落实核心素养,基于核心概念开发课程,实现教学和评价的学习进阶式变革,已经成为推动基础教育课程改革的内驱力。本研究基于科学认识论、概念转变理论、认知架构理论和概念形成理论,以义务教育阶段学生为研究对象,通过文献研究法、教育测量法、比较研究法和现象图析法对学生“物质”核心概念学习进阶水平进行了预设与检验。研究主要完成了以下任务:第一,基于9个国家或地区1至9年级科学课程文件,从“成分与辨识”、“性质与应用”、“变化与转化”三个视角划分了学生“物质”核心概念进阶维度,然后利用“全景图”法开发学习进阶的方法,确定了义务教育阶段学生“物质”核心概念;第二,建构义务教育阶段学生“物质”核心概念学习进阶理论预设模型;第三,根据预设的五个水平,开发了31个测评项目,通过SPSS24.0对其克隆巴赫系数,通过Winsteps 3.72.0对其分离度、项目和被试信度、试题难度、模型误差、项目拟合度、单维性、怀特图、点测量相关等进行了检验,并对测评项目进行了修正,正式确定29个测评项目后,对来自全国8个省15所中小学的510个被试进行了正式测评,从而最终确立了义务教育阶段学生“物质”核心概念学习进阶模型;第四,基于学习进阶模型,讨论了其在学习评价、教学设计、课程研制、教材编写四个方面的应用价值。研究主要发现如下:首先,从成分与辨识维度来看,义务教育阶段学生“物质”核心概念理解水平从“物质”一般知觉特征,如形状、大小、数量、颜色等物理性质和变化向化学性质和变化进阶。但是学生水平变化不是绝对按照年级阶段递增的,存在一定的跳跃性和波动性。总体上来说,学生“物质”核心概念理解水平,随着年级阶段递增,其中有三个重要的时间节点,分别是小学中段、七至八年级和九年级,学生“物质”核心概念理解在这些时间节点上都有质的飞跃。在物质组成上,学生“物质”核心概念理解水平从宏观到微观,比如从认识数量、面积、体积、质量、密度,到认识“物质”的分子和原子结构等。其次,从性质与应用维度来看,总体上随着学生年级阶段的递增,学生对于“物质”核心概念的描述更加精确,能够使用科学的语言对“物质”的各种核心概念进行正确的表征,诸如熔化、升华、酸碱反应等,这在高年级表现愈发明显。“物质”比热容概念在国内是九年级开始接触,但是在国外一至九年级没有涉及这方面的内容,研究发现我国义务教育阶段学生科学课程学习内容较深。再次,从变化与转化维度来看,小学低段学生在核心概念理解上具有明显的局限性,这给课程研制提出了巨大的挑战,虽然学生在小学高段已经开始形成化学变化的初步观念,但是直到九年级才能真正从结构和组成上理解化学变化。因此,科学课程研制必须充分考虑学生学习序列与思维进阶。我国传统意义上的科学课程研制较少关注实证研究,教材内容以怎样的序列向学生呈现是一个值得研究的问题,并且需要进一步加深拓宽,应该从宏观政策方面支持各类学习进阶的研究,进而为科学课程研制服务。通过实证研究发现七至八年级学生在“物质”核心概念理解上,相当大比例的学生已经能够从化学性质及变化视角去认知“物质”,并且这部分学生正确认知水平较高,因此,将九年级《化学》课程提前至八年级开设,可能对学生“物质”核心概念理解更为有利,并且符合学生认知实际。科学内容教学设计必须着眼于学生进阶起点、进阶终点以及年级递进序列,盲目地以教材为主线向学生呈现各类科学内容对学习处境不利的学生可能造成恶性循环。通过实证研究发现,学生物质认知水平虽然随着年级递增,尤其是小学高段、初中阶段的学生在“物质”核心概念理解水平上表现出巨大的差异,但是班额过大不利于科学内容学习进阶式设计,而小班化可能有利于学习进阶式设计。此外,学生由于家庭背景、个体因素、学习环境、努力程度等方面的差异,其“物质”核心概念理解水平参差不齐,因而通过学习进阶来评价学生学业水平,还很好地解决了传统评价普遍存在的笼统性、模糊性。