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2007年发布的《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，学生对某一学习主题的思考和认识不断丰富、精致和深入的一种过程”；[2]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”；[3] 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”。[4]
(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”。[5]
(3)方法说。Smith等人在探究了“物质与原子-分子理论”的教学之后，将学习进阶描述为“在学生学习的过程中，以内容领域为载体，联结不断、更加复杂、循序渐进的一种推理探究的方法”。[6]
(4)假设说。Duncan认为“学习进阶其实是一种假设，是一系列以实证为基础、可测试的假设，假设学生在合适的教学条件下，随着时间的推移，对核心科学概念、科学解释以及相关的科学实践的理解-应用能力逐渐趋于复杂的一种假设-验证过程”。[7]
通过研究者对学习进阶的定义，我们可以将学习进阶的内涵概括为：学生关于某一核心知识及相关技能、能力、实践活动在一段时间内进步、发展的历程，表现为特定知识、技能和能力的潜在发展序列。学习进阶的思想认为学习是一种不断积累、发展的过程，学生对核心概念的理解不是一蹴而就的，而是需要经过许多个不同的中间水平，而在一定的时间范围内，依靠恰当的教学策略，学生对这一核心概念的理解和运用便会逐渐发展、不断成熟，而这种发展变化也绝非是简单的线性、单维度的，而是多种因素相互联系、相互作用的结果。其中，学习进阶的起点是指学生已有的经验和知识，终点则多为社会对学生的期望，在两个端点之间存在的多个中间水平则是在大量实证研究基础上归纳而成的，主要用于描述学生对核心概念知识的理解是如何不断发展的。有学者将学习进阶的模型表示如图1。
2.学习进阶的特点
对学习进阶的掌握，实质在于把握其独有的特征。
(1)以学科融合为背景
学习进阶的设计和运用绝非是单学科所能完成的，它往往包含了科学教育、心理认知、人文科学等多方面的知识，是各学科之间相互联系、相互融合的结晶。如在对“碳循环”进行学习进阶的设计时，设计者要围绕着“碳“这一核心概念，展开诸如生物(呼吸作用)、化学(燃烧)、物理(质量增减)以及地理(大气循环)等多门学科的知识。多学科之间的共同作用，能够全方位、更深刻地揭示学生学习发展的规律和特点。
(2)以核心概念为中心
学习进阶是围绕着学科核心概念构建而成的，核心概念在学习进阶的设计中起到了“中心骨架”的作用。一方面，它能够统整学科中的许多知识、技能和事实，使知识形成体系；另一方面，借助于统整后的知识体系，学生能够组织、建构和扩展他们对科学的理解，从而达到解决问题的目的。与此同时，研究者通过观察分析学生构建知识体系和模型的这一过程，能够为学习进阶中间水平的划分和各个水平上学生发展特点的描述提供依据。
(3)以实证研究为基础
从对学习进阶的界定中可以看出，学习进阶是基于实证的假设，这就意味着学习进阶的开发是一个假设与验证、理论与实践不断交替、逐步完善的过程，这个过程既包括学习进阶框架本身的完善，也包括相关测评试题的修订和补充。
(4)强调进阶途径多样性
学习进阶的确定并不意味着学生发展轨迹的唯一性。相反，由于学生教育背景的不同、个体差异的存在等原因，其学习发展的路径也不尽相同，即便是同一个学习进阶，不同学生到达各个水平的时间，对每个水平上概念知识的掌握程度也不会完全相同。
3.学习进阶的核心要素
美国科学教育界普遍认为学习进阶包括进阶终点、进阶维度、成就水平、各水平的学业表现以及测评工具等五个要素。
(1)进阶终点。即学习目标，是指学生在毕业时所能达到的终极水平，它的制定主要是基于：①对学科概念的分析；②社会对公民的基本要求和期望；③更高水平教育的准入要求。
(2)进阶维度。主要是指学科核心概念或科学实践，研究者通过跟踪观察学生对核心概念掌握的情况或科学实践开展的程度来了解其整体的学习历程。
(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阶路径上的发展情况。
二、学习进阶的研究框架
学习进阶的研究是一项系统性的工程，主要体现在研究的时间跨度、研究数据的收集方式、数据处理的方法等方面。基于学习进阶是一种“假设-验证”的过程，当前美国学习进阶的研究框架主要包括理论假设和实证研究两部分，且已形成了较为成熟的框架模型。这类研究框架是以跨年龄层次的学生为研究对象的大样本研究，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，一般就遵循着“理论框架的假设-测试工具的开发-测试数据的处理-理论框架的修正”这种循环式的过程(见图2)。
图2 学习进阶的研究框架
目前，相对成熟的研究框架分别是“四基石模型”(Four-Building Blocks)和“结构中心设计模型”(Construct-Centered Design,CCD)。
1.四基石模型
四基石模型包括四个因素：结构图、项目设计、结果空间和测量模型(见图3)。
图3 四基石模型
结构图就是研究者最初关于学生对具体知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；结果空间是指面对测试工具时学生实际的学习表现；测量模型的任务就是对测量所得的结果进行数据处理。四基石模型在过去十几年的科学教育研究中被逐渐用来开发学习进阶，运用它来研究的较为成熟的学习进阶有Wilson的"LBC"(Living by Chemistry)学习进阶、Anderson的“碳循环”学习进阶。
2.结构中心设计模型
2009年5月在哥伦比亚大学的美国教育政策研究财团组织的全美科学教育研讨会上，密歇根州立大学的Joseph Krajcik教授提出了全新的学习进阶研究框架——结构中心设计模型。该模型的提出是以学习目标驱动的设计和基于证据所开展的评价设计为前提，具体研究步骤见表1。[8]
结构中心设计模型有两大显著优势：第一，对于结构的拆解、预期学习进阶的确定等都做了详细的说明，并且能够结合已有的研究成果提供适宜的教学策略，具有较强的实用性；第二，将学生在各个水平成就上的表现证据与对进阶的陈述匹配起来，有利于后续的数据分析与框架修正。
除了上述介绍的两种较为成熟、极具代表性的学习进阶研究框架之外，还有诸如ChemQuery评价系统等，但由于这些研究框架仍处在研究的起步阶段，尚未经过实践的反复检验，为此我们不再进行介绍。
三、学习进阶的应用价值
学习进阶的应用价值主要表现在以下三个方面：
1.对于课程标准的价值
第一，有助于课程标准的有效实施。课程标准通常是基于国家要求、专家经验、社会普适价值观以及学科结构逻辑等多重因素而编制的，虽然目标明确，但由于叙述宏观，往往缺乏操作性。而学习进阶则详细描述了各个学科的核心概念、学生理解概念的典型步骤，并揭示了不同学段学生关于核心概念学习所需的前概念。不仅具有极大的可操作性，更为课程专家、教材编写者和教师设计有针对性的课程，以及学生下一学段的学习指明了方向。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中学生参与的重要性，但缺少详尽、明晰的操作方法，导致了教学与评价的指导意义大打折扣。而学习进阶则描述了学生理论与实践相互联系、相互作用的方式。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：[9]“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。[10]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。[11]
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八年)，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、多学科、理论与实践互相沟通、交流，不同思想、不同智慧碰撞、交锋，最终融合的过程，这也是一个多维合作的过程。如“碳循环”学习进阶设计的研究团队就包含了科学家、大学教师、中学教师、小学教师、学生、心理学教授、评价专家、课程编制专家、教育理论研究者、历史学家等不同领域的人员。遗憾的是，这样的研究共同体在我国还不多见，因此应该倡导在日后的科研过程中汇聚各领域人员，集思广益，构建研究共同体，从而提升教育科研成果的质量和普适性。
最后，我们也应该看到，西方科学教育界对学习进阶的研究仍处在不断探索阶段，对学习进阶的适用范围、中间水平划分的合理性等问题仍存在着较大的争论，只有正视学习进阶研究中存在的问题并不断修正和完善它，才能让学习进阶发挥其真正的作用，最终带来课程、教学和评价的真正变革。
(感谢密歇根州立大学Charles W.Anderson教授和Joseph Krajcik教授对本文的指导和帮助。)