中美義務教育科學課程標準“生命科學”領域學習主題及核心概念知識層級結構對比分析

楊青青

(北京教育學院， 北京 100044)

2022年4月，眾望所歸的《義務教育科學課程標準(2022年版)》(以下簡稱新課標)正式發布。從命名看，新課標與2017版《小學科學課程標準》(以下簡稱舊課標)最大的區別在于新課標實現了科學教育的九年一貫，注重在義務教育階段持續性、遞進性地培養學生的科學興趣、科學思想方法、科學精神和科學態度。新課標的頒布是我國科學教育改革和發展進程中的重要舉措，也是學生核心素養在科學課程中的正式落地，同時也順應了世界科學教育發展趨勢。新課標沒有明顯劃定學科領域，而是用13個核心概念闡述義務教育階段科學課程的核心內容。一方面體現了科學課程綜合性的性質，另一方面鼓勵教師大膽嘗試跨學科教學實踐。新課標重點關注13個核心概念的理解、學習和應用并同時實現科學核心素養的思維目標。理解核心概念的內涵，首先需要梳理和把握核心概念的知識層級結構，這一過程實現了核心素養中科學觀念的教育目標，也使得核心素養真正落地。

在對比分析舊課標與NGSS的基礎上，本文以“生命科學”領域為例，對比分析2022版科學新課標與NGSS的相關內容，旨在厘清該領域在義務教育階段的主要知識內容和核心概念知識層級結構，同時通過核心概念或次級核心概念的學段分布聚焦教學重難點，相信對我國科學教育在圍繞核心概念教學方面會有新的啟發。

一、中美課程標準中“生命領域”的學習主題及對比分析

新課標指出義務教育階段科學課程旨在培養學生的科學觀念、科學思維能力、探究與實踐能力、科學態度與社會責任等核心素養，為學生的終身發展奠基[1]。為方便描述，1～2年級稱為學段一，3～4年級稱為學段二，5～6年級稱為學段三，7～9年級稱為學段四。NGSS討論了從幼兒園到12年級的科學課程教育目標(學生預期表現)，比新課標教育目標更細化，尤其是小學，每一個年級都有一個清晰的目標達成[2]。新課標與NGSS都不約而同地表明1～9年級學生需要理解一系列“生命科學”領域的核心概念，這些概念可以幫助學生理解生命科學以及幫助學生分析、解決生活中遇到的與生物學相關的實際問題。

新課標“生命領域”有四個核心概念，分別是：生命系統的構成層次、生物體的穩態與調節、生物與環境的相互作用和生命的延續與進化。筆者認為稱其為學習主題更合適，NGSS類似。NGSS同樣包含四個學習主題——從分子到生物體：結構與過程；生態系統：相互作用、能量和動態；遺傳：性狀的繼承與變異；生物演化：統一性與多樣性[3]。圖1展示了新課標與NGSS學習主題驚人相似，比如新課標的“生命系統的構成層次”與NGSS的“從分子到生物體：結構與過程”對應；新課標的“生物的穩態與調節”與NGSS的“生態系統：相互作用、能量和動態”對應；新課標的“生物與環境的相互作用”與NGSS的“生物演化：統一性與多樣性”對應；新課標的“生命的延續與進化”與NGSS的“遺傳：性狀的繼承與變異”對應。

圖1 新課標與NGSS“生命科學”領域學習主題的對比

二、中美科學課程標準中“生命科學”領域核心概念的對比分析

為更加準確地了解每個主題的關鍵內容以及各主題下的核心概念的知識結構，下面對新課標與NGSS相關核心概念及子核心概念分別對比，幫助一線教師聚焦教學重難點、設置學習內容的梯度時提供理論依據。

(一)新課標“生命領域”學習主題下的核心概念

新課標“生命領域”共有20個核心概念，其中學習主題1“生命系統的構成層次”包含6個核心概念，強調生命系統是一種開放的、復雜而多樣的系統，具有鮮明的層次結構。學習主題2“生物體的穩態與調節”包含3個核心概念，強調生物體是不斷進行物質循環、能量流動和信息交流與反饋的系統，這種反饋存在系統內部同時存在內外部互動中。系統可以通過自我調節機制維持穩態。學習主題3“生物與環境的相互關系”包含5個核心概念，強調生物與生物之間、生物與環境之間存在各種緊密的聯系。人類的活動能對環境產生重大的影響，我們需要用科學辯證的視角去看待環境保護和生態安全。學習主題4“生命的延續與進化”包含6個核心概念，強調在生殖、發育和遺傳過程中生物的遺傳信息代代相傳，遺傳信息可能會發生改變。生命周期和生物進化是生命科學領域重要而復雜的概念，通過6個核心概念的串聯式、遞進式的解讀，讓學生能夠在義務教育階段對生命的延續與進化有一個基礎認識，也為進入高中乃至高等學府的學習打下基礎。

(二)中美“生命領域”小學階段核心概念呈現及對比

筆者將新課標與NGSS核心概念從小學與初中兩部分進行對比[4]。通過整理NGSS每一個學習主題包括的子學習主題和核心概念以及核心概念的年級分布，簡要分析新課標與NGSS的學段分布的異同。NGSS小學階段的核心概念呈現以第一個學習主題“從分子到生物體：結構與過程”為例，包含四個子學習主題，每個子學習主題又包括多個核心概念(如表1所示)。另外三個子學習主題也有類似的核心概念組成。

表1 NGSS學習主題“從分子到生物體：結構與過程”核心概念呈現及年級分布

新課標學習主題“生命系統的構成層次”與NGSS學習主題“從分子到生物體：結構與過程”雖然學習主題命名相似，但包含的核心概念對應不明顯，比如前者“生物具有區別于非生物的特征”在后者沒有相應內容，又如“多細胞生物體具有一定的結構層次”在后者同樣沒找到相應內容。觀察表1和表2發現，NGSS的核心概念內容體系更細化，同時把很多相關內容納入其中，隨后筆者又將學習主題“生物體的穩態與調節”核心概念整理如表3，將表1、表2和表3進行分析，發現新課標核心概念“植物能制造養分來維持自身的生存”和“人和動物通過獲取植物或其他動物的養分來維持生存”與NGSS核心概念“所有動物的生存和生長都需要食物，它們從植物或其他動物中獲取食物”具有對應關系。這幾個核心概念都從本質上說明了動植物的生存所需要的基本條件以及動植物獲取食物的方式不同，學生只有理解和掌握該核心概念的相關內容才能在日常學習中更好理解動植物的生存條件、生活方式和棲息地相關內容。

表2 “生命系統的構成層次”核心概念年級分布

表3 “生物體的穩態與調節”核心概念年級分布

從表1、表2和表3可以看出，核心概念呈現明顯的年級分布，比如新課標中核心概念“生物具有區別于非生物的特征”在1～4年級都有涉及，核心概念“植物能制造養分來維持自身的生存”在1～6年級都有涉及；NGSS中核心概念“所有生物都有外部部件”“不同的動物采取不同的方式幫助它們生存和成長”只在1年級有涉及，而核心概念“植物和動物都有內部和外部結構，為其生長、生存、行為和繁殖承擔各種功能”只在4年級涉及。新課標的概念學習是連續的，而NGSS的概念學習是跳躍式或斷檔式的。在小學階段，學生對于“生物與非生物的區別”這部分內容不是1年級就能完全理解的，到2年級、3年級還需要通過講授和描述的方式幫助學生進一步厘清什么是生物和非生物，其他核心概念也有類似情況，這也說明了核心概念的一個重要特質——隨著學段遞進，核心概念的內涵也在不斷更新和深入，從這一點看，新課標比NGSS考慮得更周到，或者說更適合中國學生學習生命科學領域的相關概念。其他學習主題核心概念的對比在此不一一贅述。

(三)中美“生命領域”初中階段核心概念的呈現及對比

表4展示了新課標“生命科學”領域的四個學習主題在學段四中的核心概念分布，四個主題包含的核心概念在7～9年級均有體現，與小學三學段核心概念的學習做好了充分的銜接，這樣可以讓學生從1年級到9年級可以連貫而深入地認識、理解、掌握一系列的核心概念，隨著認知水平的提高，學生積累的概念理解能力和應用能力也在不斷提高，這樣也利于學生在新的問題情境中調動已有的知識結構，綜合性地解決問題。

表4 新課標“生命科學”領域7～9年級核心概念呈現

通過7～9年級生命科學領域的核心概念及相關內容的學習，學生可以了解生命體具有一定的結構和功能層次，認識和辨別自然界存在的多種多樣的動植物和微生物，意識并理解人從屬于環境，人的一切離不開環境，維持生態平衡對人類至關重要；學生能夠更加關注自身、家人和社會的健康，養成良好的生活習慣和行為習慣；知道生物的生殖、發育和遺傳是生命的基本特征，尊重生命多樣性和保護生命多樣性，最終保護的是人類。

NGSS在初中階段的四個學習主題與小學階段一樣，表5呈現了學習主題“從分子到生物體：結構與過程”的分解主題和核心概念的內容。在子學習主題“結構與功能”中共有3個核心概念；第二個子學習主題共有3個核心概念，概述了動植物繁殖的多樣性；第三個子學習主題有2個核心概念，概述了光合作用的本質及物質能量在生物體中的傳遞；第四個子學習主題有1個核心概念，概述了記憶產生的信號傳導過程。

通過比較表4與表5發現，新課標“生命系統的構成層次”更多是從結構層次提煉了核心概念；而NGSS“從分子到生物體：結構與過程”一方面介紹了生物體的結構層次，一方面介紹了生命體的生化過程，而且對于結構層次的描述比新課標維度更細，涉及了分子的內容。但從生命體的結構層次遞進的角度看，新課標描述得更為全面、更為細致。

NGSS“生命科學”領域第二個學習主題是“生態系統：相互作用、能量和動態”，分解為3個子學習主題，4個核心概念共同闡明了生物與環境的相互作用、生物體生長和種群增長會受到資源限制以及不同生態系統中生物之間作用關系具有共同模式。第二個子學習主題含有2個核心概念，闡明物質和能量在生態系統中的各個水平之間的傳遞。第三個子學習主題包含2個核心概念，概述了生態系統具有動態變化的本質特征以及生物多樣性的完善程度對于生態系統穩定性的重要價值。新課標學習主題“生物與環境的相互關系”更多強調生物對環境的適應以及人對環境的影響，而NGSS更多地強調生態系統的本質特點和物質能量流動，兩者的側重點不同，但都關注生態系統的平衡。NGSS的另外兩個學習主題不再贅述。

表5 NGSS“從分子到生物體：結構與過程”核心概念呈現

三、小結與展望

新課標中命名的核心概念比如“生命系統的構成層次”，通過分析其包含的核心概念及知識層級結構看，筆者認為稱為“學習主題”更適切，NGSS亦是如此。通過對比分析兩者“生命科學”領域的學習主題發現，義務教育階段該領域主要內容聚焦在四個方面：生命系統、生物多樣性、生物與環境和生物的繁殖和進化。為更好理解學習主題的對應關系，隨后對比分析了每個學習主題的核心概念及子核心概念，發現新課標與NGSS無論是學習主題的設定還是核心概念的選擇上都高度相似，兩者重疊的核心概念及知識層級結構在很大程度上揭示了“生命科學領域”在義務教育階段的關鍵內容。

梳理新課標學習內容的年級分布發現，有些概念僅存在一些學段，有些概念存在于1～9年級，這可能與學生的知識水平、認知結構、學習規律和心理發展水平有關。新課標在核心概念的呈現上最優于舊課標的地方體現在概念學習的進階性：同一個科學概念或學習內容在不同年級呈現，不同年級呈現的內容具有明顯的遞進性和螺旋上升性，這對于學生理解某一個科學概念并進行深入學習是非常重要的也是非常有效的途徑。

如何幫助一線教師在科學教育教學中逐步地提質增效，筆者認為研究課標中的核心概念及概念層級知識結構是第一要務。當然，核心概念及層級知識結構可研究的內容很多，文中的梳理只是一個引子。科學教育同仁還可以從某一個次級核心概念的內容、年級分布、年級進階或者圍繞一個內容關鍵詞，比如“植物”包含的核心概念體系等視角進行對比。通過更多維度和多元化視角對“生命科學”領域的層級知識結構進行梳理，相信科學教師會對核心概念及知識層級結構有更廣、更深的理解和認識，也能對一線教學的教育目標的設定、教學重難點的選擇、教學活動的設計、作業設計、小初學習一體化等問題尋找到新的答案。▲