美國《下一代科學教育標準》的轉變

魏舟靜 柏 毅

（東南大學 學習科學研究中心，江蘇 南京 210018）

美國NGSS于2013年4月9日正式發布［1］，基于2011年7月美國國家研究理事會（NRC）發布的《k-12科學教育的框架》（以下簡稱《框架》）［2］的指導，該標準從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觀該標準，其內容在結構上、觀念上都有重大的轉變。

一、結構的轉變

在NGSS開發之初，為了消除潛在的冗余，讓《框架》的內容與新標準中的核心概念順利地銜接起來，寫作團隊設置了“NGSS學科核心概念”圍繞“NGSS主題”的方式制定標準。這種安排提供了標準的基礎結構，并將相應的學生個人的表現預期反映在科學標準的學科核心概念部分中，方便科學教育工作者的使用。

從具體的科學內容標準的系統結構而言，NGSS以“表現預期”“基礎框”和“聯系框”三個方面依次建構了科學教育內容標準，后二者都是圍繞“表現預期”展開的。

1.表現預期

為了讓學生能夠融會貫通地將學科核心概念、跨學科概念和科學與工程實踐三方面要求展示出來，NGSS設置了“表現預期”這一命題，有效地將“基礎框”中的三個維度的內容結合在一起，這也是NGSS最大的創新。這一創新為教育者提供了獨特的指導，同時也為課堂中的科學教學定下了基調。

“表現預期”陳述了學生在某一學段應該理解和能夠做到的相關科學內容，轉變了之前標準中“學生應該知道和理解的科學知識”這一說法。由于學生對同一科學內容會有不同的理解而導致沒有一致的教學評估。國家為了彌補這一不足，通過“表現預期”來斷定哪些學生的行為能夠表明他們符合標準要求，從而為課程、教學和評估提供統一的、具體的目標。突出學生能將知識的掌握轉化為可評估的行為表現，以確定學生是否達到標準中的要求。

2.基礎框

為了更好地詮釋表現預期的內容，在此欄目的下方建構了“基礎框”，基礎框中的內容是依據《框架》制定的，分為三個維度，即學科核心概念（DCIs）、科學與工程實踐（SEPs）、跨學科概念（CCs），實踐和跨學科概念都是圍繞學科核心概念的。

（1）學科核心概念

確定學科核心概念，最大的挑戰是形成一套系統的、可操作的標準。學科核心概念闡述的內容主要是取自《框架》中所要求的，關于所有學生在高中畢業時應該能夠理解的最基礎的科學概念，涉及物質科學、生命科學、地球與空間科學和工程、技術及其科學運用4個領域，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行詳細的詮釋或者進行提煉，期望每位學生都能在不同年級階段結束前對所學知識有徹底的理解。與現行標準相比，內容少而精，在深度上提出更高的要求。

（2）跨學科概念

跨學科概念的內容也是源于《框架》的，共有7條跨學科概念，分別為模型、原因和效果、規模、比例和數量、系統和系統模型、能量和物質、結構和功能、穩定性和變化，為學生更好地了解世界建立一種組織結構，并幫助他們理解和連接不同學科領域不同年級階段的學科核心概念。雖然大多數核心概念中只涵蓋一個或幾個跨學科概念的類型，但是所有跨學科概念在每個年級階段中都能通過不同的學科核心概念得以運用。

值得我們更進一步了解的是學科核心概念和跨學科概念之間的聯系，《框架》中提到“學生要在教材中提供的核心概念的指導下，反復使用跨學科概念，才能增強對這些概念的領悟。反過來，跨學科概念提供一種連接性的結構，能更好地理解科學學科及被研究系統中的特殊定律”。下面以“模型”這一跨學科概念簡要闡述物質科學中的“地球系統”這一學科核心概念，以求更好地理解“學科核心概念”和“跨學科概念”之間的聯系，見圖1。

圖1 學科核心概念：地球系統——所用的跨學科概念：模型

（3）科學與工程實踐

科學與工程實踐所陳述的內容是來自《框架》中八個實踐類別中的內容，八個實踐內容是從專業的科學家和工程師的操作實踐中提煉出來的，用來進一步解釋學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。新標準鼓勵教師在一項任務中交叉使用多種實踐，并且不要受限于“表現預期”，只將它作為指導性評估。該標準中的實踐不僅僅是為了加強學生科學技能，也是為了能讓學生對科學與工程的本質有更深的理解。而早在2003年，已有研究證明“實踐”教學方法——也被《框架》和NGSS提出的三個維度之一，與傳統的、被動的學習方式相比，確實能提高學生學習的效率及對科學的興趣。［3］

簡而言之，以上三個維度的有效整合，可以通過科學實踐的做法來發展學生研究自然世界的能力；通過工程設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領域的知識內容；通過跨學科概念進一步理解和聯系科學知識。

3.聯系框

聯系框中的內容旨在支持“表現預期”中的每一條標準，通過連接到其他科學領域中的內容或者通用國家核心課程來體現。聯系框中的內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不同科學領域中涉及同一主題的內容，提示教學工作者在講授課程時要注重彼此的關系。

二是“跨年級階段間的學科核心概念”，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。因此，據NGSS的描述，某一核心概念在之前的年級出現可為概念的滲透提供基礎，在之后的年級階段出現可為后續學習鞏固基礎。

三是“與通用國家核心課程標準的聯系”，主要是用來聯結在《英語語言藝術、文學和數學通用核心國家標準》中出現的與該條標準相關的知識點。

總體上，《下一代科學教育標準》結構布局比較連貫，因此，“表現預期”在同一個年級階段上可根據實際教學情況隨意安排，充分發揮教學的選擇性和靈活性。

二、新觀念及其影響

NGSS最大的貢獻在于將科學教育的重點從沉浸在“教”科學轉變為“做”科學。［4］《框架》中曾強調在整個小學、初中和高中階段，學生應該有動手“做”科學的機會。相應的，NGSS既注重知識的教學，又注重學生動手能力的培養。因為所學知識的程度、范圍都會影響其今后的發展，而實踐能力的表現是唯一能檢驗其知識學習的最佳手段。以下幾條新觀念的提出無疑體現了“做”科學這一核心思想：

第一，K-12科學教育應像在現實世界中的實踐和體驗那樣反映出科學本質間的相互聯系。以前的標準往往將科學問題分開來說明，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、設計問題的解決方案讓我們學習解決問題的方法；而新標準中通過運用一項任務，將知識、方法和實踐都結合在一起，尋求科學本質間的相互聯系。

第二，NGSS側重學生的表現預期而不僅僅是課程、教學或者評估。NGSS將指導課程開發人員，在開發設計連貫的教學計劃時，確保學生達到預期的表現?！氨憩F預期”的三個維度的融合旨在提高課程教學，而不是限制教學。

第三，科學概念的建立與發展貫穿于幼兒園至十二年級。鑒于以往的科學教育標準中學科知識的零散性、不連貫性，這一代標準提出了跨越時間限制來建立和運用標準的模式，即學科核心概念。目標是讓學生將重點放在基礎內容上，以此作為學生進步的基石，幫助他們形成科學素養。

第四，NGSS注重更深層次內容的理解及應用。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在不同年級段，其內容的難度有所增加，或者其側重點將會有所不同。通常專家運用所研究領域中的核心原則和理論結構來解決問題，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科概念，幫助學生從新手向專家過渡。

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

第六，NGSS為學生能夠順利進入大學、就業或者成為合格的公民做好充分的準備。這也是各委員會在制定一部高質量標準時考慮的實際意義。

第七，NGSS和通用核心國家標準（英語語言藝術和數學）的作用是一致的?？茖W和工程為應用英語語言藝術和數學技能提供一個領域；英語語言藝術、數學和科學標準可為學校課程在加強這些領域的知識與技能的掌握時產生協同效應；三者之間是相輔相成的。

三、結語

通過讓各種與科學利益相關者進行集中階段開發形成的美國《下一代科學教育標準》，已為下一步的科學教育提供了藍圖，這個藍圖的實現將改變全國各地的科學課堂中“教和學”的方法，同時，強化了科學教育在美國公民教育中的地位。其結構上的重大改變和新觀念新思想的引入，對美國科學教育的影響必將是顛覆式的。這些轉變將會成為全球科學教育領域的焦點，對我國科學教育的發展也會帶來新的啟發。

注釋：

①Joseph Krajcik，NGSS寫作團隊的領導者，密歇根州立大學教育學院科學教育教授，數學和科學教育（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.