2011年7月,美國國家研究理事會正式發(fā)布了《K-12科學(xué)教育框架——實踐、跨領(lǐng)域的概念和核心概念》(以下簡稱“《框架》”)。這一《框架》由科學(xué)教育標準(K-12)框架制訂委員會歷時18個月完成。該委員會是由美國國家研究理事會遴選的來自自然科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程學(xué)、認知發(fā)展心理學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)、教育政策與執(zhí)行、科學(xué)課堂教學(xué)研究和科學(xué)教育實踐等領(lǐng)域的18位專家組成。《框架》明確提出了學(xué)生需要學(xué)習(xí)和參與的核心概念和實踐活動,是為美國新的《國家科學(xué)教育標準》的制訂而開展的前期工作。計劃于2012年秋發(fā)布的美國《國家科學(xué)教育標準》將以這個《框架》為基礎(chǔ)。
《框架》的制訂和評審過程嚴格而細致,先后有400多位教育專家和科學(xué)家參與到不同階段的制訂工作中??蚣苤朴單瘑T會的18位教育專家和不同學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)家,在他們的專業(yè)知識、關(guān)于學(xué)生如何學(xué)習(xí)科學(xué)的最新研究以及先前的各種標準文件基礎(chǔ)上,在生命科學(xué)、物理科學(xué)、地球與空間科學(xué)、工程技術(shù)與科學(xué)的應(yīng)用4個學(xué)科領(lǐng)域的專家團隊的指導(dǎo)下,開發(fā)了《框架》草案,并于2010年夏天發(fā)布。該草案廣泛征求了科學(xué)家、科學(xué)教育工作者、教育研究人員和其他科學(xué)教育相關(guān)人員的意見。美國科學(xué)教師協(xié)會(NSTA)、美國科學(xué)促進會(AAAS)、美國國務(wù)院科學(xué)顧問團和一些特定研究團隊幫助收集他們各自成員的反饋,然后總結(jié)各種意見對草案進行修訂。同時為了確?!犊蚣堋返馁|(zhì)量,國家研究理事會在保密狀態(tài)下進行了密集的同行評議。超過20位專家提出了審閱意見,并最終形成這個正式由美國科學(xué)院出版社出版的版本。
基于對已知的科學(xué)學(xué)習(xí)本質(zhì)的理解,K-12科學(xué)教育框架的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容制訂基于以下幾個指導(dǎo)性原則:兒童是天生的研究者;關(guān)注核心概念和實踐;對科學(xué)的理解隨時間而加深;科學(xué)和工程既需要知識,也需要實踐;科學(xué)教育與學(xué)生興趣和經(jīng)驗的結(jié)合;教育公平性的提升。其中,“關(guān)注核心概念和實踐”是經(jīng)過廣泛討論后在《框架》草案的基礎(chǔ)上新增加的一條指導(dǎo)原則。這條原則的增加是基于新的神經(jīng)教育學(xué)的研究成果,力圖幫助學(xué)生將不連貫的知識片段組織和整合起來形成核心概念,培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)更靈活、更連貫及更廣泛的科學(xué)認知和實踐能力。
《框架》的具體內(nèi)容分為3個維度:科學(xué)與工程的實踐(從事科學(xué)探究和工程設(shè)計的實踐)、跨領(lǐng)域的概念(在科學(xué)與工程領(lǐng)域中通用的、統(tǒng)一的跨領(lǐng)域的概念)、科學(xué)學(xué)科內(nèi)的核心概念(物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與空間科學(xué),以及工程、技術(shù)和科學(xué)的應(yīng)用)。為了支持學(xué)生的學(xué)習(xí),這3個維度的內(nèi)容都需要整合到標準、課程、教學(xué)指導(dǎo)和評測當中。當學(xué)生在學(xué)習(xí)具體的科學(xué)概念時,需要通過科學(xué)實踐來進行探究(科學(xué))和設(shè)計(工程),而不僅僅是學(xué)習(xí)知識,需要進行更深入的科學(xué)實踐操作,同時還必須幫助學(xué)生逐漸建構(gòu)那些跨領(lǐng)域的概念。
在科學(xué)與工程實踐部分,《框架》用“實踐”這個詞代替“技能”,是為了強調(diào)進行科學(xué)研究不僅需要每個實踐中特有的技能而且也需要相關(guān)的知識,避免將科學(xué)實踐簡化為一套單一的程序,如:識別和控制變量、實體分類等,這將不利于發(fā)展學(xué)生進一步理解概念和科學(xué)的方法?!犊蚣堋分袑嵺`(如模仿、形成解釋、參與辯論與評價)的反復(fù)強調(diào)是為了形成這樣一種觀點,即應(yīng)該通過探究過程來學(xué)習(xí)科學(xué)。這個部分的主要內(nèi)容來自于:①當科學(xué)家研究和建構(gòu)有關(guān)世界的概念、模型和理論時使用的主要實踐方法;②當工程師設(shè)計和構(gòu)建系統(tǒng)時使用的重要的工程技術(shù)實踐?!犊蚣堋分薪o出了K-12年級科學(xué)課堂中需要學(xué)習(xí)的8種基本實踐:
◇提出科學(xué)問題,明確工程難題;
◇建立和使用模型;
◇設(shè)計和實施調(diào)查研究;
◇分析和解釋數(shù)據(jù);
◇利用數(shù)學(xué)、信息與計算機技術(shù)和計算思維能力;
◇建構(gòu)科學(xué)的解釋,設(shè)計工程解決方案;
◇基于證據(jù)的辯論;
◇獲得、評估和交流信息。
《框架》反復(fù)強調(diào),這些實踐活動必須在K-12整個學(xué)段與核心科學(xué)概念的學(xué)習(xí)和應(yīng)用緊密結(jié)合,尤其是通過科學(xué)探究和工程設(shè)計活動,在提出問題和明確難題、分析和解釋數(shù)據(jù)以及建構(gòu)解釋和方案設(shè)計等環(huán)節(jié)加深學(xué)生對科學(xué)的理解。
在科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域始終貫穿著一些重要的概念,這些超出于學(xué)科界限的跨領(lǐng)域的概念反復(fù)出現(xiàn)在、并適用于科學(xué)和工程中的所有領(lǐng)域,能有效地用于說明事物、創(chuàng)造理論、觀察和設(shè)計。在《框架》中詳細論述了貫穿科學(xué)與工程學(xué)科的7個跨領(lǐng)域的概念,它們可以幫助學(xué)生將很多學(xué)科知識與一個統(tǒng)一的、科學(xué)的世界聯(lián)系起來。學(xué)生通過對各個領(lǐng)域內(nèi)的核心概念的反復(fù)學(xué)習(xí),來加深對這些跨領(lǐng)域的概念的理解。這些跨領(lǐng)域的概念分別是:①模式,⑦因果關(guān)系;③尺度、比例和數(shù)量;④系統(tǒng)和系統(tǒng)模型,⑤能量和物質(zhì),⑥結(jié)構(gòu)和功能;⑦穩(wěn)定性和變化。
由于科學(xué)的發(fā)展,教師無法在K-12年級詳細地向?qū)W生教授與特定學(xué)科相關(guān)的所有知識。科學(xué)教育的一個重要目標不是為了教“事實”,而是為了讓學(xué)生準備足夠的核心概念,以便今后他們自己能夠獲得更多的信息,繼續(xù)得到很好的發(fā)展?!犊蚣堋分朴單瘑T會通過應(yīng)用下面列出的標準選定了科學(xué)和工程中的有限的核心概念:
◇對于多個科學(xué)或工程學(xué)科來說都是非常重要的或者是某一學(xué)科的關(guān)鍵組成成分;
◇為理解和研究更為復(fù)雜的概念和解決問題提供重要工具;
◇結(jié)合學(xué)生的興趣和生活經(jīng)驗,或者結(jié)合需要利用科學(xué)或技術(shù)知識來理解的社會或個人關(guān)注的內(nèi)容;
◇在深度和復(fù)雜度水平日趨增長的各個年級都能夠開展的教和學(xué)的內(nèi)容。就是說,這些概念對于年幼的學(xué)生來說也可以學(xué)習(xí),但在廣度上也足夠在各個年級不斷進行探究。
這些核心概念來自干物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與空間科學(xué),以及工程、技術(shù)和科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域,每一個核心概念都需要教師和學(xué)生有充分的時間進行深入的探究以達到理解的程度?!犊蚣堋穼诵母拍畹某尸F(xiàn)采用了學(xué)習(xí)進程(learning progression)的形式,強調(diào)在K-12年級以一種連貫的方式培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)能力,并符合學(xué)習(xí)進程的邏輯性?!犊蚣堋诽峁┝嗣恳粋€核心概念的詳細說明,并分解出核心概念的主要組成部分,同時給出了到2、5、8、12年級結(jié)束時,學(xué)生對每個概念應(yīng)掌握的程度。
《框架》建構(gòu)的核心理念就是“學(xué)習(xí)是一個連續(xù)性發(fā)展的進程”。《框架》設(shè)計的目的是幫助孩子們持續(xù)性地建構(gòu)和完善他們的知識和能力,從他們對周邊環(huán)境的興趣和對世界運行的最初想法開始?!犊蚣堋返慕Y(jié)構(gòu)聚焦于有限的科學(xué)和工程領(lǐng)域內(nèi)和跨領(lǐng)域的核心概念,避免提供大量淺顯的主題,從而為教師和學(xué)生在更深入地探索每一個概念時提供更多的時間。細節(jié)數(shù)量上的減少也是為了給學(xué)生們多點時間去參與到科學(xué)調(diào)查和討論當中,從而實現(xiàn)對核心概念更深入的理解。
《框架》強調(diào),對科學(xué)和工程的學(xué)習(xí)包括整合科學(xué)解釋的知識(如內(nèi)容知識)和用于科學(xué)探究與工程設(shè)計的實踐,必須在K-12階段的科學(xué)教育中將知識和實踐相互整合在科學(xué)課程的教學(xué)設(shè)計和教學(xué)活動中;強調(diào)科學(xué)實踐,尤其是語言和數(shù)學(xué)等多學(xué)科對科學(xué)教學(xué)的支持。
通過這個《框架》,我們可以更好地了解美國所有完成高中學(xué)業(yè)前學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)的內(nèi)容及其學(xué)習(xí)進程序列,但是還無法了解到各年級層次的詳細程度,以及高中水平的課程描述和標準。這份《框架》作為一份指南適用于標準開發(fā)者,也適用于課程設(shè)計者、評估開發(fā)者、國家和地區(qū)科學(xué)教育官員、從事科學(xué)教育教學(xué)的專業(yè)人員以及在非正規(guī)環(huán)境下的科學(xué)教育工作者?!犊蚣堋愤€需要融入到科學(xué)教育標準中,融入到教師培訓(xùn)、課程與評測資源的開發(fā)中,才能真正對教學(xué)實踐帶來深入的影響。
“對于孩子是如何學(xué)習(xí)的,以及如何創(chuàng)建支持科學(xué)學(xué)習(xí)的環(huán)境等方面,我們已經(jīng)積累了很多的知識,現(xiàn)在是一個去發(fā)生改變的時機”,Brian J.Reiser(《框架》制訂委員會成員,美國西北大學(xué)學(xué)習(xí)科學(xué)教授)這樣說,“研究提供了這種可能性,并幫助我們清晰地看到有效的科學(xué)教育應(yīng)該怎樣做!”
正如美國科學(xué)教師協(xié)會在其官方聲明中所說:這份《框架》將對科學(xué)教育帶來轉(zhuǎn)型性的變化,邁出了《美國科學(xué)教育標準》(1996)和《科學(xué)素養(yǎng)的基準》(1993)之后美國科學(xué)教育史上最重大、最有前途的一