。在对各个概念团中的概念顺序讨论之后。我们即得出了初中阶段的重要概念序列,依次是:速度、弹力、重力、摩擦力、力是相互作用的、同一直线上二力合成、压强、液体压强、牛顿第一定律和牛顿第二定律。用同样的方法我们也得出了高中低年级的概念学习序列,依次是:匀变速直线运动和矢量、弹力、浮力、摩擦力、牛顿第一定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律、力的合成与分解。最后,我们分析得出高中高年级的重要概念学习序列是:平抛运动、圆周运动、向心力、万有引力。这样,我们就建立了运动与相互作用的概念学习序列,即学习进阶。综合以上研究本文得出了如下研究结论:中学阶段的“运动与相互作用”主题下的重要概念共有20个;得出了“运动与相互作用”主题下的重要概念的难度值;建立了“运动与相互作用”的学习进阶图。课程设计需要综合考虑社会需要、学科逻辑、学生发展以及历史传统等各个方面因素,本研究站在学生发展和学科逻辑视角,通过对重要概念难度的测量和学科逻辑的讨论,建构了“运动与相互作用”的学习进阶,以期对课程标准的修订和教材编写提供借鉴。


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