美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》概述

學(xué)生需要科學(xué)素質(zhì)教育以使他們成為由科學(xué)與技術(shù)主導(dǎo)的社會的合格成員，并為他們在接受完正規(guī)的基礎(chǔ)教育后迎接各種機遇作好準(zhǔn)備。《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》為學(xué)生們提供了這樣的基礎(chǔ)。整合了科學(xué)與工程實踐、核心概念和跨學(xué)科概念3個維度，該標(biāo)準(zhǔn)提出一套連貫的學(xué)習(xí)預(yù)期以支持學(xué)生跨年級的學(xué)習(xí)。標(biāo)準(zhǔn)對課程和教學(xué)產(chǎn)生了許多影響，為學(xué)生提供了更多的科學(xué)探究和工程設(shè)計的機會。這些標(biāo)準(zhǔn)的實施需要時間來整合資源，并得到得教師的支持。

為什么需要《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》

在科學(xué)教育中，標(biāo)準(zhǔn)非常重要，一方面是因為標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)息息相關(guān)，有了標(biāo)準(zhǔn)我們才能在技術(shù)方面作出正確的判斷，才能了解我們生活中科學(xué)與工程的問題與決策，比如基因檢測、氣候變化、可再生能源等。標(biāo)準(zhǔn)對于學(xué)生們來說很重要的另一個方面，就是能為學(xué)生進入大學(xué)和就業(yè)作好準(zhǔn)備。標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)了一種對于學(xué)生達(dá)到以上目標(biāo)需要什么的共識。

請大家設(shè)想這樣一個場景，將一顆楓樹的種子種在地里，慢慢地長出一棵樹，現(xiàn)在給你一段楓樹的樹干，問你手上的樹干是從哪里來的。如果問學(xué)生這個問題，他們常常給出的答案是水、土壤等，原因就是學(xué)生們能夠看到樹有根，他們認(rèn)為很多東西都是來自干樹根的。實際上樹干的大部分成分都來自干空氣中的二氧化碳，這是一個非常困難的概念，因為對學(xué)生來說，他們看不到空氣中的分子。教師也很難給學(xué)生們一些實實在在的證據(jù)，讓他們來信服教師所說的是正確的。

這是一個關(guān)于概念的內(nèi)容，也是教師很難去改變學(xué)生心目中已經(jīng)形成的一些概念的例子。所以說，科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)是非常重要的。

標(biāo)準(zhǔn)是如何制定的

科學(xué)的推理對學(xué)生進入大學(xué)和就業(yè)非常重要。它可以分析真實世界里的科學(xué)現(xiàn)象，運用科學(xué)推理對科學(xué)主張和技術(shù)決策進行支持、批判和交流。在科學(xué)和技術(shù)的情境中還會應(yīng)用到相關(guān)數(shù)學(xué)知識。鑒于此，《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》首次提出了三維整合的框架體系，即科學(xué)與工程實踐、學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念三者有效地整合。

第一個維度是科學(xué)與工程實踐，它提出了8個方面的概念或內(nèi)容。

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)

使用數(shù)學(xué)與計算思維

建構(gòu)科學(xué)的解釋，設(shè)計工程解決方案

基于證據(jù)的論證

獲取、評估和交流信息

以上8條對于很多工程設(shè)計者來說都是非常熟悉的，這里想著重強調(diào)的就是建立和使用模型，構(gòu)建科學(xué)的解釋和設(shè)計工程的解決方案。

第二個維度就是核心概念，也稱之為大概念。核心概念是讓學(xué)生解釋和說明周圍世界的關(guān)鍵知識。學(xué)科核心概念聚焦了在科學(xué)方面最重要的課程、教學(xué)和評測內(nèi)容，涉及4個領(lǐng)域：物質(zhì)科學(xué)，生命科學(xué)，地球與空間科學(xué)，工程、技術(shù)和科學(xué)的應(yīng)用（表1）。這里需要著重強調(diào)的兩點是：遺傳，以及地球和人類的活動。

在以前的科學(xué)教育中，工程方面涉及得并不是特別多，《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)工程的內(nèi)容主要包括工程設(shè)計，工程、技術(shù)、科學(xué)與社會之間的聯(lián)系。這里面著重要說的，就是工程設(shè)計實際上就是科學(xué)在工程上的運用。新標(biāo)準(zhǔn)和過去標(biāo)準(zhǔn)的一個主要區(qū)別，就是通過實踐與科學(xué)內(nèi)容的整合，更好地反映真實的科學(xué)，增加學(xué)生對科學(xué)內(nèi)容的掌握，以及對工程技術(shù)的興趣。

第三個維度是跨學(xué)科概念。在以前的標(biāo)準(zhǔn)中，探究和內(nèi)容是相互獨立開來的，現(xiàn)在新標(biāo)準(zhǔn)把探究和內(nèi)容實踐都整合起來了。表2是《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》的一個關(guān)于中學(xué)物理的示例，是關(guān)于物質(zhì)與物質(zhì)之間的相互作用，里面就有關(guān)于模型建構(gòu)這一部分。

表2中下面的3個部分就是前面所提到的3個緯度，它比以前的標(biāo)準(zhǔn)增加了一些內(nèi)容，就是關(guān)于學(xué)生對于課程學(xué)習(xí)的一些期望值。最右邊的是跨學(xué)科概念，這些概念學(xué)生通常都不是了解得很清楚，他們需要通過將自己的經(jīng)驗和學(xué)到的東西與其他學(xué)科聯(lián)系起來，一起進行理解。

在《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》的一些課程中，核心概念實際上寫得是比較寬泛的，很多細(xì)節(jié)部分都不包括，主要是讓學(xué)生能夠了解一些最核心的概念，然后把這些核心概念應(yīng)用在他們的日常生活中。細(xì)節(jié)部分需要學(xué)生在學(xué)習(xí)中進行運用和實踐。通過實踐與內(nèi)容的整合，可以讓學(xué)生在一定的時間點上了解他們是如何學(xué)習(xí)到真正的內(nèi)容，并理解這些科學(xué)內(nèi)容的。

例如：在圖l中，右邊的學(xué)生代表了對此概念的最常見的錯誤理解，他在想冰融化時分子之間會發(fā)生什么變化。當(dāng)教師要求學(xué)生建立一個模型描述他們的想法時，因為學(xué)生看不到分子這個層面，其實很難真實地、正確地進行描述。這就要求科學(xué)教育工作者運用經(jīng)驗，用一種可視的方式，向?qū)W生解釋到底發(fā)生了什么。

每一階段的標(biāo)準(zhǔn)都要設(shè)計成與下一個階段的標(biāo)準(zhǔn)相互聯(lián)系起來。圖2最開始是一個非常簡單的處于小學(xué)水平的解釋，關(guān)于固體、液體還有氣體的畫圖解釋。到下一階段就會增加一些更復(fù)雜的概念，比如說運動，還有能量等。在高中階段就又會增加一些關(guān)于分子方面的知識，進一步學(xué)習(xí)到化學(xué)層面的知識。在《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中，所有的核心概念，都會用這樣一種循序漸進的方式，一步步增加學(xué)生對于核心概念的理解。

《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)>對教學(xué)與課程的影響

《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》對未來的教學(xué)有以下幾點啟示。

第一是相關(guān)性，新的標(biāo)準(zhǔn)圍繞解釋周圍世界的核心概念來組織，在課程和教學(xué)中教學(xué)目標(biāo)就需要從事實和概念轉(zhuǎn)到對現(xiàn)象和系統(tǒng)的解釋。

第二是嚴(yán)謹(jǐn)性，新的標(biāo)準(zhǔn)中，與概念相關(guān)的科學(xué)與工程實踐將發(fā)揮中心作用，這就需要在我們的教學(xué)目標(biāo)下開展的探究式學(xué)習(xí)不是一個單獨的活動，所有的科學(xué)學(xué)習(xí)都應(yīng)包括構(gòu)建知識和使用知識的實踐。這種把概念、實踐和內(nèi)容相結(jié)合的方式，改變了學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)。對于學(xué)生表現(xiàn)預(yù)期也發(fā)生了改變，期望值更高了，親自動手做一些科學(xué)實驗，已經(jīng)成為學(xué)生日常生活的一部分。

第三是連續(xù)性，新的標(biāo)準(zhǔn)中知識和實踐的發(fā)展需要時間，并在學(xué)科之間進行構(gòu)建，這就要求教學(xué)建立在連續(xù)發(fā)展的時間主線上，任何時間段的學(xué)習(xí)都應(yīng)相互聯(lián)系在一起。

針對《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》，美國開發(fā)了一些資源（參見http：∥ngss nsta.org/）。美國科學(xué)教師協(xié)會及很多教育機構(gòu)也開發(fā)了一些課程，由國家科學(xué)教育委員會審核這些課程，看是否符合新的教育標(biāo)準(zhǔn)。馬薩諸塞州也制定了相關(guān)的示范過程，包括專業(yè)發(fā)展、需要改進支持等方面都有配套設(shè)計。