美國《下一代科學教育標準》（NGSS）對我國全面深化課程改革的啟發

劉玲

為把黨的十八大和十八屆三中全會關于立德樹人的要求落到實處，充分發揮課程在人才培養中的核心作用，進一步提升綜合育人水平，更好地促進各級各類學校學生全面發展、健康成長，教育部發布《關于全面深化課程改革 落實立德樹人根本任務的意見》.當前，高校和中小學課程改革從總體上看，整體規劃、協同推進不夠，與立德樹人的要求還存在一定差距.主要表現在：重智輕德，單純追求分數和升學率，高校、中小學課程目標有機銜接不夠，部分學科內容交叉重復，課程教材的系統性、適宜性不強，與課程改革相適應的考試招生、評價制度不配套等.這些困難和問題直接影響著立德樹人的效果，必須引起高度重視，全面深化課程改革，切實加以解決.據了解，本次改革將在改進和完善已有措施的基礎上提出三項重點措施，研制學業質量標準是三項重點措施之一.研制學業質量標準，明確質量要求，完善現行課程標準，增強對教學和考試評價的指導性.鄭富芝指出，研制質量標準，就是要使學習內容要求和質量要求結合在一起，形成一個對教學和考試評價都具有較強指導性的課程標準.其次是研制學生發展核心素養體系，主要是明確學生應具備的適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力.再有是加強相關學科課標，教材縱向銜接和橫向配合，推動跨學段整體育人、跨學科綜合育人.

美國自1996年第一個《國家科學教育標準》（以下簡稱《老標準》）頒布后的15年，科學與科學教育的研究取得了很多新的進展，所以，迫切需要將這些研究成果納入到課程標準中去.在卡內基基金會的資助下，美國國家研究理事會在2011年7月頒布了《K-12年級科學教育框架》.在此基礎上，41位來自26個州的專業人員構成的團隊花了近兩年的時間，征求各種建議并反復修訂，最終在2013年4月正式頒布《下一代科學標準》（以下簡稱NGSS）.NGSS旨在培養學生在日常生活中遇到與科學、技術密切相關的問題時嘗試利用科學教育的經驗做出更好的決斷，將所學的科學知識應用到日常生活中去，更好地解決科學與技術問題.

80年代以來，我國深受第二次國際基礎科學教育改革的影響，于2001年制定了《科學（3-6年級）課程標準（實驗稿）））和《科學（7-9年級）課程標準（實驗稿）》，該標準為我國基礎科學教育課程改革帶來了新的契機，但契機背后所隱藏的諸如基礎科學教育發展滯后、課堂教學重知識輕實踐，應試色彩濃厚等問題仍有待解決.因此，借鑒他國尤其是基礎科學教育發展領先國家在新世紀制定的基礎科學教育標準，將在一定程度上有助于我國基礎科學教育理念和實踐的發展.現行課程標準對學生學什么、學多少，講得比較詳細、清楚，但大部分學科對學到什么程度要求不明確、不清晰，難以量化、分級.這使得教育教學活動容易出現偏難、偏深等問題.研究學生學業質量標準就是要改變這種狀況.

NGSS與《老標準》相比，兩者之間既有繼承關系，又有極大的差別，差別主要在于以下兩點.第一，《老標準》首要關注的是科學課程、教學及其評價，而NGSS首要關注的是學生在各學段的表現預期，通過表現預期將科學和工程實踐、學科核心概念和跨學科概念發生有效關聯，形成有機的整體.第二，NGSS刪除了《老標準》中與四個學科領域并列的“作為探究的科學”主題，取而代之的是“科學和工程實踐”，凸顯學生在學習科學過程中動手做、動腦思、動筆寫、動嘴辯等能力的養成.下面我們結合NGSS中6-8年級段和9-12年級段的物理學的內容進行解讀，以期對我國初中物理和高中物理課程與教學改革提供借鑒.

1 NGSS的內容體系

NGSS以學生的學為主、強調核心能力的達成.課程目標由K-12年級總目標和四個學段的目標組成，四個學段的目標分別為K-2年級段目標、3-5年級段目標、6-8年級段目標、9-12年級段目標.根據以上目標，NGSS創造性地將科學分成4個學科領域，其分別為物質科學、生命科學、地球與空間科學，以及工程與技術、科學應用.本文主要討論其中物質科學的內容來看NGSS對我們的啟示.

NGSS分為把物理學科的核心概念四個部分：第一部分（PS1）是“物質及物質間的相互作用”，第二部分（PS2）是“運動和靜止”，第三部分（PS3）是“能量”，第四部分（PS4）是“波與其在信息傳輸技術中的應用”.學科核心概念是位于學科中心的概念性知識，包括了重要概念、原理、理論等基本理解和解釋，這些內容能夠展現當代學科圖景，是學科結構的主干部分.NGSS期望所有學生在高中畢業時應該能夠理解這些最基礎的科學概念，期望每位學生都能對所學知識有徹底的理解.與《老標準》相比，內容少而精，在深度上提出更高的要求.

接下來，我們來了解一下NGSS的科學內容的系統結構.在科學內容的結構中，置于最上層的是“表現預期”這一欄目.然后，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”，基礎框中的內容分為三個維度：科學和工程實踐、學科核心概念和跨學科概念.這三方面內容都是圍繞“表現預期”的，與“表現預期”形成有機整體.它們之間的關系如表1所示.

例如，以PS3（能量）為例，對于6-8年級段和9-12年級段的物理學科的第三部分（HS-P3）“能量”，NGSS中的基礎結構是這樣的：

接下來，我們再仔細觀察一下欄目中的“表現預期”.NGSS設置了“表現預期”這一欄目.這是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，NGSS轉變了之前《老標準》中“學生應該知道和理解的科學知識”這一說法，而是通過“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.例如，在“能量”的“表現預期”中，學生要從周圍世界可見的與能量密切相關的生活現象入手，認識能量的相關特點，逐層深入地建構能量的物理模型，從數學的角度建構能量的數學模型，設計、建造、和完善的設備，將能量從一種形式轉化為另一種形式.

2 NGSS的特點

2.1 具體、清晰的學業預期表現

從學生學習后應該達到的表現預期來看，《老標準》主要羅列了學生應該“知道”或“理解”哪些內容，而在NGSS中，這些內容需要轉換成可以測量的學生表現和他們是否達標的細化指標.預期目標緊密圍繞學習進階，指明了學生應該會做些什么，學生可以依據目標評判自己是否達標，這也為課程、教學及評價提供同樣清晰、具體的目標.

2.2 學科核心概念的“少而精”

NGSS以少而精的學科核心概念來組織學習內容，避免了選擇大量的主題，以給教師和學生更多時間去更深入的探究每一種觀念，使得學生有機會參與科學調查論證以及獲得對物質世界的更深入的理解.減少每個年級階段所應該學習的核心觀念也有助于選擇哪些知識最值得花時間變得更加清楚，避免在沒有概念背景下學習過多的其他問題.

2.3 核心概念的連貫性

NGSS指出應該將學習看成是一種連續發展的過程，將同一個核心概念在四個學段按照學生的日常經驗和認知發展進行描述.強調學生對核心觀念的理解隨年級上升而獲得系統的發展，這就是所謂“學習進階”.研究員湯姆·科克倫（Tom Corcoran）等認為科學教育中的“學習進階”建立在一定的假設之上，即在適當的教學下，學生對科學核心概念和科學實踐的理解及運用隨著時間的推移會變得更加復雜化.

這也體現了布魯納和泰勒的教育思想.1949年拉爾夫· 泰勒出版了《課程與教學的基本原理》，其中提到組織學習經驗時，遵守的三個準則：連續、順序、整合.連續是指課程要素反復出現，確保學生有機會重復不斷地接觸這一課程要素得到發展；順序是指在連續的基礎上，同一個課程要素以逐漸復雜的方式展開，每一個后續經驗都建立在先前經驗的基礎上；整合是指在各要素與經驗間建立橫向聯系，使學生將各要素整合起來，獲得統一的觀點.NGSS總結了物理的核心概念.并把這些核心概念作為課程要素，依照兒童的認知發展階段的不同，從學前到高中反復以不同的深度出現.

2.4 注重科學和工程實踐，注重跨學科概念

NGSS的主要內容是科學和工程實踐、跨學科概念和核心概念三維度的合理配置，融合實踐與知識于一體，培養學生科學實踐能力.其中，科學和工程實踐包括如下幾個部分：提問和問題定義；開發和使用模型；規劃和開展調查；分析和解釋數據；運用數學和計算思維；構造解釋和設計解決方案；進行證據論爭以及獲取、評估和交流信息.跨學科概念包括：模型；因果關系：機制和闡釋；規格、比例和數量；系統和系統模型；能量與物質流動、循環及守恒；結構和功能；穩定與變化.

美國K-8年級科學教育委員會主席理查德A.杜謝爾（Richard A. Duschl）及其研究成員認為科學實踐本身有多層含義，就作為教學理念或策略來講，其主要特征體現為設計和進行實證性調查、論證解釋和創建模型、文本形式的交互和學習論證.課堂中的科學實踐有三大要素，即社會交互性、科學專業術語以及科學代表物和工具的使用.美國科羅拉多州生物科學課程研究委員會主任羅杰W.拜比（Rodger W. Bybee）認為科學實踐不是對科學探究的取代，而是在原有基礎上對科學教育的拓展和豐富，實踐性教學促使學生把相關活動作為實驗、數據搜集、社會交往、建模和工具使用、調查和解釋、數學運算以及論證等學習方式的基礎，教學策略與科學實踐緊密相連.

這實際上也承襲了杜威對教育的理想.杜威的認為：通過科學技術實踐，學生以真實世界為起點，在發現問題、解決問題的過程中積極獲取知識，深刻理解世界與科學，最終目標是要培養嚴肅思考、富有創造力的公民.杜威認為教育的最終目的不是讓學生記住化學、物理、數學標簽下的各種信息，而是讓學生通過這些知識理解他們置身于其中的這個世界與社會，在其中尋找每個人存在的意義，在人類面對困境時成為運用知識解決問題的創造者，這正是人類進步的源泉.NGSS承襲了杜威對教育的這一理想：面對真實世界解決問題，在個人與公共事務中嚴肅思考，尋找證據，富于表達，積極合作.

3 NGSS對我們的啟發

3.1 開發具有連貫性、一致性的《標準》

《標準》是教師實施教學的根本，也是學生通過學習應達到的目標.在標準的制訂方面，基礎科學教育需要進行頂層設計，從分學科制訂《標準》走向制訂統一的、連貫的《標準》，對基礎科學教育各學科分支進行有效整合，尋找其共通的核心，并進行統一架構，形成連貫性、一致性的學生認知發展譜系.另外，在開發新《標準》時，應有效整合新近的科學教育研究成果，應對新《標準》草案廣泛征求意見.

3.2 注重“科學探究”的實踐性

我國基礎科學教育改革提倡“科學探究”教學，實施以來的成績是不容忽視的，但也存在一系列的問題，例如出現“假”探究、“偽”探究，出現這些問題的根本原因在于沒有注重“科學探究”的實踐性.學生進行的科學探究，就是要學生基于當下的自然現象（或日常生活現象），以學生個體（或群體）認識自然的本真方式來認識自然，回到生活世界（或教師創設的情境）中進行實踐探究.

3.3 重視學科核心概念，重視學習進階

長期的分科教學其實為我們進行更精致的進行核心概念及其學習進階研究奠定了堅實的基礎.對于知識本體而言，找到核心內容是第一步，具有挑戰性的是，將其在合適的學段進行定位.這需要心理學對學生思維發展研究的豐富成果以及內容和評價方面國際比較研究的參照.系統化的梳理這些研究成果，并將之準確的外顯在課程標準內容中，對于我國課程標準的核心內容系統化具有重大價值.