美国《下一代科学教育标准》的转变

魏舟静 柏 毅

（东南大学 学习科学研究中心，江苏 南京 210018）

美国NGSS于2013年4月9日正式发布［1］，基于2011年7月美国国家研究理事会（NRC）发布的《k-12科学教育的框架》（以下简称《框架》）［2］的指导，该标准从2012年5月第一次将用于搜集公众意见的草案公布至今，整个制定过程历时3年之久。纵观该标准，其内容在结构上、观念上都有重大的转变。

一、结构的转变

在NGSS开发之初，为了消除潜在的冗余，让《框架》的内容与新标准中的核心概念顺利地衔接起来，写作团队设置了“NGSS学科核心概念”围绕“NGSS主题”的方式制定标准。这种安排提供了标准的基础结构，并将相应的学生个人的表现预期反映在科学标准的学科核心概念部分中，方便科学教育工作者的使用。

从具体的科学内容标准的系统结构而言，NGSS以“表现预期”“基础框”和“联系框”三个方面依次建构了科学教育内容标准，后二者都是围绕“表现预期”展开的。

1.表现预期

为了让学生能够融会贯通地将学科核心概念、跨学科概念和科学与工程实践三方面要求展示出来，NGSS设置了“表现预期”这一命题，有效地将“基础框”中的三个维度的内容结合在一起，这也是NGSS最大的创新。这一创新为教育者提供了独特的指导，同时也为课堂中的科学教学定下了基调。

“表现预期”陈述了学生在某一学段应该理解和能够做到的相关科学内容，转变了之前标准中“学生应该知道和理解的科学知识”这一说法。由于学生对同一科学内容会有不同的理解而导致没有一致的教学评估。国家为了弥补这一不足，通过“表现预期”来断定哪些学生的行为能够表明他们符合标准要求，从而为课程、教学和评估提供统一的、具体的目标。突出学生能将知识的掌握转化为可评估的行为表现，以确定学生是否达到标准中的要求。

2.基础框

为了更好地诠释表现预期的内容，在此栏目的下方建构了“基础框”，基础框中的内容是依据《框架》制定的，分为三个维度，即学科核心概念（DCIs）、科学与工程实践（SEPs）、跨学科概念（CCs），实践和跨学科概念都是围绕学科核心概念的。

（1）学科核心概念

确定学科核心概念，最大的挑战是形成一套系统的、可操作的标准。学科核心概念阐述的内容主要是取自《框架》中所要求的，关于所有学生在高中毕业时应该能够理解的最基础的科学概念，涉及物质科学、生命科学、地球与空间科学和工程、技术及其科学运用4个领域，共11项核心概念，39项分解概念。制定者要对这些核心概念和分解概念在不同等级上进行详细的诠释或者进行提炼，期望每位学生都能在不同年级阶段结束前对所学知识有彻底的理解。与现行标准相比，内容少而精，在深度上提出更高的要求。

（2）跨学科概念

跨学科概念的内容也是源于《框架》的，共有7条跨学科概念，分别为模型、原因和效果、规模、比例和数量、系统和系统模型、能量和物质、结构和功能、稳定性和变化，为学生更好地了解世界建立一种组织结构，并帮助他们理解和连接不同学科领域不同年级阶段的学科核心概念。虽然大多数核心概念中只涵盖一个或几个跨学科概念的类型，但是所有跨学科概念在每个年级阶段中都能通过不同的学科核心概念得以运用。

值得我们更进一步了解的是学科核心概念和跨学科概念之间的联系，《框架》中提到“学生要在教材中提供的核心概念的指导下，反复使用跨学科概念，才能增强对这些概念的领悟。反过来，跨学科概念提供一种连接性的结构，能更好地理解科学学科及被研究系统中的特殊定律”。下面以“模型”这一跨学科概念简要阐述物质科学中的“地球系统”这一学科核心概念，以求更好地理解“学科核心概念”和“跨学科概念”之间的联系，见图1。

图1 学科核心概念：地球系统——所用的跨学科概念：模型

（3）科学与工程实践

科学与工程实践所陈述的内容是来自《框架》中八个实践类别中的内容，八个实践内容是从专业的科学家和工程师的操作实践中提炼出来的，用来进一步解释学生在每个年级阶段实践的重点。虽然实践的种类形式不多，但是对每一个年级段都作出了要求。新标准鼓励教师在一项任务中交叉使用多种实践，并且不要受限于“表现预期”，只将它作为指导性评估。该标准中的实践不仅仅是为了加强学生科学技能，也是为了能让学生对科学与工程的本质有更深的理解。而早在2003年，已有研究证明“实践”教学方法——也被《框架》和NGSS提出的三个维度之一，与传统的、被动的学习方式相比，确实能提高学生学习的效率及对科学的兴趣。［3］

简而言之，以上三个维度的有效整合，可以通过科学实践的做法来发展学生研究自然世界的能力；通过工程设计的过程来解决实际的问题；通过聚焦于核心概念来掌握四个科学领域的知识内容；通过跨学科概念进一步理解和联系科学知识。

3.联系框

联系框中的内容旨在支持“表现预期”中的每一条标准，通过连接到其他科学领域中的内容或者通用国家核心课程来体现。联系框中的内容也分为三个小部分：

一是“同年级阶段中的其他核心概念”，包括同一年级阶段内不同科学领域中涉及同一主题的内容，提示教学工作者在讲授课程时要注重彼此的关系。

二是“跨年级阶段间的学科核心概念”，是指同一核心概念可能在不同年级段可能都会涉及，并呈螺旋式的递进。因此，据NGSS的描述，某一核心概念在之前的年级出现可为概念的渗透提供基础，在之后的年级阶段出现可为后续学习巩固基础。

三是“与通用国家核心课程标准的联系”，主要是用来联结在《英语语言艺术、文学和数学通用核心国家标准》中出现的与该条标准相关的知识点。

总体上，《下一代科学教育标准》结构布局比较连贯，因此，“表现预期”在同一个年级阶段上可根据实际教学情况随意安排，充分发挥教学的选择性和灵活性。

二、新观念及其影响

NGSS最大的贡献在于将科学教育的重点从沉浸在“教”科学转变为“做”科学。［4］《框架》中曾强调在整个小学、初中和高中阶段，学生应该有动手“做”科学的机会。相应的，NGSS既注重知识的教学，又注重学生动手能力的培养。因为所学知识的程度、范围都会影响其今后的发展，而实践能力的表现是唯一能检验其知识学习的最佳手段。以下几条新观念的提出无疑体现了“做”科学这一核心思想：

第一，K-12科学教育应像在现实世界中的实践和体验那样反映出科学本质间的相互联系。以前的标准往往将科学问题分开来说明，如用提出问题、回答问题的形式让我们了解周围的世界，用定义问题、设计问题的解决方案让我们学习解决问题的方法；而新标准中通过运用一项任务，将知识、方法和实践都结合在一起，寻求科学本质间的相互联系。

第二，NGSS侧重学生的表现预期而不仅仅是课程、教学或者评估。NGSS将指导课程开发人员，在开发设计连贯的教学计划时，确保学生达到预期的表现。“表现预期”的三个维度的融合旨在提高课程教学，而不是限制教学。

第三，科学概念的建立与发展贯穿于幼儿园至十二年级。鉴于以往的科学教育标准中学科知识的零散性、不连贯性，这一代标准提出了跨越时间限制来建立和运用标准的模式，即学科核心概念。目标是让学生将重点放在基础内容上，以此作为学生进步的基石，帮助他们形成科学素养。

第四，NGSS注重更深层次内容的理解及应用。这一观念与第三点是一脉相承的，由于同一核心概念可能出现在不同年级段，其内容的难度有所增加，或者其侧重点将会有所不同。通常专家运用所研究领域中的核心原则和理论结构来解决问题，而新手只是孤立的、甚至对立地看待知识片段，难以组织和整合知识。所以，NGSS期望通过实践来连接核心概念和跨学科概念，帮助学生从新手向专家过渡。

第五，NGSS要求将科学与工程等学科知识融入K-12教育系统中。Joseph Krajcik①在今年的密歇根州科学教师协会会议上说过，科学、工程和技术渗透到人们现代生活的方方面面，它既是一种文化成果，又是人类共享的利益。此外，人们对科学与工程的理解力对参与公共政策的决定有着至关重要的影响。科学与工程学融入基础教育系统势在必行。

第六，NGSS为学生能够顺利进入大学、就业或者成为合格的公民做好充分的准备。这也是各委员会在制定一部高质量标准时考虑的实际意义。

第七，NGSS和通用核心国家标准（英语语言艺术和数学）的作用是一致的。科学和工程为应用英语语言艺术和数学技能提供一个领域；英语语言艺术、数学和科学标准可为学校课程在加强这些领域的知识与技能的掌握时产生协同效应；三者之间是相辅相成的。

三、结语

通过让各种与科学利益相关者进行集中阶段开发形成的美国《下一代科学教育标准》，已为下一步的科学教育提供了蓝图，这个蓝图的实现将改变全国各地的科学课堂中“教和学”的方法，同时，强化了科学教育在美国公民教育中的地位。其结构上的重大改变和新观念新思想的引入，对美国科学教育的影响必将是颠覆式的。这些转变将会成为全球科学教育领域的焦点，对我国科学教育的发展也会带来新的启发。

注释：

①Joseph Krajcik，NGSS写作团队的领导者，密歇根州立大学教育学院科学教育教授，数学和科学教育（RiMSE）研究所所长。

［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.