美國《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》中生命科學(xué)“學(xué)科核心概念”教育目標(biāo)設(shè)計

熊國勇

（1.南昌師范學(xué)院生物系，江西 南昌 330032；2.江西基礎(chǔ)教育研究中心，江西 南昌 330032）

美國于2011年發(fā)布了《K—12年級科學(xué)教育的框架：實踐，跨學(xué)科概念和核心概念》（A Framework for K-12 Science Education:Practices，Crosscutting Concepts and Core Ideas，簡稱《框架》）。[1]以《框架》作為指導(dǎo)性文件，由美國國家研究理事會（National Re?search Council，NRC）等諸多官方與民間機構(gòu)共同參與研究并聯(lián)合來自26個州的40余位科學(xué)專業(yè)及相關(guān)人士共同參與編寫，于2013年4月完成《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》（Next Generation Science Standards，以下簡稱NGSS）的定稿，并正式面向全球發(fā)布。

NGSS內(nèi)容豐富，涉及“生命科學(xué)”（Life Sciences,LS）、“物質(zhì)科學(xué)”（Physical Sciences,PS）、“地球與空間科學(xué)”（Earth and Space Sciences,ESS）和“工程、技術(shù)及科學(xué)的應(yīng)用”（Engineering,Technology and the Applications of Science,ETS）四大學(xué)科領(lǐng)域，對全美幼兒園到12年級的科學(xué)教育進行頂層設(shè)計，引領(lǐng)著全美基礎(chǔ)教育階段科學(xué)教育新的實踐方向。本文以“生命科學(xué)”領(lǐng)域為討論對象，考察其學(xué)科核心概念教育目標(biāo)設(shè)計特征及對我國中小學(xué)生命科學(xué)教育的影響和啟示。

一、NGSS中的生命科學(xué)“學(xué)科核心概念”

NGSS主要包含同一內(nèi)容的兩種組織形式的文本，一種是以“學(xué)科核心概念”形式組織（Arranged by Disciplinary Core Ideas，DCIs），另一種是以“主題”形式組織（Arranged by Topics），本文只討論前者。NGSS對所涉的包含“生命科學(xué)”在內(nèi)四大學(xué)科領(lǐng)域遴選出了13個核心概念，并分解出44個相應(yīng)的次級概念（Sub-ideas)，圍繞這些學(xué)科核心概念的科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)開展目標(biāo)設(shè)計。

1.學(xué)科核心概念遴選標(biāo)準(zhǔn)

“學(xué)科核心概念”指的是本學(xué)科內(nèi)非常重要的概念，反映該學(xué)科內(nèi)最受關(guān)注的知識模塊。NGSS制定者提出了4條遴選標(biāo)準(zhǔn)，符合下列2條及以上標(biāo)準(zhǔn)的概念才能被定為核心概念：（1）對科學(xué)或工程學(xué)的多學(xué)科領(lǐng)域都有重要的價值，或者是單一學(xué)科重要的組織性概念；（2）可作為理解和探究更復(fù)雜的概念及解決問題的重要工具；（3）與學(xué)生的興趣和生活經(jīng)驗相關(guān)，或者聯(lián)系到需要科學(xué)或工程學(xué)知識的社會性或個人關(guān)注的問題；（4）能在不同的年級進行教與學(xué)，并呈現(xiàn)出深度和復(fù)雜性上的增加水平。[2]基于此標(biāo)準(zhǔn)，NGSS制定者在標(biāo)準(zhǔn)文本對上述四大學(xué)科領(lǐng)域提煉出13個核心概念，并衍生出若干次級概念。

2.生命科學(xué)學(xué)科核心概念的設(shè)計與分布

基于上述學(xué)科核心概念的遴選標(biāo)準(zhǔn)，NGSS中共遴選設(shè)計了4個生命科學(xué)學(xué)科核心概念，分別以LS1-LS4編碼，并在每個核心概念下衍生開發(fā)了4個以下的“次級概念”（Sub-ideas），分別以A、B、C、D為代碼，總共14個（參見表1）。

上述4大核心概念和14個次級概念貫穿了K—12整個基礎(chǔ)教育學(xué)段，并在多個年級學(xué)段反復(fù)出現(xiàn)，構(gòu)成了NGSS對生命科學(xué)學(xué)科教育的完整學(xué)科概念要求。

表1 NGSS生命科學(xué)學(xué)科核心概念及次級概念設(shè)計

二、生命科學(xué)“學(xué)科核心概念”教育目標(biāo)設(shè)計

通觀整個NGSS中生命科學(xué)學(xué)科文本，我們可以較為清晰地看到其學(xué)科核心概念教育目標(biāo)設(shè)計中的“縱橫”交錯特征。

1.特征之“縱”：貫穿全程，不斷進階

“縱”指的是貫穿整個K—12年級的不斷進階的教育目標(biāo)設(shè)計。生命科學(xué)學(xué)科核心概念下的次級概念貫穿了幼兒園、小學(xué)、初中和高中的整個基礎(chǔ)教育年級段，這也是NGSS其他學(xué)科領(lǐng)域教育目標(biāo)的統(tǒng)一特色。NGSS設(shè)計者將整個基礎(chǔ)教育階段視作一個整體，將各科學(xué)學(xué)科核心概念教育目標(biāo)分布到每個學(xué)年段。

考察NGSS中不同年級同一生命科學(xué)核心概念下教育目標(biāo)文本可知，隨著年級的增長、學(xué)習(xí)進程的推進，相同核心概念在知識理解與實踐能力上不斷豐富、提高“學(xué)習(xí)進階”要求。“學(xué)習(xí)進階”是近年來國際科學(xué)教育界重視的教育實踐理論，其被描述為“學(xué)生對于某個主題連續(xù)的、更加熟練的思考方式，這些思考方式能隨著學(xué)生對這個主題的學(xué)習(xí)和探究依次連續(xù)發(fā)展”[3]。NGSS正是基于“學(xué)習(xí)進階”理念開展全基礎(chǔ)教育階段各學(xué)科核心概念的教育期望目標(biāo)設(shè)計的。以核心概念“LS3.遺傳：性狀的遺傳與變異”及其次級概念“性狀的變異”為例，考察其在知識與實踐能力進階不同框架結(jié)構(gòu)文本中的要求（參見表2）。

由表2我們可以看到，對于“遺傳：性狀的遺傳與變異”這一核心概念的實踐能力目標(biāo)要求，由一年級的“通過觀察來構(gòu)建一個基于證據(jù)的解釋，子代的植物和動物與他們的父代相像，但不完全一樣”現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)描述要求發(fā)展到高中階段“來澄清DNA和染色體在特定性狀從父代傳遞到子代編碼指令的過程中的角色關(guān)系”和“運用統(tǒng)計和概率的觀念，來解釋種群內(nèi)性狀表達的變異和分布”的理性說明階段。而對于“性狀的變異”次級概念知識理解要求，從文本篇幅和內(nèi)容來看，NGSS對“性狀的變異”這一概念認(rèn)識的形成與理解上提出了“外觀—環(huán)境—染色體—基因突變”模式的由表象到本質(zhì)，從1年級到高中不斷加深、拓展、提高的進階要求。

2.特征之“橫”：凸顯實踐，三維整合

“橫”則是對具體學(xué)科核心概念教育期望中的三個維度整合要求的描述?！氨憩F(xiàn)期望”描述了各年級段對生命科學(xué)核心概念理解與實踐應(yīng)用的行為要求，這個描述則高度融合了基礎(chǔ)框中由“科學(xué)與工程實踐”“學(xué)科核心概念”和“跨學(xué)科概念”三個維度的具體要求。仍然以核心概念“LS3.遺傳：性狀的遺傳與變異”為例子，考察其在一年級的目標(biāo)要求（參見表3）。

由表3可知，“遺傳：性狀的遺傳與變異”核心概念在一年級的教育目標(biāo)，即表現(xiàn)期望表述為：“通過觀察來構(gòu)建一個富于證據(jù)的說明——子代的植物和動物與其親代非常相像，但不完全一樣?！边@個文本是一個典型的“實踐（觀察和構(gòu)建、說明）+科學(xué)概念（子代的植物和動物與其親代非常相像，但不完全一樣，即遺傳和變異）”的模式。這樣的目標(biāo)表述，具體而微，為“遺傳與變異”相關(guān)課程教學(xué)資源開發(fā)與課堂設(shè)計提供了開放性的選擇，同時也為科學(xué)教育目標(biāo)評估給出了具體的標(biāo)準(zhǔn)?？茖W(xué)實踐聯(lián)合具體的科學(xué)核心概念內(nèi)容為教育教學(xué)提供了現(xiàn)實場景，實踐和知識記憶割裂的傳統(tǒng)也被摒棄，其影響下科學(xué)教學(xué)也必將變得豐富生動且更具效率。

綜合表2、3的文本內(nèi)容，“表現(xiàn)預(yù)期”文本中大量使用“觀察”“分析”“構(gòu)建”“解釋”“設(shè)計”“使用”等實踐性詞匯，那些動詞所涵蓋的是科學(xué)工程實踐維度的重要內(nèi)容。NGSS制定者從專業(yè)的科學(xué)家和工程師的操作實踐中提煉出“提出問題并定義問題”“開發(fā)和使用模型”等8個實踐內(nèi)容，作為各學(xué)科核心概念教育目標(biāo)維度之一，分布在各個學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)文本中。[4]此外，作為單獨學(xué)科領(lǐng)域的“工程、技術(shù)及科學(xué)的應(yīng)用”的一個核心概念“工程設(shè)計”，被NGSS設(shè)計在K—2、3—5、初中和高中四個學(xué)段獨立存在，對這四個年級段的“工程設(shè)計”實踐目標(biāo)提出了專門的要求。這些實踐內(nèi)容將在各年級（年級段）與相應(yīng)的生命科學(xué)學(xué)科核心概念一起被設(shè)計成各核心概念教學(xué)的整體目標(biāo)，清晰地凸顯“科學(xué)與工程實踐”在美國NGSS中的重要地位。

此外，“模型”作為跨學(xué)科概念，在生命科學(xué)之外的物質(zhì)科學(xué)等其他科學(xué)學(xué)科中也存在。在表3中，“子代與親代之間的相似性和差異”作為一個自然界生物存在的一種模式（型），要求一年級學(xué)生在“遺傳與變異”概念學(xué)習(xí)階段形成初步觀念并理解它。NGSS設(shè)立開發(fā)了“模型”“原因和結(jié)果”等7個“跨學(xué)科概念”[5]，基于“大科學(xué)”的理念，淡化學(xué)科分界，作為一個維度設(shè)計在各學(xué)科核心概念的教育目標(biāo)文本中，通過具體的科學(xué)與工程設(shè)計實踐橫向整合各科學(xué)學(xué)科核心概念教育目標(biāo)。

表2 “LS3.B性狀的變異”在K—12年級的“表現(xiàn)預(yù)期”與“學(xué)科核心概念”中進階要求

三、NGSS對我國中小學(xué)生命科學(xué)教育的啟示

NGSS的出爐是作為科技強國的美國科學(xué)教育歷史上的顛覆性變革，是美國科學(xué)教育發(fā)展的歷史必然，影響著美國K—12年級科學(xué)教育未來至少十年甚至更長，同時也為其他國家科學(xué)教育的變革提供借鑒實踐方向。[5]在全球科技大發(fā)展的時代背景下，世界各國科學(xué)教育領(lǐng)域都在醞釀著變革。2016年9月，我國教育部發(fā)布《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》，提出了我國學(xué)生包括“科學(xué)精神”素養(yǎng)在內(nèi)的六大核心素養(yǎng)培育目標(biāo)?；诤诵乃仞B(yǎng)培育的教育改革從高中率先突破，最新的高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)也正式發(fā)布在即。2017年2月，我國教育部發(fā)布了新的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，對小學(xué)學(xué)段科學(xué)教育做了全新的設(shè)計。略觀其文本結(jié)構(gòu)，我們可以清晰地看到該標(biāo)準(zhǔn)將課程內(nèi)容分為“物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域”“生命科學(xué)領(lǐng)域”“地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域”及“技術(shù)與工程領(lǐng)域”，這樣的內(nèi)容設(shè)計昭示著NGSS對該課程標(biāo)準(zhǔn)研制的影響。對于我國生物學(xué)科教育工作和研究者來說，要以跟蹤研究NGSS為契機，為我國正在進行的生物學(xué)課程與教學(xué)改革實施覓得可借鑒的實踐思路。

1.重視生物學(xué)核心概念，開發(fā)全程連貫的中小學(xué)生物學(xué)教育（課程）標(biāo)準(zhǔn)

眾所周知，各學(xué)段、各科學(xué)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)制定與教學(xué)實施的各自為政、相互割裂、銜接不暢是我國當(dāng)下基礎(chǔ)教育的現(xiàn)實。僅涉及生物學(xué)科的標(biāo)準(zhǔn)就存在不同學(xué)段（義務(wù)教育和高中階段）的課程標(biāo)準(zhǔn)，且有些標(biāo)準(zhǔn)還存在跨學(xué)段重疊，但內(nèi)容不一的現(xiàn)象，全國不同省份各學(xué)段實際開設(shè)的課程也是千差萬別。這種現(xiàn)實下也必然導(dǎo)致學(xué)生在生命科學(xué)等科學(xué)學(xué)科概念認(rèn)知的不完善性，經(jīng)過長期的積累就會形成對相關(guān)概念的錯誤認(rèn)識，積重難返，影響深遠。美國1996年雖有發(fā)布《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》，但各州（區(qū)）教育高度自治的自主性削弱了其作為國家標(biāo)準(zhǔn)的普適性，應(yīng)用實施效果多有限制。美國教育研究者也充分意識到這一痼疾，在全民參與、充分調(diào)研論證的基礎(chǔ)上開發(fā)NGSS，在教育目標(biāo)期望上果斷明確了K—12年級全基礎(chǔ)教育階段的貫穿要求，精心設(shè)計不同學(xué)科領(lǐng)域的核心概念形成，深入、隨學(xué)習(xí)進程不斷進階的目標(biāo)要求。對于我國生命科學(xué)教育研究實踐、教育管理者來說，重視生命科學(xué)學(xué)科概念教育，在現(xiàn)階段構(gòu)建從低年級開始延續(xù)至高中三年級全程的生命科學(xué)教育（課程）標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵開發(fā)中小學(xué)全程覆蓋的多種版本多學(xué)科交叉的教材或課程資源平臺，建立學(xué)生對自然世界完整的正確認(rèn)識。

表3 “LS3.遺傳：性狀的遺傳與變異”核心概念在一年級的標(biāo)準(zhǔn)文本

2.推行生物學(xué)科學(xué)與工程實踐教育，注重核心概念知識的獲取過程

我國中小學(xué)科學(xué)教育改革一度提倡“科學(xué)探究”教學(xué)，實施以來的成績雖說不容忽視，但“假”探究、“偽”探究、照本宣科的復(fù)制式探究依然普遍存在。NGSS凸顯“科學(xué)和工程實踐”，大力提倡學(xué)生基于自然現(xiàn)象（或日常生活現(xiàn)象）、工程建設(shè)，關(guān)注現(xiàn)實生活，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題，以介入現(xiàn)實問題為背景實現(xiàn)各學(xué)科核心概念的形成、理解和掌握。NGSS期望通過科學(xué)及工程實踐教育教學(xué)把單個的知識即“學(xué)科核心概念”和“跨學(xué)科概念”聯(lián)系起來——學(xué)生處于不同情境中能參與科學(xué)和工程實踐來解釋現(xiàn)象和解決問題，形成了知識與實踐的統(tǒng)一體。重視科學(xué)工程實踐是NGSS及其要求下課程構(gòu)建實施中的重要理念。

在我國目前基礎(chǔ)教育現(xiàn)實背景下，我們的生物學(xué)教育改革實施者，亟待更新觀念，改變教學(xué)與評價的內(nèi)容和方式，在“科學(xué)探究”的基礎(chǔ)上更進一步，關(guān)注現(xiàn)實生命科學(xué)及相關(guān)問題，鼓勵和支持不斷開發(fā)基于生命科學(xué)相關(guān)的科學(xué)工程實踐教學(xué)資源，豐富教學(xué)案例，積極實踐將學(xué)生的生物學(xué)概念形成與理解融入具體的科學(xué)、工程實踐教育教學(xué)當(dāng)中去，扎實地提升生物學(xué)教育教學(xué)質(zhì)量。

[1]National Research Coucil.A Framework for K—12 Science Education：Practice，Crosscutting Concepts and Core Ideas[M].Washington D.C.：The National Academies Press，2011.

[2]NGSS Lead States.Next Generation Science Standards,Vol?ume 1:The Standards——Arranged by Disciplinary Core Ideas and by Topics[M].Washington D.C.:The National Academies Press,2014.

[3]National Research Council.Taking science to school:Learning and teaching science in grades K-8[M].Washington D.C.:Na?tional Academies Press,2007.

[4]Bybee R W.The Next Generation of Science Standards:Impli?cations for Biology Education[J].The American Biology Teacher，2012,74(8):542-549.

[5]Bybee R W.The Next Generation of Science Standards and the Life Science[J].Science Teachers，2013（80）:25-32.