美國《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》的轉(zhuǎn)變

魏舟靜 柏 毅

（東南大學(xué) 學(xué)習(xí)科學(xué)研究中心，江蘇 南京 210018）

美國NGSS于2013年4月9日正式發(fā)布［1］，基于2011年7月美國國家研究理事會（NRC）發(fā)布的《k-12科學(xué)教育的框架》（以下簡稱《框架》）［2］的指導(dǎo)，該標(biāo)準(zhǔn)從2012年5月第一次將用于搜集公眾意見的草案公布至今，整個制定過程歷時3年之久?？v觀該標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)容在結(jié)構(gòu)上、觀念上都有重大的轉(zhuǎn)變。

一、結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變

在NGSS開發(fā)之初，為了消除潛在的冗余，讓《框架》的內(nèi)容與新標(biāo)準(zhǔn)中的核心概念順利地銜接起來，寫作團隊設(shè)置了“NGSS學(xué)科核心概念”圍繞“NGSS主題”的方式制定標(biāo)準(zhǔn)。這種安排提供了標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并將相應(yīng)的學(xué)生個人的表現(xiàn)預(yù)期反映在科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)科核心概念部分中，方便科學(xué)教育工作者的使用。

從具體的科學(xué)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而言，NGSS以“表現(xiàn)預(yù)期”“基礎(chǔ)框”和“聯(lián)系框”三個方面依次建構(gòu)了科學(xué)教育內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，后二者都是圍繞“表現(xiàn)預(yù)期”展開的。

1.表現(xiàn)預(yù)期

為了讓學(xué)生能夠融會貫通地將學(xué)科核心概念、跨學(xué)科概念和科學(xué)與工程實踐三方面要求展示出來，NGSS設(shè)置了“表現(xiàn)預(yù)期”這一命題，有效地將“基礎(chǔ)框”中的三個維度的內(nèi)容結(jié)合在一起，這也是NGSS最大的創(chuàng)新。這一創(chuàng)新為教育者提供了獨特的指導(dǎo)，同時也為課堂中的科學(xué)教學(xué)定下了基調(diào)。

“表現(xiàn)預(yù)期”陳述了學(xué)生在某一學(xué)段應(yīng)該理解和能夠做到的相關(guān)科學(xué)內(nèi)容，轉(zhuǎn)變了之前標(biāo)準(zhǔn)中“學(xué)生應(yīng)該知道和理解的科學(xué)知識”這一說法。由于學(xué)生對同一科學(xué)內(nèi)容會有不同的理解而導(dǎo)致沒有一致的教學(xué)評估。國家為了彌補這一不足，通過“表現(xiàn)預(yù)期”來斷定哪些學(xué)生的行為能夠表明他們符合標(biāo)準(zhǔn)要求，從而為課程、教學(xué)和評估提供統(tǒng)一的、具體的目標(biāo)。突出學(xué)生能將知識的掌握轉(zhuǎn)化為可評估的行為表現(xiàn)，以確定學(xué)生是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中的要求。

2.基礎(chǔ)框

為了更好地詮釋表現(xiàn)預(yù)期的內(nèi)容，在此欄目的下方建構(gòu)了“基礎(chǔ)框”，基礎(chǔ)框中的內(nèi)容是依據(jù)《框架》制定的，分為三個維度，即學(xué)科核心概念（DCIs）、科學(xué)與工程實踐（SEPs）、跨學(xué)科概念（CCs），實踐和跨學(xué)科概念都是圍繞學(xué)科核心概念的。

（1）學(xué)科核心概念

確定學(xué)科核心概念，最大的挑戰(zhàn)是形成一套系統(tǒng)的、可操作的標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)科核心概念闡述的內(nèi)容主要是取自《框架》中所要求的，關(guān)于所有學(xué)生在高中畢業(yè)時應(yīng)該能夠理解的最基礎(chǔ)的科學(xué)概念，涉及物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與空間科學(xué)和工程、技術(shù)及其科學(xué)運用4個領(lǐng)域，共11項核心概念，39項分解概念。制定者要對這些核心概念和分解概念在不同等級上進(jìn)行詳細(xì)的詮釋或者進(jìn)行提煉，期望每位學(xué)生都能在不同年級階段結(jié)束前對所學(xué)知識有徹底的理解。與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)相比，內(nèi)容少而精，在深度上提出更高的要求。

（2）跨學(xué)科概念

跨學(xué)科概念的內(nèi)容也是源于《框架》的，共有7條跨學(xué)科概念，分別為模型、原因和效果、規(guī)模、比例和數(shù)量、系統(tǒng)和系統(tǒng)模型、能量和物質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能、穩(wěn)定性和變化，為學(xué)生更好地了解世界建立一種組織結(jié)構(gòu)，并幫助他們理解和連接不同學(xué)科領(lǐng)域不同年級階段的學(xué)科核心概念。雖然大多數(shù)核心概念中只涵蓋一個或幾個跨學(xué)科概念的類型，但是所有跨學(xué)科概念在每個年級階段中都能通過不同的學(xué)科核心概念得以運用。

值得我們更進(jìn)一步了解的是學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念之間的聯(lián)系，《框架》中提到“學(xué)生要在教材中提供的核心概念的指導(dǎo)下，反復(fù)使用跨學(xué)科概念，才能增強對這些概念的領(lǐng)悟。反過來，跨學(xué)科概念提供一種連接性的結(jié)構(gòu)，能更好地理解科學(xué)學(xué)科及被研究系統(tǒng)中的特殊定律”。下面以“模型”這一跨學(xué)科概念簡要闡述物質(zhì)科學(xué)中的“地球系統(tǒng)”這一學(xué)科核心概念，以求更好地理解“學(xué)科核心概念”和“跨學(xué)科概念”之間的聯(lián)系，見圖1。

圖1 學(xué)科核心概念：地球系統(tǒng)——所用的跨學(xué)科概念：模型

（3）科學(xué)與工程實踐

科學(xué)與工程實踐所陳述的內(nèi)容是來自《框架》中八個實踐類別中的內(nèi)容，八個實踐內(nèi)容是從專業(yè)的科學(xué)家和工程師的操作實踐中提煉出來的，用來進(jìn)一步解釋學(xué)生在每個年級階段實踐的重點。雖然實踐的種類形式不多，但是對每一個年級段都作出了要求。新標(biāo)準(zhǔn)鼓勵教師在一項任務(wù)中交叉使用多種實踐，并且不要受限于“表現(xiàn)預(yù)期”，只將它作為指導(dǎo)性評估。該標(biāo)準(zhǔn)中的實踐不僅僅是為了加強學(xué)生科學(xué)技能，也是為了能讓學(xué)生對科學(xué)與工程的本質(zhì)有更深的理解。而早在2003年，已有研究證明“實踐”教學(xué)方法——也被《框架》和NGSS提出的三個維度之一，與傳統(tǒng)的、被動的學(xué)習(xí)方式相比，確實能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率及對科學(xué)的興趣。［3］

簡而言之，以上三個維度的有效整合，可以通過科學(xué)實踐的做法來發(fā)展學(xué)生研究自然世界的能力；通過工程設(shè)計的過程來解決實際的問題；通過聚焦于核心概念來掌握四個科學(xué)領(lǐng)域的知識內(nèi)容；通過跨學(xué)科概念進(jìn)一步理解和聯(lián)系科學(xué)知識。

3.聯(lián)系框

聯(lián)系框中的內(nèi)容旨在支持“表現(xiàn)預(yù)期”中的每一條標(biāo)準(zhǔn)，通過連接到其他科學(xué)領(lǐng)域中的內(nèi)容或者通用國家核心課程來體現(xiàn)。聯(lián)系框中的內(nèi)容也分為三個小部分：

一是“同年級階段中的其他核心概念”，包括同一年級階段內(nèi)不同科學(xué)領(lǐng)域中涉及同一主題的內(nèi)容，提示教學(xué)工作者在講授課程時要注重彼此的關(guān)系。

二是“跨年級階段間的學(xué)科核心概念”，是指同一核心概念可能在不同年級段可能都會涉及，并呈螺旋式的遞進(jìn)。因此，據(jù)NGSS的描述，某一核心概念在之前的年級出現(xiàn)可為概念的滲透提供基礎(chǔ)，在之后的年級階段出現(xiàn)可為后續(xù)學(xué)習(xí)鞏固基礎(chǔ)。

三是“與通用國家核心課程標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系”，主要是用來聯(lián)結(jié)在《英語語言藝術(shù)、文學(xué)和數(shù)學(xué)通用核心國家標(biāo)準(zhǔn)》中出現(xiàn)的與該條標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的知識點。

總體上，《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》結(jié)構(gòu)布局比較連貫，因此，“表現(xiàn)預(yù)期”在同一個年級階段上可根據(jù)實際教學(xué)情況隨意安排，充分發(fā)揮教學(xué)的選擇性和靈活性。

二、新觀念及其影響

NGSS最大的貢獻(xiàn)在于將科學(xué)教育的重點從沉浸在“教”科學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)椤白觥笨茖W(xué)。［4］《框架》中曾強調(diào)在整個小學(xué)、初中和高中階段，學(xué)生應(yīng)該有動手“做”科學(xué)的機會。相應(yīng)的，NGSS既注重知識的教學(xué)，又注重學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。因為所學(xué)知識的程度、范圍都會影響其今后的發(fā)展，而實踐能力的表現(xiàn)是唯一能檢驗其知識學(xué)習(xí)的最佳手段。以下幾條新觀念的提出無疑體現(xiàn)了“做”科學(xué)這一核心思想：

第一，K-12科學(xué)教育應(yīng)像在現(xiàn)實世界中的實踐和體驗?zāi)菢臃从吵隹茖W(xué)本質(zhì)間的相互聯(lián)系。以前的標(biāo)準(zhǔn)往往將科學(xué)問題分開來說明，如用提出問題、回答問題的形式讓我們了解周圍的世界，用定義問題、設(shè)計問題的解決方案讓我們學(xué)習(xí)解決問題的方法；而新標(biāo)準(zhǔn)中通過運用一項任務(wù)，將知識、方法和實踐都結(jié)合在一起，尋求科學(xué)本質(zhì)間的相互聯(lián)系。

第二，NGSS側(cè)重學(xué)生的表現(xiàn)預(yù)期而不僅僅是課程、教學(xué)或者評估。NGSS將指導(dǎo)課程開發(fā)人員，在開發(fā)設(shè)計連貫的教學(xué)計劃時，確保學(xué)生達(dá)到預(yù)期的表現(xiàn)。“表現(xiàn)預(yù)期”的三個維度的融合旨在提高課程教學(xué)，而不是限制教學(xué)。

第三，科學(xué)概念的建立與發(fā)展貫穿于幼兒園至十二年級。鑒于以往的科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中學(xué)科知識的零散性、不連貫性，這一代標(biāo)準(zhǔn)提出了跨越時間限制來建立和運用標(biāo)準(zhǔn)的模式，即學(xué)科核心概念。目標(biāo)是讓學(xué)生將重點放在基礎(chǔ)內(nèi)容上，以此作為學(xué)生進(jìn)步的基石，幫助他們形成科學(xué)素養(yǎng)。

第四，NGSS注重更深層次內(nèi)容的理解及應(yīng)用。這一觀念與第三點是一脈相承的，由于同一核心概念可能出現(xiàn)在不同年級段，其內(nèi)容的難度有所增加，或者其側(cè)重點將會有所不同。通常專家運用所研究領(lǐng)域中的核心原則和理論結(jié)構(gòu)來解決問題，而新手只是孤立的、甚至對立地看待知識片段，難以組織和整合知識。所以，NGSS期望通過實踐來連接核心概念和跨學(xué)科概念，幫助學(xué)生從新手向?qū)＜疫^渡。

第五，NGSS要求將科學(xué)與工程等學(xué)科知識融入K-12教育系統(tǒng)中。Joseph Krajcik①在今年的密歇根州科學(xué)教師協(xié)會會議上說過，科學(xué)、工程和技術(shù)滲透到人們現(xiàn)代生活的方方面面，它既是一種文化成果，又是人類共享的利益。此外，人們對科學(xué)與工程的理解力對參與公共政策的決定有著至關(guān)重要的影響?？茖W(xué)與工程學(xué)融入基礎(chǔ)教育系統(tǒng)勢在必行。

第六，NGSS為學(xué)生能夠順利進(jìn)入大學(xué)、就業(yè)或者成為合格的公民做好充分的準(zhǔn)備。這也是各委員會在制定一部高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時考慮的實際意義。

第七，NGSS和通用核心國家標(biāo)準(zhǔn)（英語語言藝術(shù)和數(shù)學(xué)）的作用是一致的。科學(xué)和工程為應(yīng)用英語語言藝術(shù)和數(shù)學(xué)技能提供一個領(lǐng)域；英語語言藝術(shù)、數(shù)學(xué)和科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)可為學(xué)校課程在加強這些領(lǐng)域的知識與技能的掌握時產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)；三者之間是相輔相成的。

三、結(jié)語

通過讓各種與科學(xué)利益相關(guān)者進(jìn)行集中階段開發(fā)形成的美國《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》，已為下一步的科學(xué)教育提供了藍(lán)圖，這個藍(lán)圖的實現(xiàn)將改變?nèi)珖鞯氐目茖W(xué)課堂中“教和學(xué)”的方法，同時，強化了科學(xué)教育在美國公民教育中的地位。其結(jié)構(gòu)上的重大改變和新觀念新思想的引入，對美國科學(xué)教育的影響必將是顛覆式的。這些轉(zhuǎn)變將會成為全球科學(xué)教育領(lǐng)域的焦點，對我國科學(xué)教育的發(fā)展也會帶來新的啟發(fā)。

注釋：

①Joseph Krajcik，NGSS寫作團隊的領(lǐng)導(dǎo)者，密歇根州立大學(xué)教育學(xué)院科學(xué)教育教授，數(shù)學(xué)和科學(xué)教育（RiMSE）研究所所長。

［1］Achieve.Next Generation Science Standards.http://www.nextgenscience.org/.

［2］National Research Council（NRC）.A Framework for K-12 Science Education:Practices，Crosscutting Concepts，and Core Ideas.National Academies Press.Washington，DC，2011.

［3］J.A.Michael and H.I.Modell.Active Learning in Secondary and College Science Classrooms:A Working Model for Helping the Learner to Learn.Lawrence Erlbaum Associates，2003.

［4］Heidi Schweingruber.Transforming Science Education.http://www.jes2s.com/pdfs/editorials_July2012.pdf.