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摘 要：本文以“机械能为例，体现了学习进阶在课堂教学中的运用，通过设计层层递进的问题让学生对问题的分析思考逐步深入，从而在认知思维能力上得到不断进阶。
关键词：学习进阶;机械能
所谓学习进阶是对学生在某一时间跨度内学习和探究某一主题时，依次、逐级进阶的思维方式的描述。学习进阶的组成要素包括（1）进阶终点，就是一个阶梯最终达到的高度。即学习目标或对学生所要达到的成就的预期。（2）进阶变量，就是一个阶梯设计所需的参数。一般指学科内或科学学习的核心概念。（3）成就水平，也就是一个阶梯要分成几阶。即在学习进阶实践过程中所追踪的发展路径上所存在的相互关联的中间步骤。（4）预期表现。
一、机械能概念的学习进阶
根据对教材和学情的调查和研究，初步提炼出初中机械能学习进阶的阶层及学习目标，如表所示：
二、基于学习进阶的机械能教学设计思路
笔者将机械能教学内容设计成6个课时：第1-3课时主要解决第一、二个核心问题，引导学生提出科学主张，从而帮助学生加快九年级机械能学习进阶由低阶层向中阶层的发展;第4课时主要解决第三、四个核心问题，第5、6课时主要解决第五个核心问题，引导学生提出后三个科学主张，从而帮助学生加快初中机械能学习进阶由中阶层向高阶层的发展。
三、基于机械能学习进阶的教学设计（以机械能守恒定律为例）
1、进阶起点：通过机械能第一课时的学习，学生已经掌握机械能的几种形式，以及各种形式的能量分别与那些因素有关，也能根据影响动能、势能大小的因素判断动能和势能大小变化情况;学生在学习了功概念之后，往往只记得其计算公式“力*距离”。而对于学习功的原因、学习功的用途并不十分清楚。很少有学生能联系“系统”、“功”的概念回答分析有关机械能的实际问题。
2、进阶目标预设：
（1）能举例说出动能和势能的相互转化。
（2）能举例说出机械能与其他形式的能量的相互转化。
（3）学生将头脑中原有机械能概念进行拓展和外延，逐步完善機械能的概念，理解机械能守恒以及转化。
3、进阶点和进阶层级预设：
结合进阶起点和预设目标，分析学生可能存在以下思维障碍：（1）动能和势能是可以相互转化的（2）什么情况下动能和势能的总和即机械能保持不变？什么情况下机械能总量减小？结合上面的分析，对应进阶点设置了进阶起点和目标，见下表：
进阶点 进阶起点 预设目标
1.对动能和势能可以相互转化的认识 会根据动能和势能的影响因素判断动能、势能的大小变化 能用实例说明物体的动能和重力势能可以相互转化;物体的动能和弹性势能可以相互转化。
2.对机械能守恒的认识 知道机械能的的形式有动能和势能，由于某些因素动能和势能的大小会发生改变，但对不同形式的能可以相互转化以及转化过程中的守恒没有认知 如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总量保持不变，但实际生活中由于摩擦和空气阻力等因素，机械能转化为内能，故机械能不守恒。
3.利用机械能守恒定律分析解释生活中现象的能力 学生能对物体的运动状态变化作出判断，动能和势能的变化作出判断 可以利用机械能守恒定律严密而有条理的解释生活中的现象
4、教学实践过程：
（1）统一进阶起点：创设情境，补充事实经验。
生活情境：早上，爸爸开车送你上学，汽车由静止启动逐渐加速的过程，动能如何改变？汽车行驶过程中爸爸关闭油门踩刹车，逐渐减速停止的过程，汽车的动能又如何变化？汽车下坡或上坡的过程，动能和势能如何变化？
（设计意图：学生对科学知识的掌握参差不齐，创设情境让学生相互帮助，回忆已学过的科学知识，尽量让学生站在同一起跑线上，为引入新课做铺垫。）
（2）进阶过程1：创设情境，建构模型，体验动能和势能的相互转化。
活动一：研究摆锤的摆动
如图用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤拉到某一高度后释放。
提问：（1）在摆锤向下摆动的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？
展示答案：在摆锤向下摆动的过程中，重力势能减小，动能增大。
（2）在摆锤摆过中点向上摆动的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？
展示答案：在摆锤摆过中点向上摆动的过程中，重力势能增大，动能减小。
教师总结：单摆中的小球在左、右运动的过程中，小球的动能与势能不断地转化。
活动二：研究滚摆的运动
如图把一个滚摆悬挂起来。用手捻动滚摆，使悬线缠在轴上，将滚摆升高到最高点，然后放手。观察滚摆在运动的过程中，其动能与势能的转化。
（1）滚摆下降的过程中，重力势能、动能如何变化？在滚摆下降的过程中，重力势能减小，动能增大。
（2）滚摆上升过程中，重力势能、动能如何变化？在滚摆上升的过程中，重力势能增大，动能减小。
活动三：玩皮筋
（1）当橡皮筋拉长时，橡皮筋就储存了弹性势能。
（2）放手后橡皮筋就会飞出去而具有（动能）。
（3）在这一过程中能量是如何转化的？
实验说明：动能和弹性势能可以相互转化。
（设计意图：实现第一个进阶点，学生对动能和势能可以相互转化的认识，学生能用实例说明动能和重力势能弹性势能可以相互转化。）
（3）进阶过程2：创设情境，分解过程，综合分析动能和势能的相互转化过程
活动四：撑杆跳高
（1）起跳前助跑的目的是什么？展示答案：获得大量的动能。
（2）起跳后，他的身体不断上升，撑杆剧烈弯曲，能量发生了怎样的转化？ 展示答案：动能转化为运动员的重力势能和撑杆的弹性势能。当上升到一定高度时，动能减小到最小值。当上升到一定高度时，动能减小到最小值，撑杆的弹性势能转化为运动员的重力势能。
（3）当运动员越过横杆下落的过程中，能量发生了怎样的转化？
展示答案：他的重力势能又被转化为动能。
（设计意图：实现第一个进阶点，学生对动能和势能可以相互转化的认识，学生能用实例说明动能和重力势能可以相互转化。）
（4）进阶过程3：思考引导，理解机械能守恒定律
活动五：若没有摩擦阻力，摆锤和滚摆将怎样运动？
如果没有空气摩擦阻力，摆锤和滚摆每次都___（填会或不会）上升到原来的高度，即：机械能不变。只有动能和势能的相互转化，机械能的总量就保持不变，机械能守恒。
思考与讨论
把悬挂的单摆锁拉近自己的鼻子处静止，松开手后，摆锁向前摆去，接着反向摆回来，你原地不动，锁会打到你的鼻子吗？自己实际试一下，想一想这是为什么？
展示答案：不能碰到，因为有空气阻力，如果没有摩擦等阻力，只有势能和动能的相互转化，机械能的总和保持不变，机械能是守恒的。但空气中有阻力，所以机械能将减小。
（设计意图：实现第二个进阶点，如果只有动能和势能的相互转化，机械能总量保持不变，但实际生活中由于摩擦和空气阻力等因素，机械能转化为内能，故机械能不守恒。）
（5）进阶过程4：设计问题，应用机械能守恒定律
问题一：如图，空气阻力不计，小球自由下落，问小球的机械能可守恒？
答：机械能守恒。因为不计空气阻力，机械能与其他能量没有转化。
为什么位置123之间的间隔不同？小球在做加速运动。
小球的動能如何改变？增大
小球的势能如何改变？减小
小球的机械能如何转化？
由于重力做功，小球的势能转化为动能，由于小球所受阻力远小于小球的重力，阻力忽略不计，小球不需要克服阻力做功，所以重力势能全部转化动能，小球的机械能不变。
问题二：落叶从树上飘落，落叶的机械能守恒吗？
问：落叶的空气阻力要不要考虑？
答：要考虑，因为落叶很轻，空气阻力对其影响很大。
问：落叶的机械能可守恒？
答：不守恒，落叶克服空气阻力做功，机械能转化为落叶和空气的内能。
问题三：如图“蹦极”示意图，A点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，B点是蹦极者速度最大的位置，C点是蹦极者下降的最低点.则说法正确的是（ ）
A、蹦极者是靠惯性通过A点的
B、从A到B，蹦极者的动能转化为绳的弹性势能
C、从B到C，蹦极者减少的动能和重力势能转化为绳的弹性势能
D、蹦极者最终会停在C点
问题四：如图所示，粗糙程度相同的斜面与水平面在a点相连，弹簧左端固定在竖直墙壁上，弹簧处于自由状态时右端在b点，小物块从斜面的c点由静止自由滑下，与弹簧碰撞后又返回到斜面上，最高到达d点。下列说法正确的是（ ）
A、弹簧被压缩到最短时，弹性势能最小
B、小物块从c向a运动的过程中，重力势能减小
C、小物块从b向a运动的过程中，动能增加
D、小物块在整个运动过程中，机械能守恒
（设计意图：实现第三个进阶点，可以用机械能守恒定律严密而有条理的解释生活中实验中的现象。）
四、基于学习进阶的课堂教学设计与实践的意义
机械能概念是初中科学的核心概念。本论文结合初中机械能概念的教学，探讨学习进阶理论在教学设计和实践中的应用。意义有二：
1.用学习进阶理论统领科学课程的教学，将科学课程的学习变成一个有机的整体，有利于学生知识体系的建构、科学概念的形成和科学核心素养的提高。
2.另一方面帮助老师更好地把握学生的认知水平、选择恰当的教学策略，解决学生的认知困惑，从而打造有效的课堂教学。
参考文献
[1]李佳涛，王静，崔鸿. 以“学习进阶”方式统整的美国科学教育课程——基于《K-12 科学教育框架》的分析[J].外国教育研究，2013，（5）：20-26.
[2]刘晟，刘恩山.学习进阶：关注学生认知发展和生活经验[J].教育学报，2012，8（2）：81-87.
[3]中华人民共和国教育部制定.义务教育初中科学课程标准（2011 年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2011（1）.
[4]张红洋，王红美.基于学习进阶的探究学习教学设计与实践——以初中物理“动能和势能”为例.
[5]郭玉英，姚建欣.基于核心素养学习进阶的科学教学设计[J].课程.教材.教法，2016，36（11）：64-70.
关键词：学习进阶;机械能
所谓学习进阶是对学生在某一时间跨度内学习和探究某一主题时，依次、逐级进阶的思维方式的描述。学习进阶的组成要素包括（1）进阶终点，就是一个阶梯最终达到的高度。即学习目标或对学生所要达到的成就的预期。（2）进阶变量，就是一个阶梯设计所需的参数。一般指学科内或科学学习的核心概念。（3）成就水平，也就是一个阶梯要分成几阶。即在学习进阶实践过程中所追踪的发展路径上所存在的相互关联的中间步骤。（4）预期表现。
一、机械能概念的学习进阶
根据对教材和学情的调查和研究，初步提炼出初中机械能学习进阶的阶层及学习目标，如表所示：
二、基于学习进阶的机械能教学设计思路
笔者将机械能教学内容设计成6个课时：第1-3课时主要解决第一、二个核心问题，引导学生提出科学主张，从而帮助学生加快九年级机械能学习进阶由低阶层向中阶层的发展;第4课时主要解决第三、四个核心问题，第5、6课时主要解决第五个核心问题，引导学生提出后三个科学主张，从而帮助学生加快初中机械能学习进阶由中阶层向高阶层的发展。
三、基于机械能学习进阶的教学设计（以机械能守恒定律为例）
1、进阶起点：通过机械能第一课时的学习，学生已经掌握机械能的几种形式，以及各种形式的能量分别与那些因素有关，也能根据影响动能、势能大小的因素判断动能和势能大小变化情况;学生在学习了功概念之后，往往只记得其计算公式“力*距离”。而对于学习功的原因、学习功的用途并不十分清楚。很少有学生能联系“系统”、“功”的概念回答分析有关机械能的实际问题。
2、进阶目标预设：
（1）能举例说出动能和势能的相互转化。
（2）能举例说出机械能与其他形式的能量的相互转化。
（3）学生将头脑中原有机械能概念进行拓展和外延，逐步完善機械能的概念，理解机械能守恒以及转化。
3、进阶点和进阶层级预设：
结合进阶起点和预设目标，分析学生可能存在以下思维障碍：（1）动能和势能是可以相互转化的（2）什么情况下动能和势能的总和即机械能保持不变？什么情况下机械能总量减小？结合上面的分析，对应进阶点设置了进阶起点和目标，见下表：
进阶点 进阶起点 预设目标
1.对动能和势能可以相互转化的认识 会根据动能和势能的影响因素判断动能、势能的大小变化 能用实例说明物体的动能和重力势能可以相互转化;物体的动能和弹性势能可以相互转化。
2.对机械能守恒的认识 知道机械能的的形式有动能和势能，由于某些因素动能和势能的大小会发生改变，但对不同形式的能可以相互转化以及转化过程中的守恒没有认知 如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总量保持不变，但实际生活中由于摩擦和空气阻力等因素，机械能转化为内能，故机械能不守恒。
3.利用机械能守恒定律分析解释生活中现象的能力 学生能对物体的运动状态变化作出判断，动能和势能的变化作出判断 可以利用机械能守恒定律严密而有条理的解释生活中的现象
4、教学实践过程：
（1）统一进阶起点：创设情境，补充事实经验。
生活情境：早上，爸爸开车送你上学，汽车由静止启动逐渐加速的过程，动能如何改变？汽车行驶过程中爸爸关闭油门踩刹车，逐渐减速停止的过程，汽车的动能又如何变化？汽车下坡或上坡的过程，动能和势能如何变化？
（设计意图：学生对科学知识的掌握参差不齐，创设情境让学生相互帮助，回忆已学过的科学知识，尽量让学生站在同一起跑线上，为引入新课做铺垫。）
（2）进阶过程1：创设情境，建构模型，体验动能和势能的相互转化。
活动一：研究摆锤的摆动
如图用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤拉到某一高度后释放。
提问：（1）在摆锤向下摆动的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？
展示答案：在摆锤向下摆动的过程中，重力势能减小，动能增大。
（2）在摆锤摆过中点向上摆动的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？
展示答案：在摆锤摆过中点向上摆动的过程中，重力势能增大，动能减小。
教师总结：单摆中的小球在左、右运动的过程中，小球的动能与势能不断地转化。
活动二：研究滚摆的运动
如图把一个滚摆悬挂起来。用手捻动滚摆，使悬线缠在轴上，将滚摆升高到最高点，然后放手。观察滚摆在运动的过程中，其动能与势能的转化。
（1）滚摆下降的过程中，重力势能、动能如何变化？在滚摆下降的过程中，重力势能减小，动能增大。
（2）滚摆上升过程中，重力势能、动能如何变化？在滚摆上升的过程中，重力势能增大，动能减小。
活动三：玩皮筋
（1）当橡皮筋拉长时，橡皮筋就储存了弹性势能。
（2）放手后橡皮筋就会飞出去而具有（动能）。
（3）在这一过程中能量是如何转化的？
实验说明：动能和弹性势能可以相互转化。
（设计意图：实现第一个进阶点，学生对动能和势能可以相互转化的认识，学生能用实例说明动能和重力势能弹性势能可以相互转化。）
（3）进阶过程2：创设情境，分解过程，综合分析动能和势能的相互转化过程
活动四：撑杆跳高
（1）起跳前助跑的目的是什么？展示答案：获得大量的动能。
（2）起跳后，他的身体不断上升，撑杆剧烈弯曲，能量发生了怎样的转化？ 展示答案：动能转化为运动员的重力势能和撑杆的弹性势能。当上升到一定高度时，动能减小到最小值。当上升到一定高度时，动能减小到最小值，撑杆的弹性势能转化为运动员的重力势能。
（3）当运动员越过横杆下落的过程中，能量发生了怎样的转化？
展示答案：他的重力势能又被转化为动能。
（设计意图：实现第一个进阶点，学生对动能和势能可以相互转化的认识，学生能用实例说明动能和重力势能可以相互转化。）
（4）进阶过程3：思考引导，理解机械能守恒定律
活动五：若没有摩擦阻力，摆锤和滚摆将怎样运动？
如果没有空气摩擦阻力，摆锤和滚摆每次都___（填会或不会）上升到原来的高度，即：机械能不变。只有动能和势能的相互转化，机械能的总量就保持不变，机械能守恒。
思考与讨论
把悬挂的单摆锁拉近自己的鼻子处静止，松开手后，摆锁向前摆去，接着反向摆回来，你原地不动，锁会打到你的鼻子吗？自己实际试一下，想一想这是为什么？
展示答案：不能碰到，因为有空气阻力，如果没有摩擦等阻力，只有势能和动能的相互转化，机械能的总和保持不变，机械能是守恒的。但空气中有阻力，所以机械能将减小。
（设计意图：实现第二个进阶点，如果只有动能和势能的相互转化，机械能总量保持不变，但实际生活中由于摩擦和空气阻力等因素，机械能转化为内能，故机械能不守恒。）
（5）进阶过程4：设计问题，应用机械能守恒定律
问题一：如图，空气阻力不计，小球自由下落，问小球的机械能可守恒？
答：机械能守恒。因为不计空气阻力，机械能与其他能量没有转化。
为什么位置123之间的间隔不同？小球在做加速运动。
小球的動能如何改变？增大
小球的势能如何改变？减小
小球的机械能如何转化？
由于重力做功，小球的势能转化为动能，由于小球所受阻力远小于小球的重力，阻力忽略不计，小球不需要克服阻力做功，所以重力势能全部转化动能，小球的机械能不变。
问题二：落叶从树上飘落，落叶的机械能守恒吗？
问：落叶的空气阻力要不要考虑？
答：要考虑，因为落叶很轻，空气阻力对其影响很大。
问：落叶的机械能可守恒？
答：不守恒，落叶克服空气阻力做功，机械能转化为落叶和空气的内能。
问题三：如图“蹦极”示意图，A点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，B点是蹦极者速度最大的位置，C点是蹦极者下降的最低点.则说法正确的是（ ）
A、蹦极者是靠惯性通过A点的
B、从A到B，蹦极者的动能转化为绳的弹性势能
C、从B到C，蹦极者减少的动能和重力势能转化为绳的弹性势能
D、蹦极者最终会停在C点
问题四：如图所示，粗糙程度相同的斜面与水平面在a点相连，弹簧左端固定在竖直墙壁上，弹簧处于自由状态时右端在b点，小物块从斜面的c点由静止自由滑下，与弹簧碰撞后又返回到斜面上，最高到达d点。下列说法正确的是（ ）
A、弹簧被压缩到最短时，弹性势能最小
B、小物块从c向a运动的过程中，重力势能减小
C、小物块从b向a运动的过程中，动能增加
D、小物块在整个运动过程中，机械能守恒
（设计意图：实现第三个进阶点，可以用机械能守恒定律严密而有条理的解释生活中实验中的现象。）
四、基于学习进阶的课堂教学设计与实践的意义
机械能概念是初中科学的核心概念。本论文结合初中机械能概念的教学，探讨学习进阶理论在教学设计和实践中的应用。意义有二：
1.用学习进阶理论统领科学课程的教学，将科学课程的学习变成一个有机的整体，有利于学生知识体系的建构、科学概念的形成和科学核心素养的提高。
2.另一方面帮助老师更好地把握学生的认知水平、选择恰当的教学策略，解决学生的认知困惑，从而打造有效的课堂教学。
参考文献
[1]李佳涛，王静，崔鸿. 以“学习进阶”方式统整的美国科学教育课程——基于《K-12 科学教育框架》的分析[J].外国教育研究，2013，（5）：20-26.
[2]刘晟，刘恩山.学习进阶：关注学生认知发展和生活经验[J].教育学报，2012，8（2）：81-87.
[3]中华人民共和国教育部制定.义务教育初中科学课程标准（2011 年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2011（1）.
[4]张红洋，王红美.基于学习进阶的探究学习教学设计与实践——以初中物理“动能和势能”为例.
[5]郭玉英，姚建欣.基于核心素养学习进阶的科学教学设计[J].课程.教材.教法，2016，36（11）：64-70.