2011年7月，美國國家研究理事會正式發(fā)布了《K-12科學教育框架——實踐、跨領(lǐng)域的概念和核心概念》(以下簡稱“《框架》”)。這一《框架》由科學教育標準(K-12)框架制訂委員會歷時18個月完成。該委員會是由美國國家研究理事會遴選的來自自然科學、數(shù)學、工程學、認知發(fā)展心理學、學習科學、教育政策與執(zhí)行、科學課堂教學研究和科學教育實踐等領(lǐng)域的18位專家組成?！犊蚣堋访鞔_提出了學生需要學習和參與的核心概念和實踐活動，是為美國新的《國家科學教育標準》的制訂而開展的前期工作。計劃于2012年秋發(fā)布的美國《國家科學教育標準》將以這個《框架》為基礎(chǔ)。
　　
　　《框架》的制訂和評審過程嚴格而細致，先后有400多位教育專家和科學家參與到不同階段的制訂工作中?？蚣苤朴單瘑T會的18位教育專家和不同學科領(lǐng)域的科學家，在他們的專業(yè)知識、關(guān)于學生如何學習科學的最新研究以及先前的各種標準文件基礎(chǔ)上，在生命科學、物理科學、地球與空間科學、工程技術(shù)與科學的應(yīng)用4個學科領(lǐng)域的專家團隊的指導(dǎo)下，開發(fā)了《框架》草案，并于2010年夏天發(fā)布。該草案廣泛征求了科學家、科學教育工作者、教育研究人員和其他科學教育相關(guān)人員的意見。美國科學教師協(xié)會(NSTA)、美國科學促進會(AAAS)、美國國務(wù)院科學顧問團和一些特定研究團隊幫助收集他們各自成員的反饋，然后總結(jié)各種意見對草案進行修訂。同時為了確保《框架》的質(zhì)量，國家研究理事會在保密狀態(tài)下進行了密集的同行評議。超過20位專家提出了審閱意見，并最終形成這個正式由美國科學院出版社出版的版本。
　　基于對已知的科學學習本質(zhì)的理解，K-12科學教育框架的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容制訂基于以下幾個指導(dǎo)性原則：兒童是天生的研究者；關(guān)注核心概念和實踐；對科學的理解隨時間而加深；科學和工程既需要知識，也需要實踐；科學教育與學生興趣和經(jīng)驗的結(jié)合；教育公平性的提升。其中，“關(guān)注核心概念和實踐”是經(jīng)過廣泛討論后在《框架》草案的基礎(chǔ)上新增加的一條指導(dǎo)原則。這條原則的增加是基于新的神經(jīng)教育學的研究成果，力圖幫助學生將不連貫的知識片段組織和整合起來形成核心概念，培養(yǎng)學生建構(gòu)更靈活、更連貫及更廣泛的科學認知和實踐能力。
　　《框架》的具體內(nèi)容分為3個維度：科學與工程的實踐(從事科學探究和工程設(shè)計的實踐)、跨領(lǐng)域的概念(在科學與工程領(lǐng)域中通用的、統(tǒng)一的跨領(lǐng)域的概念)、科學學科內(nèi)的核心概念(物質(zhì)科學、生命科學、地球與空間科學，以及工程、技術(shù)和科學的應(yīng)用)。為了支持學生的學習，這3個維度的內(nèi)容都需要整合到標準、課程、教學指導(dǎo)和評測當中。當學生在學習具體的科學概念時，需要通過科學實踐來進行探究(科學)和設(shè)計(工程)，而不僅僅是學習知識，需要進行更深入的科學實踐操作，同時還必須幫助學生逐漸建構(gòu)那些跨領(lǐng)域的概念。
　　在科學與工程實踐部分，《框架》用“實踐”這個詞代替“技能”，是為了強調(diào)進行科學研究不僅需要每個實踐中特有的技能而且也需要相關(guān)的知識，避免將科學實踐簡化為一套單一的程序，如：識別和控制變量、實體分類等，這將不利于發(fā)展學生進一步理解概念和科學的方法。《框架》中對實踐(如模仿、形成解釋、參與辯論與評價)的反復(fù)強調(diào)是為了形成這樣一種觀點，即應(yīng)該通過探究過程來學習科學。這個部分的主要內(nèi)容來自于：①當科學家研究和建構(gòu)有關(guān)世界的概念、模型和理論時使用的主要實踐方法；②當工程師設(shè)計和構(gòu)建系統(tǒng)時使用的重要的工程技術(shù)實踐?！犊蚣堋分薪o出了K-12年級科學課堂中需要學習的8種基本實踐：
　　◇提出科學問題，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)；
　　◇利用數(shù)學、信息與計算機技術(shù)和計算思維能力；
　　◇建構(gòu)科學的解釋，設(shè)計工程解決方案；
　　◇基于證據(jù)的辯論；
　　◇獲得、評估和交流信息。
　　《框架》反復(fù)強調(diào)，這些實踐活動必須在K-12整個學段與核心科學概念的學習和應(yīng)用緊密結(jié)合，尤其是通過科學探究和工程設(shè)計活動，在提出問題和明確難題、分析和解釋數(shù)據(jù)以及建構(gòu)解釋和方案設(shè)計等環(huán)節(jié)加深學生對科學的理解。
　　在科學、數(shù)學和技術(shù)領(lǐng)域始終貫穿著一些重要的概念，這些超出于學科界限的跨領(lǐng)域的概念反復(fù)出現(xiàn)在、并適用于科學和工程中的所有領(lǐng)域，能有效地用于說明事物、創(chuàng)造理論、觀察和設(shè)計。在《框架》中詳細論述了貫穿科學與工程學科的7個跨領(lǐng)域的概念，它們可以幫助學生將很多學科知識與一個統(tǒng)一的、科學的世界聯(lián)系起來。學生通過對各個領(lǐng)域內(nèi)的核心概念的反復(fù)學習，來加深對這些跨領(lǐng)域的概念的理解。這些跨領(lǐng)域的概念分別是：①模式，⑦因果關(guān)系；③尺度、比例和數(shù)量；④系統(tǒng)和系統(tǒng)模型，⑤能量和物質(zhì)，⑥結(jié)構(gòu)和功能；⑦穩(wěn)定性和變化。
　　由于科學的發(fā)展，教師無法在K-12年級詳細地向?qū)W生教授與特定學科相關(guān)的所有知識。科學教育的一個重要目標不是為了教“事實”，而是為了讓學生準備足夠的核心概念，以便今后他們自己能夠獲得更多的信息，繼續(xù)得到很好的發(fā)展?！犊蚣堋分朴單瘑T會通過應(yīng)用下面列出的標準選定了科學和工程中的有限的核心概念：
　　◇對于多個科學或工程學科來說都是非常重要的或者是某一學科的關(guān)鍵組成成分；
　　◇為理解和研究更為復(fù)雜的概念和解決問題提供重要工具；
　　◇結(jié)合學生的興趣和生活經(jīng)驗，或者結(jié)合需要利用科學或技術(shù)知識來理解的社會或個人關(guān)注的內(nèi)容；
　　◇在深度和復(fù)雜度水平日趨增長的各個年級都能夠開展的教和學的內(nèi)容。就是說，這些概念對于年幼的學生來說也可以學習，但在廣度上也足夠在各個年級不斷進行探究。
　　這些核心概念來自干物質(zhì)科學、生命科學、地球與空間科學，以及工程、技術(shù)和科學的應(yīng)用領(lǐng)域，每一個核心概念都需要教師和學生有充分的時間進行深入的探究以達到理解的程度?！犊蚣堋穼诵母拍畹某尸F(xiàn)采用了學習進程(learning progression)的形式，強調(diào)在K-12年級以一種連貫的方式培養(yǎng)學生的科學能力，并符合學習進程的邏輯性?！犊蚣堋诽峁┝嗣恳粋€核心概念的詳細說明，并分解出核心概念的主要組成部分，同時給出了到2、5、8、12年級結(jié)束時，學生對每個概念應(yīng)掌握的程度。
　　《框架》建構(gòu)的核心理念就是“學習是一個連續(xù)性發(fā)展的進程”。《框架》設(shè)計的目的是幫助孩子們持續(xù)性地建構(gòu)和完善他們的知識和能力，從他們對周邊環(huán)境的興趣和對世界運行的最初想法開始?！犊蚣堋返慕Y(jié)構(gòu)聚焦于有限的科學和工程領(lǐng)域內(nèi)和跨領(lǐng)域的核心概念，避免提供大量淺顯的主題，從而為教師和學生在更深入地探索每一個概念時提供更多的時間。細節(jié)數(shù)量上的減少也是為了給學生們多點時間去參與到科學調(diào)查和討論當中，從而實現(xiàn)對核心概念更深入的理解。
　　《框架》強調(diào)，對科學和工程的學習包括整合科學解釋的知識(如內(nèi)容知識)和用于科學探究與工程設(shè)計的實踐，必須在K-12階段的科學教育中將知識和實踐相互整合在科學課程的教學設(shè)計和教學活動中；強調(diào)科學實踐，尤其是語言和數(shù)學等多學科對科學教學的支持。
　　通過這個《框架》，我們可以更好地了解美國所有完成高中學業(yè)前學生應(yīng)該學習的內(nèi)容及其學習進程序列，但是還無法了解到各年級層次的詳細程度，以及高中水平的課程描述和標準。這份《框架》作為一份指南適用于標準開發(fā)者，也適用于課程設(shè)計者、評估開發(fā)者、國家和地區(qū)科學教育官員、從事科學教育教學的專業(yè)人員以及在非正規(guī)環(huán)境下的科學教育工作者?！犊蚣堋愤€需要融入到科學教育標準中，融入到教師培訓(xùn)、課程與評測資源的開發(fā)中，才能真正對教學實踐帶來深入的影響。
　　“對于孩子是如何學習的，以及如何創(chuàng)建支持科學學習的環(huán)境等方面，我們已經(jīng)積累了很多的知識，現(xiàn)在是一個去發(fā)生改變的時機”，Brian J.Reiser(《框架》制訂委員會成員，美國西北大學學習科學教授)這樣說，“研究提供了這種可能性，并幫助我們清晰地看到有效的科學教育應(yīng)該怎樣做!”
　　正如美國科學教師協(xié)會在其官方聲明中所說：這份《框架》將對科學教育帶來轉(zhuǎn)型性的變化，邁出了《美國科學教育標準》(1996)和《科學素養(yǎng)的基準》(1993)之后美國科學教育史上最重大、最有前途的一