從“科學教師協會（NSTA）2012年會”看美國科學教育的發展

2012年3月28日—4月1日，國際科學教育界的盛會——美國科學教師協會（National Science Teacher Association，簡稱NSTA）年會在美國印第安納波利斯舉行。此次盛會共吸引了來自世界各地超過1萬名的科學教育專家、研究者、教師、教育管理人員以及課程資源研發團隊參與。

成立于1944年的NSTA，其總部位于美國弗吉尼亞州的阿靈頓市，目前共有會員6萬多人。它的主要任務是促進杰出的、具有創造性的、面向所有人的科學教學。[1]其年會可稱為美國科學教育精華的巡展，而今年的年會更是具有重要意義，因為它展示了自1996年以來美國對中小學科學教育目標及教育體系最為重要的反思和改革，及其科學教育最新研究進展和成果。

其中最為關鍵和耀眼的成果，就是美國新一代科學教育標準（Next Generation Science Standards，縮寫為NGSS，即將正式發布）及其框架性指導文件《K-12科學教育框架：實踐、通用概念及核心概念（A Framework for K-12 Science Education: Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas）》（2012年初已正式發布，后文中將簡稱為《框架》）。[2] 這一框架與NGSS將會取代1996年發布的《科學教育標準（National Science Education Standards，縮寫為NSES）》，成為美國“2061計劃”下新一代的科學教育綱領和標準。

卡耐基基金會（Carnegie Corporation of New York）是這次新一代科學教育標準的主要發起者與推動者，并通過資助該標準的兩步研發過程，確保科學教育標準的研發質量 [2]：第一步，由美國國家研究委員會（National Research Council，縮寫為NRC）研發出新一代K-12科學教育綱領性指導建議，即《框架》；第二步，由位于華盛頓特區的達成機構（Achieve， Inc.）基于這一框架，研發出新一代科學教育標準，即NGSS。NGSS及其框架，綜合了近十幾年來科技發展和科學教育研究的成果及經驗，體現了美國對科學教育的反思和改革。這為我國科學教育發展提供了良好的參考和借鑒。

21世紀國際競爭的重要焦點之一是科學技術，其中最為激烈的就是人才的競爭。[3] 在科學技術飛速發展的今天，中小學科學教育如何能高效地孕育出具有競爭力的普通公民及科技人才，已成為教育的核心問題之一。科學教育的探索與實踐表明，“少而精（Less is more）”的科學課程理念對解決該問題至關重要，在有限時間內（中小學階段）為學生提供充分的學習體驗，助其構建對核心概念（Core Ideas）和通用概念（Crosscutting Concepts）的深入理解，進而達成良好的科學素養（Scientific Literacy）。[4，5] 這一理念要求中小學科學教育體系在宏觀上必須具有良好的一致性（課程內容與評價目標均指向科學素養）與連貫性（各學段所學內容具有良好的關聯和銜接）。[6]

由于1996年的NSES是美國聯邦政府頒布的指導性文件，各州僅將其作為參考并仍然沿用各州自有的標準，這使得NSES、各州標準、課程、教材、評價等難以在全美形成連貫一致的幼兒園至高中（K-12）科學教育體系。

2002年，美國頒布“不讓一個孩子掉隊（No Child Left Behind，簡稱NCBL）”法案，要求課程與教學要關注到所有學生，幫助每一位學生達成課程標準的要求，并通過統一的學業成就測驗核查是否每名學生都達成了課程標準中所要求的科學素養。NRC隨后的研究顯示，一個成功的、基于標準的評價體系必須要在3個維度上保持連貫一致 [7]：首先，它必須具有水平一致性，即課程、教學和評價都要向課程標準看齊，都指向相同的學習目標，共同支撐學生科學素養的發展；其次，它應具有垂直一致性，即教育系統內的各個層級——班級、學校、學區、州——享有共同的科學教育目標、評價目的和方法；第三，它應具有發展的連貫性，即必須考慮學生從幼兒園入學直至高中畢業，其概念理解是如何發展的，以及學生在各學段應分別獲取哪些科學知識、能力和理解。

而NGSS及其框架最為顯著的成果就是，基于科學教育的已有研究成果，使用各學科的核心概念、跨學科的通用概念以及學習進階（Learning Progressions，簡稱LPs）建構幼兒園至高中畢業的科學教育標準，從而在水平、垂直和發展3個維度上達成中小學科學教育體系的一致與連貫。

不同于1996年美國聯邦政府自上而下地頒布NSES，此次的NGSS是由多個州共同參與、自下而上形成的新一代課程標準，目前已有26個州參與了新標準制訂工作，并考慮采用NGSS作為統一的科學教育標準。這將使得美國的中小學科學教育標準有可能呈現出前所未有的垂直一致性。同時，NGSS及其框架采用了學習進階連貫地表征出學生在完成2年級、5年級、8年級和12年級學業時，對各學科內核心概念和跨學科通用概念應有的理解水平及其發展進程——這種對學生在完成各學段學習后應有表現的描述，既是課程與教學標準，又是評價標準。未來采用新標準的州在應用NGSS及其框架作為課程標準的同時，亦分享了同一的評價目標，這使得整個科學教育體系在課程、教學和評價上獲得了高質量的水平一致性。同時，作為近十年國際科學教育界的一個新研究方向，學習進階主要聚焦于研究“從小學至高中，對于各學科核心概念及跨學科通用概念，學生的理解是如何發展的”，因此使用學習進階構建整個標準及其框架，也較好地實現了發展的連貫性。

此外，與1996年的NSES相比，NGSS及其框架的另一顯著的變化就是，在中小學科學教育中全面重視工程學教育（Engineering Education），并將“工程學知識與實踐”和“科學知識與實踐”確定為具有同等重要性的兩大主題。[2] 由于人類通過工程學已在自然界留下了不可磨滅、影響巨大的人造印記，因此全面重視工程學教育就成為培養下一代具有良好科學素養公民的必然需求。另一方面，提倡工程學教育也為整合科學、技術、工程和數學教育（Science， Technology， Engineering and Mathematics Education， 簡稱STEM教育）提供了良好的契機。

NGSS及其框架在未來能否在中小學科學課堂上得以有效的落實，實際上是由科學教師、學校教學管理者、各級教育管理人員、課程設計者、教材出版商，以及科學課程教學用品開發商等教育從業者的觀念、行動和成果共同決定的。[2]

1996年頒布的NSES，除含有科學內容標準外，還針對課程、教學、教師培訓以及教育評價等多個要素提出了建議和要求，為各個要素如何協同落實科學內容標準指明了方向。經過這十幾年的發展，在NGSS及其框架即將取代NSES之際，此次NSTA年會也展示出了1996年以來美國在課程設計、教學資源開發、教師培訓和教育評價等方面所積累的豐富資源和研發經驗，以及所呈現出的相互協作的趨勢。

例如，作為全美最具影響力的課程設計機構之一——生物科學課程研究所（Biological Science Curriculum Study，簡稱BSCS）具有研發“基于標準的課程”的多年經驗，其旗幟性人物更是全面參與了NGSS及其框架中生物學科相應標準的開發。在此次NSTA年會上，BSCS設有多個教師研修班，如“創造基于探究的課堂教學（Inquiring into Inquiry: Creating an Inquirybased Classroom）”和“使用科學手冊發展K-8年級學生的概念理解（Using Science Notebooks to Develop Conceptual Understanding in Grades K-8）”等，與科學教師、教學管理人員等一起分享其課程設計意圖，并協助一線教師解決實際教學中所面臨的挑戰。

在歷年NSTA年會不可或缺的環節——教學資源“展覽會（Exhibits）”中，與會的科學教師、管理人員可以發現大量指向標準的教學資源。例如，可促進工程學教育的教學資源供應商“Science Kits（縮寫為SK）”，在其展臺上為與會者提供親自動手的機會，試用該公司的元件（按照說明書或自由創意）制作多種工程學產品以達成各種不同需求。這些元件本身都是取材于非常簡單的原料（例如短木棒、塑料元件、橡皮筋、膠管、針管等），但通過創意組裝在一起后就可以模擬“液壓千斤頂”等日常生活中常見的工程學產品。而SK僅僅是參展的眾多教學資源供應商之一。由此可見，雖然大力提倡工程學教育是此次NGSS及其框架的重要變革之一，但實際上，在美國科學教育體系中早已自下而上地逐漸孕育出一批可支持中小學工程學教育的教學資源設計人員和廠商。

隨著非正式科學教育（Informal Science Education）的發展及其與學校教育的逐漸融合，“探索（Discovery）”“國家地理（National Geographic）”以及一些博物館/科技館等知名機構均在NSTA年會上設立了展臺，這極大地開拓了教育從業者發掘與選取教學資源的視野和范圍。教育管理者以及教師可從中獲取多種實地考察的資源，并帶回對自己課堂和學生有價值的資料應用于課堂教學，甚至可以針對標準和學生情況，借助這些機構的力量，安排學生進行科學實地考察。

除教具供應商外，美國各大教材出版商，如皮爾森出版集團（Pearson）、麥格勞·希爾出版集團（McGraw Hill）等也都積極參與布展，向與會者呈現其教材并開設教師研討會，協助一線教師更好地應用其教材達成標準的要求。此外，通過講座與研修班等多種形式，本次NSTA年會還為與會的教育從業者提供了學習與交流“基于標準的教育評價設計”的機會，如“與科學內容標準相一致的題目設計（Aligning Science Assessment Items to Content Standards）”和“促進課堂探究： K-12年級學生的表現性評價（Promoting Inquiry in Our Classrooms: Hands-on Performance Assessment for K-12 Students）”研討班等。

綜上所述，對于全身心地參與到此次NSTA年會的教育從業者來說，這無疑就是在經歷一次最高水準的教師專業化發展/師資培訓。因為它不但自上而下地展示出了美國新一代科學教育標準及其框架對教育愿景的描繪，同時也體現了眾多教育從業者/教育機構自下而上的對標準的支持。雖然本次NSTA年會上，還未涌現出大量的基于NGSS的課程與評價資源（目前NGSS尚未正式發布，僅頒布了其框架的最終版），但通過此次年會，可以看出：①美國新一代科學教育標準明確了對中小學科學教育體系（在水平、垂直和發展3個維度上）連貫一致性的不懈追求和改革，以及對科學與工程學教育的全面重視；②美國在課程設計、教學資源開發、師資培訓以及教育評價等方面積累了豐富的（基于1996年NSES標準的）成果和經驗，有可能助其實現中小學科學教育體系（在水平、垂直和發展3個維度上）的連貫與一致，并最終達成NGSS的愿景。

參考文獻

[1] National Science Teachers Association. About NSTA [EB/ OL]. http://www.nsta.org/about/overview.aspx， 20120429.

[2] National Research Council. A Framework for K-12 Science Education: Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas [M]， Washington， D.C.: the National Academies Press. 2012

[3] 美國科學促進協會. 面向全體美國人的科學[M].中國科學技術協會譯. 北京：科學普及出版社， 2001.

[4] Lisa Fratt. Less is more: trimming the overstuffed curriculum [EB/OL]. [20120307]. http://www.project2061. org/publications/articles/articles/da.htm.

[5] 美國科學促進協會.美國科學素養的基準[M].中國科學技術協會譯. 北京:科學普及出版社， 2001.

[6] 美國科學促進會.科學素養的設計[M]. 中國科學技術協會譯. 北京:科學普及出版社， 2005.

[7] National Research Council. Systems for State Science Assessment [M]. Washington， D. C.: The National Academies Press， 2005.

作者簡介

劉 晟 美國伊利諾伊數理學院數學與科學教育系

劉恩山 北京師范大學生命科學學院