美国《下一代科学标准》中生命科学“学科核心概念”教育目标设计

熊国勇

（1.南昌师范学院生物系，江西 南昌 330032；2.江西基础教育研究中心，江西 南昌 330032）

美国于2011年发布了《K—12年级科学教育的框架：实践，跨学科概念和核心概念》（A Framework for K-12 Science Education:Practices，Crosscutting Concepts and Core Ideas，简称《框架》）。[1]以《框架》作为指导性文件，由美国国家研究理事会（National Re⁃search Council，NRC）等诸多官方与民间机构共同参与研究并联合来自26个州的40余位科学专业及相关人士共同参与编写，于2013年4月完成《下一代科学标准》（Next Generation Science Standards，以下简称NGSS）的定稿，并正式面向全球发布。

NGSS内容丰富，涉及“生命科学”（Life Sciences,LS）、“物质科学”（Physical Sciences,PS）、“地球与空间科学”（Earth and Space Sciences,ESS）和“工程、技术及科学的应用”（Engineering,Technology and the Applications of Science,ETS）四大学科领域，对全美幼儿园到12年级的科学教育进行顶层设计，引领着全美基础教育阶段科学教育新的实践方向。本文以“生命科学”领域为讨论对象，考察其学科核心概念教育目标设计特征及对我国中小学生命科学教育的影响和启示。

一、NGSS中的生命科学“学科核心概念”

NGSS主要包含同一内容的两种组织形式的文本，一种是以“学科核心概念”形式组织（Arranged by Disciplinary Core Ideas，DCIs），另一种是以“主题”形式组织（Arranged by Topics），本文只讨论前者。NGSS对所涉的包含“生命科学”在内四大学科领域遴选出了13个核心概念，并分解出44个相应的次级概念（Sub-ideas)，围绕这些学科核心概念的科学教育标准开展目标设计。

1.学科核心概念遴选标准

“学科核心概念”指的是本学科内非常重要的概念，反映该学科内最受关注的知识模块。NGSS制定者提出了4条遴选标准，符合下列2条及以上标准的概念才能被定为核心概念：（1）对科学或工程学的多学科领域都有重要的价值，或者是单一学科重要的组织性概念；（2）可作为理解和探究更复杂的概念及解决问题的重要工具；（3）与学生的兴趣和生活经验相关，或者联系到需要科学或工程学知识的社会性或个人关注的问题；（4）能在不同的年级进行教与学，并呈现出深度和复杂性上的增加水平。[2]基于此标准，NGSS制定者在标准文本对上述四大学科领域提炼出13个核心概念，并衍生出若干次级概念。

2.生命科学学科核心概念的设计与分布

基于上述学科核心概念的遴选标准，NGSS中共遴选设计了4个生命科学学科核心概念，分别以LS1-LS4编码，并在每个核心概念下衍生开发了4个以下的“次级概念”（Sub-ideas），分别以A、B、C、D为代码，总共14个（参见表1）。

上述4大核心概念和14个次级概念贯穿了K—12整个基础教育学段，并在多个年级学段反复出现，构成了NGSS对生命科学学科教育的完整学科概念要求。

表1 NGSS生命科学学科核心概念及次级概念设计

二、生命科学“学科核心概念”教育目标设计

通观整个NGSS中生命科学学科文本，我们可以较为清晰地看到其学科核心概念教育目标设计中的“纵横”交错特征。

1.特征之“纵”：贯穿全程，不断进阶

“纵”指的是贯穿整个K—12年级的不断进阶的教育目标设计。生命科学学科核心概念下的次级概念贯穿了幼儿园、小学、初中和高中的整个基础教育年级段，这也是NGSS其他学科领域教育目标的统一特色。NGSS设计者将整个基础教育阶段视作一个整体，将各科学学科核心概念教育目标分布到每个学年段。

考察NGSS中不同年级同一生命科学核心概念下教育目标文本可知，随着年级的增长、学习进程的推进，相同核心概念在知识理解与实践能力上不断丰富、提高“学习进阶”要求。“学习进阶”是近年来国际科学教育界重视的教育实践理论，其被描述为“学生对于某个主题连续的、更加熟练的思考方式，这些思考方式能随着学生对这个主题的学习和探究依次连续发展”[3]。NGSS正是基于“学习进阶”理念开展全基础教育阶段各学科核心概念的教育期望目标设计的。以核心概念“LS3.遗传：性状的遗传与变异”及其次级概念“性状的变异”为例，考察其在知识与实践能力进阶不同框架结构文本中的要求（参见表2）。

由表2我们可以看到，对于“遗传：性状的遗传与变异”这一核心概念的实践能力目标要求，由一年级的“通过观察来构建一个基于证据的解释，子代的植物和动物与他们的父代相像，但不完全一样”现象发现描述要求发展到高中阶段“来澄清DNA和染色体在特定性状从父代传递到子代编码指令的过程中的角色关系”和“运用统计和概率的观念，来解释种群内性状表达的变异和分布”的理性说明阶段。而对于“性状的变异”次级概念知识理解要求，从文本篇幅和内容来看，NGSS对“性状的变异”这一概念认识的形成与理解上提出了“外观—环境—染色体—基因突变”模式的由表象到本质，从1年级到高中不断加深、拓展、提高的进阶要求。

2.特征之“横”：凸显实践，三维整合

“横”则是对具体学科核心概念教育期望中的三个维度整合要求的描述。“表现期望”描述了各年级段对生命科学核心概念理解与实践应用的行为要求，这个描述则高度融合了基础框中由“科学与工程实践”“学科核心概念”和“跨学科概念”三个维度的具体要求。仍然以核心概念“LS3.遗传：性状的遗传与变异”为例子，考察其在一年级的目标要求（参见表3）。

由表3可知，“遗传：性状的遗传与变异”核心概念在一年级的教育目标，即表现期望表述为：“通过观察来构建一个富于证据的说明——子代的植物和动物与其亲代非常相像，但不完全一样。”这个文本是一个典型的“实践（观察和构建、说明）+科学概念（子代的植物和动物与其亲代非常相像，但不完全一样，即遗传和变异）”的模式。这样的目标表述，具体而微，为“遗传与变异”相关课程教学资源开发与课堂设计提供了开放性的选择，同时也为科学教育目标评估给出了具体的标准。科学实践联合具体的科学核心概念内容为教育教学提供了现实场景，实践和知识记忆割裂的传统也被摒弃，其影响下科学教学也必将变得丰富生动且更具效率。

综合表2、3的文本内容，“表现预期”文本中大量使用“观察”“分析”“构建”“解释”“设计”“使用”等实践性词汇，那些动词所涵盖的是科学工程实践维度的重要内容。NGSS制定者从专业的科学家和工程师的操作实践中提炼出“提出问题并定义问题”“开发和使用模型”等8个实践内容，作为各学科核心概念教育目标维度之一，分布在各个学科标准文本中。[4]此外，作为单独学科领域的“工程、技术及科学的应用”的一个核心概念“工程设计”，被NGSS设计在K—2、3—5、初中和高中四个学段独立存在，对这四个年级段的“工程设计”实践目标提出了专门的要求。这些实践内容将在各年级（年级段）与相应的生命科学学科核心概念一起被设计成各核心概念教学的整体目标，清晰地凸显“科学与工程实践”在美国NGSS中的重要地位。

此外，“模型”作为跨学科概念，在生命科学之外的物质科学等其他科学学科中也存在。在表3中，“子代与亲代之间的相似性和差异”作为一个自然界生物存在的一种模式（型），要求一年级学生在“遗传与变异”概念学习阶段形成初步观念并理解它。NGSS设立开发了“模型”“原因和结果”等7个“跨学科概念”[5]，基于“大科学”的理念，淡化学科分界，作为一个维度设计在各学科核心概念的教育目标文本中，通过具体的科学与工程设计实践横向整合各科学学科核心概念教育目标。

表2 “LS3.B性状的变异”在K—12年级的“表现预期”与“学科核心概念”中进阶要求

三、NGSS对我国中小学生命科学教育的启示

NGSS的出炉是作为科技强国的美国科学教育历史上的颠覆性变革，是美国科学教育发展的历史必然，影响着美国K—12年级科学教育未来至少十年甚至更长，同时也为其他国家科学教育的变革提供借鉴实践方向。[5]在全球科技大发展的时代背景下，世界各国科学教育领域都在酝酿着变革。2016年9月，我国教育部发布《中国学生发展核心素养》，提出了我国学生包括“科学精神”素养在内的六大核心素养培育目标。基于核心素养培育的教育改革从高中率先突破，最新的高中生物学课程标准也正式发布在即。2017年2月，我国教育部发布了新的《义务教育小学科学课程标准》，对小学学段科学教育做了全新的设计。略观其文本结构，我们可以清晰地看到该标准将课程内容分为“物质科学领域”“生命科学领域”“地球与宇宙科学领域”及“技术与工程领域”，这样的内容设计昭示着NGSS对该课程标准研制的影响。对于我国生物学科教育工作和研究者来说，要以跟踪研究NGSS为契机，为我国正在进行的生物学课程与教学改革实施觅得可借鉴的实践思路。

1.重视生物学核心概念，开发全程连贯的中小学生物学教育（课程）标准

众所周知，各学段、各科学学科课程标准制定与教学实施的各自为政、相互割裂、衔接不畅是我国当下基础教育的现实。仅涉及生物学科的标准就存在不同学段（义务教育和高中阶段）的课程标准，且有些标准还存在跨学段重叠，但内容不一的现象，全国不同省份各学段实际开设的课程也是千差万别。这种现实下也必然导致学生在生命科学等科学学科概念认知的不完善性，经过长期的积累就会形成对相关概念的错误认识，积重难返，影响深远。美国1996年虽有发布《国家科学教育标准》，但各州（区）教育高度自治的自主性削弱了其作为国家标准的普适性，应用实施效果多有限制。美国教育研究者也充分意识到这一痼疾，在全民参与、充分调研论证的基础上开发NGSS，在教育目标期望上果断明确了K—12年级全基础教育阶段的贯穿要求，精心设计不同学科领域的核心概念形成，深入、随学习进程不断进阶的目标要求。对于我国生命科学教育研究实践、教育管理者来说，重视生命科学学科概念教育，在现阶段构建从低年级开始延续至高中三年级全程的生命科学教育（课程）标准，鼓励开发中小学全程覆盖的多种版本多学科交叉的教材或课程资源平台，建立学生对自然世界完整的正确认识。

表3 “LS3.遗传：性状的遗传与变异”核心概念在一年级的标准文本

2.推行生物学科学与工程实践教育，注重核心概念知识的获取过程

我国中小学科学教育改革一度提倡“科学探究”教学，实施以来的成绩虽说不容忽视，但“假”探究、“伪”探究、照本宣科的复制式探究依然普遍存在。NGSS凸显“科学和工程实践”，大力提倡学生基于自然现象（或日常生活现象）、工程建设，关注现实生活，发现问题、提出问题、解决问题，以介入现实问题为背景实现各学科核心概念的形成、理解和掌握。NGSS期望通过科学及工程实践教育教学把单个的知识即“学科核心概念”和“跨学科概念”联系起来——学生处于不同情境中能参与科学和工程实践来解释现象和解决问题，形成了知识与实践的统一体。重视科学工程实践是NGSS及其要求下课程构建实施中的重要理念。

在我国目前基础教育现实背景下，我们的生物学教育改革实施者，亟待更新观念，改变教学与评价的内容和方式，在“科学探究”的基础上更进一步，关注现实生命科学及相关问题，鼓励和支持不断开发基于生命科学相关的科学工程实践教学资源，丰富教学案例，积极实践将学生的生物学概念形成与理解融入具体的科学、工程实践教育教学当中去，扎实地提升生物学教育教学质量。

[1]National Research Coucil.A Framework for K—12 Science Education：Practice，Crosscutting Concepts and Core Ideas[M].Washington D.C.：The National Academies Press，2011.

[2]NGSS Lead States.Next Generation Science Standards,Vol⁃ume 1:The Standards——Arranged by Disciplinary Core Ideas and by Topics[M].Washington D.C.:The National Academies Press,2014.

[3]National Research Council.Taking science to school:Learning and teaching science in grades K-8[M].Washington D.C.:Na⁃tional Academies Press,2007.

[4]Bybee R W.The Next Generation of Science Standards:Impli⁃cations for Biology Education[J].The American Biology Teacher，2012,74(8):542-549.

[5]Bybee R W.The Next Generation of Science Standards and the Life Science[J].Science Teachers，2013（80）:25-32.