葉兆寧

2013年4月，美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（簡(jiǎn)稱NGSS）終于完成了修訂，公開(kāi)發(fā)布于官方網(wǎng)站上（NGSS的正式出版物將于201 5年秋問(wèn)世——作者注）。在美國(guó)第一個(gè)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行17年后，世界格局的變化、國(guó)際國(guó)內(nèi)的教育形勢(shì)，以及教育理論的變革迫使美國(guó)科學(xué)教育不斷反思、向前發(fā)展，以適應(yīng)社會(huì)的快速進(jìn)步。1989年來(lái)美國(guó)科學(xué)教育領(lǐng)域的一系列研究（詳見(jiàn)附表1）不僅誕生了全世界第1個(gè)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)，也使NGSS的發(fā)布水到渠成。

正如17年前，《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》和《科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》的相繼問(wèn)世一樣，先有《K—12年級(jí)科學(xué)教育框架》 （以下簡(jiǎn)稱《框架》）再出臺(tái)NGSS，這是美國(guó)修訂其科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)核心步驟?！犊蚣堋分幸愿拍蠲枋龅姆绞矫鞔_規(guī)定了K—12年級(jí)學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)的具體內(nèi)容，而NGSS則以貫穿學(xué)科和年級(jí)的組織方式，給出更為具體和詳實(shí)的內(nèi)容和實(shí)踐指導(dǎo)，兩個(gè)文獻(xiàn)相輔相成。

本文中“新觀點(diǎn)”的更準(zhǔn)確提法應(yīng)為“轉(zhuǎn)變的觀點(diǎn)”。仔細(xì)閱讀附表1，不難發(fā)現(xiàn)其中的一系列文件顯示出美國(guó)科學(xué)教育研究的連貫與繼承、變化與發(fā)展。因此在《框架》和NGSS中，都清晰地表述出當(dāng)今美國(guó)在科學(xué)教育思想和方法上觀點(diǎn)的轉(zhuǎn)變，并在NGSS的附錄A中總結(jié)為以下7點(diǎn)：

（1）K—12年級(jí)的科學(xué)教育應(yīng)反映出科學(xué)內(nèi)在關(guān)聯(lián)的本質(zhì)。

（2）NGSS的內(nèi)容是學(xué)生的預(yù)期表現(xiàn)，而非課程。

（3）NGSS中的科學(xué)概念需要從幼兒園到12年級(jí)連貫地建構(gòu)。

（4）NGSS中不僅關(guān)注對(duì)內(nèi)容的深入理解，也關(guān)注對(duì)內(nèi)容運(yùn)用的深入理解。

（5）從幼兒園到12年級(jí)，科學(xué)和工程應(yīng)集成在NGSS中。

（6）NGSS為將要升人大學(xué)、就業(yè)和成為公民的學(xué)生而設(shè)計(jì)。

（7）NGSS要與通用核心內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn) （Common Core State Standards（English Language Arts and Mathematics）英語(yǔ)、藝術(shù)與數(shù)學(xué)）相對(duì)應(yīng)。

本文將逐一對(duì)其進(jìn)行分析，以窺美國(guó)科學(xué)教育的發(fā)展方向和趨勢(shì)。

觀點(diǎn)之一：K—12年級(jí)的科學(xué)教育應(yīng)反映出科學(xué)內(nèi)在關(guān)聯(lián)的本質(zhì)

正如在真實(shí)世界中人們所實(shí)踐和經(jīng)歷的科學(xué)一樣，K—12年級(jí)的科學(xué)教育應(yīng)當(dāng)反映出科學(xué)內(nèi)在關(guān)聯(lián)的本質(zhì)，這是NGSS中首要提及的需要轉(zhuǎn)變的觀點(diǎn)。

科學(xué)內(nèi)在關(guān)聯(lián)的本質(zhì)體現(xiàn)在《框架》和NGSS中反復(fù)強(qiáng)調(diào)的3個(gè)維度，即科學(xué)與工程實(shí)踐（science and engineering practice）、跨學(xué)科概念（crosscutting concepts），以及學(xué)科核心概念（disciplinary core ideas）?！犊蚣堋分性赋觯骸犊蚣堋返脑O(shè)計(jì)是為了幫助實(shí)現(xiàn)一種科學(xué)與工程教育的構(gòu)想，即學(xué)生通過(guò)在校期間多年的學(xué)習(xí)，積極參與科學(xué)與工程實(shí)踐、運(yùn)用跨領(lǐng)域概念，以加深他們對(duì)這些領(lǐng)域核心概念的理解。并指出3個(gè)維度就像1根繩索中纏結(jié)在一起的3股，應(yīng)將其看作一個(gè)有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)。

鑒于21世紀(jì)科學(xué)與工程的重要性，當(dāng)學(xué)生面對(duì)科學(xué)知識(shí)時(shí)，需要能意識(shí)到要結(jié)合情境理解，如科學(xué)知識(shí)如何獲得和運(yùn)用、科學(xué)如何和一系列概念聯(lián)系起來(lái)，以幫助人們深入了解周圍的世界。因此，學(xué)生的學(xué)習(xí)成果應(yīng)包括學(xué)生將內(nèi)容知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐的能力。實(shí)踐成為學(xué)生聯(lián)系科學(xué)知識(shí)和實(shí)際的橋梁，也成為建構(gòu)和使用核心概念的過(guò)程?！犊蚣堋泛蚇GSS中在設(shè)計(jì)K—12年級(jí)的學(xué)習(xí)要求時(shí)都充分考慮了科學(xué)教育中如何將知識(shí)與實(shí)踐相互融合，以體現(xiàn)科學(xué)內(nèi)在關(guān)聯(lián)的本質(zhì)。反復(fù)強(qiáng)調(diào)3個(gè)維度的關(guān)聯(lián)，并在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中著重體現(xiàn)出來(lái)，這點(diǎn)與以往的標(biāo)準(zhǔn)相比，有著非比尋常的意義和教育價(jià)值取向。

觀點(diǎn)之二：NGSS的內(nèi)容是學(xué)生的預(yù)期表現(xiàn)，而非課程

不同于1995年美國(guó)課程標(biāo)準(zhǔn)中的表述，用預(yù)期表現(xiàn)（performance expectations，關(guān)于預(yù)期表現(xiàn)的詳細(xì)內(nèi)容參見(jiàn)本期專題文章《NGSS中的新模式——預(yù)期成果》——編者注）作為NGSS的主要內(nèi)容，并以貫穿學(xué)科和年級(jí)的相關(guān)主題的組織方式呈現(xiàn)，這是NGSS特有的表達(dá)模式，也體現(xiàn)了美國(guó)科學(xué)教育觀點(diǎn)的一種轉(zhuǎn)變。

預(yù)期表現(xiàn)是可評(píng)估的陳述，說(shuō)明了學(xué)生應(yīng)知道的和能做的。在附表1中的相關(guān)文獻(xiàn)中，最早提及預(yù)期表現(xiàn)的是由國(guó)家評(píng)估理事會(huì)（National Assessment GoverningBoard）和美國(guó)教育部（U.S.Department of Education）于2008年發(fā)布的《2009年國(guó)家教育進(jìn)展評(píng)估框架——“科學(xué)”》。在這篇文獻(xiàn)中定義了4個(gè)科學(xué)實(shí)踐，即識(shí)別科學(xué)原理（Identifying Science Principles）、運(yùn)用科學(xué)原理（Using Science Principles）、運(yùn)用科學(xué)探究（Using Scientific Inquiry）、運(yùn)用技術(shù)設(shè)計(jì)（Using Technological Design）。并指出這些科學(xué)實(shí)踐可以與科學(xué)內(nèi)容結(jié)合起來(lái)發(fā)展學(xué)生的預(yù)期成果，而這些預(yù)期成果正式發(fā)展評(píng)測(cè)條目的基礎(chǔ)。因?yàn)樵u(píng)測(cè)更關(guān)注的是學(xué)生的理解，而非記憶，同時(shí)科學(xué)實(shí)踐也不是脫離內(nèi)容的技能，因此無(wú)論是對(duì)知識(shí)、還是技能的評(píng)測(cè)都需要關(guān)注學(xué)生如何使用科學(xué)知識(shí)參與和組織科學(xué)實(shí)踐，即學(xué)生如何在科學(xué)實(shí)踐中反映他們對(duì)知識(shí)、技能的理解和運(yùn)用。

NGSS不僅發(fā)展了科學(xué)實(shí)踐，而且沿用了這種方式將其強(qiáng)調(diào)的科學(xué)與工程實(shí)踐、學(xué)科核心概念、跨領(lǐng)域概念和評(píng)測(cè)結(jié)合在一起，通過(guò)“預(yù)期成果”對(duì)期望學(xué)生能知道的和能做到的進(jìn)行了描述，且這些描述是可觀察、可評(píng)測(cè)的，以提高標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的可操作性，同時(shí)與國(guó)家評(píng)測(cè)的要求相一致。

觀點(diǎn)之三：NGSS中的科學(xué)概念需要從幼兒園到12年級(jí)連貫地建構(gòu)

科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注從幼兒園到高中畢業(yè)整個(gè)階段的學(xué)習(xí)（詳細(xì)內(nèi)容參見(jiàn)本期專題文章《學(xué)習(xí)進(jìn)程與NGSS》——編者注），這似乎是1995年美國(guó)科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)呈現(xiàn)的觀念和趨勢(shì)。其實(shí)，這一觀點(diǎn)轉(zhuǎn)變的核心并不在于年級(jí)跨度，而在于“科學(xué)概念”和“連貫建構(gòu)”兩個(gè)關(guān)鍵詞上。這兩個(gè)關(guān)鍵詞的含義體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

1 科學(xué)概念的選擇是有重點(diǎn)、有“優(yōu)先權(quán)”的，且是少數(shù)的

從《框架》到NGSS中在學(xué)科領(lǐng)域上都選擇了物質(zhì)科學(xué)（physical sciences）、生命科學(xué)（life sciences）、地球與空間科學(xué)（earth and space sciences），以及工程、技術(shù)和科學(xué)應(yīng)用（engineering，technology，and applicationsOf science）4個(gè)主要領(lǐng)域組織學(xué)科概念，并在其中選擇少數(shù)最為核心的概念展開(kāi)教學(xué)。國(guó)際科學(xué)院組織（國(guó)際科學(xué)院組織（InterAcademy Panel，IAP），成立于1993年，共有全世界106個(gè)國(guó)家的科學(xué)院參加，旨在通過(guò)各成員科學(xué)院間的合作與交流，研究一些重要的國(guó)際科技問(wèn)題，并為決策者的政策制定提供科學(xué)依據(jù)——作者注）科學(xué)教育項(xiàng)目組的專著《科學(xué)教育的原則和大概念》中清晰地解釋了為何要在K—12年級(jí)的科學(xué)教育中關(guān)注核心科學(xué)概念，亦或稱為大概念（big ideas）。任何科學(xué)領(lǐng)域中都包括很多概念，教學(xué)應(yīng)以哪些能幫助學(xué)生理解該領(lǐng)域的重要特征以及對(duì)學(xué)生終身學(xué)習(xí)有益的概念為主，而不是對(duì)所有科學(xué)概念面面俱到?！犊蚣堋分幸渤钟型瑯拥挠^點(diǎn)，并指出這些學(xué)科核心概念應(yīng)能部分或全部滿足以下條件：

·在跨越多個(gè)科學(xué)或工程學(xué)科問(wèn)明顯重要的概念或是單一學(xué)科中的關(guān)鍵性原理；

·能為理解或研究更復(fù)雜的概念和解決問(wèn)題提供關(guān)鍵工具的概念；

·與學(xué)生的興趣和生活經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的概念，或是與需要科學(xué)或技術(shù)知識(shí)解決的社會(huì)或個(gè)人關(guān)心的事件相聯(lián)系的概念；

·在深度和復(fù)雜度水平逐漸增長(zhǎng)的各個(gè)年級(jí)都必須具備可教性和可學(xué)性概念。也就是說(shuō)，這個(gè)概念對(duì)低年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)是可以學(xué)習(xí)的，并且該概念具有能維持多年持續(xù)調(diào)查探索的廣度。

因此，NGSS中呈現(xiàn)的學(xué)科核心概念在數(shù)量上少于之前的《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》和《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中所包括的，以體現(xiàn)出“1英寸寬，1英里深”的教育思想。

2 K—12年級(jí)的連貫建構(gòu)體現(xiàn)出對(duì)科學(xué)教育中對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)程的關(guān)注、研究和運(yùn)用 學(xué)習(xí)進(jìn)程（1earning progression）是21世紀(jì)以來(lái)科學(xué)教育研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，它是基于教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和研究而形成的對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)前進(jìn)方向的可測(cè)試預(yù)設(shè)。這些預(yù)設(shè)說(shuō)明了學(xué)生在掌握主要核心概念的進(jìn)程中的普遍規(guī)律和路徑。

基于此，《框架》的指導(dǎo)性原則之一就是“理解隨著時(shí)間發(fā)展”，并指出：

要對(duì)世界的科學(xué)解釋形成透徹的理解，學(xué)生需要有數(shù)年而不是幾個(gè)星期或幾個(gè)月時(shí)間的持續(xù)的機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)、建構(gòu)基本概念以及體會(huì)這些概念之間的相互聯(lián)系。這種意義上的發(fā)展在學(xué)習(xí)進(jìn)程的思路中已經(jīng)被概念化。如果教育的最終目標(biāo)是掌握科學(xué)學(xué)科的核心概念，那么精心設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)進(jìn)程為達(dá)到該目標(biāo)提供了一個(gè)可以采取的路線圖。這樣的學(xué)習(xí)進(jìn)程不僅描述了學(xué)生對(duì)概念的認(rèn)知是如何日趨成熟的，也描述了學(xué)生取得進(jìn)步所需的教學(xué)支撐和經(jīng)驗(yàn)。

因此，NGSS中體現(xiàn)出的教育的連續(xù)性和一致性已不再是空洞的理念和思想，而是落實(shí)到具體學(xué)習(xí)內(nèi)容、技能培養(yǎng)的過(guò)程和細(xì)節(jié)中。這不僅是觀念上的轉(zhuǎn)變，也是科學(xué)教育教學(xué)策略和方法的進(jìn)一步變革。

觀點(diǎn)之四：NGSS中不僅關(guān)注對(duì)內(nèi)容的深入理解，也關(guān)注對(duì)內(nèi)容運(yùn)用的深入理解

早在20世紀(jì)80年代，認(rèn)知科學(xué)教就已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)深層知識(shí)（deep knowledge）并且清楚在真實(shí)世界和實(shí)際情況中如何運(yùn)用這些知識(shí)時(shí)，知識(shí)會(huì)在學(xué)生頭腦中保持得更持久，他們也能夠?qū)⑦@些知識(shí)運(yùn)用到更廣泛的情境中。同時(shí)，對(duì)眾多領(lǐng)域中專家與新手比較的相關(guān)研究結(jié)果表明：專家了解其領(lǐng)域的核心原則和理論結(jié)構(gòu)，并且利用他們理解新知識(shí)或解決新問(wèn)題；相反，新手傾向于將不連貫的甚至相互矛盾的知識(shí)片段視為孤立的實(shí)施，并努力尋找一種方式組織和整合它們。因此，當(dāng)人們認(rèn)識(shí)到知識(shí)的建構(gòu)性、情境性、復(fù)雜性和默會(huì)性的時(shí)候，也認(rèn)識(shí)到對(duì)知識(shí)的深入理解與了解其運(yùn)用的密切相關(guān)，無(wú)法遷移的知識(shí)并不是真正掌握和理解的知識(shí)。

《框架》和NGSS中都以核心概念的方式給出了一整套各學(xué)科領(lǐng)域的概念，同時(shí)給出科學(xué)與工程的實(shí)踐。在NGSS的預(yù)期成果中，則將各領(lǐng)域的概念、實(shí)踐和跨領(lǐng)域的概念結(jié)合在一起，這些概念和能力需要學(xué)生在高中畢業(yè)時(shí)應(yīng)能掌握和達(dá)成。因此，對(duì)于教師、課程及評(píng)測(cè)開(kāi)發(fā)者而言，關(guān)注的是核心概念，關(guān)注的是與核心概念建構(gòu)相關(guān)的實(shí)踐和運(yùn)用、理解和遷移。也就是說(shuō)，核心概念的提出，能夠提供一個(gè)獲取新知識(shí)的組織結(jié)構(gòu)，理解這些核心概念并進(jìn)行科學(xué)與工程實(shí)踐有助于學(xué)生今后在高中、大學(xué)及大學(xué)以后的階段培養(yǎng)學(xué)生更廣泛的認(rèn)知和進(jìn)行更深層次的科學(xué)與工程調(diào)查研究。

觀點(diǎn)之五：從幼兒園到12年級(jí)，科學(xué)和工程應(yīng)集成在NGSS中

將技術(shù)和工程整合到科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的思想并不是新的思想，在1989年的《為了全體美國(guó)人的科學(xué)》、1993年和2008年的《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》，以及1996年的《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中都包含有科學(xué)與技術(shù)的內(nèi)容。盡管有這個(gè)多年的努力，在科學(xué)課程、評(píng)測(cè)及科學(xué)教師職前教育中，工程、技術(shù)與科學(xué)內(nèi)容相比，仍然沒(méi)有得到同等程度的關(guān)注。

NGSS中一個(gè)完全不同的觀點(diǎn)是：通過(guò)在所有年級(jí)、所有領(lǐng)域的課堂教學(xué)中把工程設(shè)計(jì)與科學(xué)探究視為同等重要，并且在每類主題情境中，與其他學(xué)科一樣給出工程和技術(shù)的核心概念兩種方式將工程和技術(shù)有機(jī)地整合到科學(xué)教育體系和結(jié)構(gòu)中。

《框架》中指出世界上主要的挑戰(zhàn)需要科學(xué)與工程解決，例如清潔能源的效率，預(yù)防和治療疾病，維持事物供給和水源清潔，以及解決由于全球環(huán)境變化使社會(huì)面臨的問(wèn)題。與此同時(shí)，工程和技術(shù)給學(xué)生提供了通過(guò)運(yùn)用他們正在發(fā)展的科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程深化他們對(duì)科學(xué)的理解。因此，與原有的《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》相比，更加鮮明地強(qiáng)調(diào)了將功能與技術(shù)有機(jī)地結(jié)合到科學(xué)課程中，并指出其作用應(yīng)與科學(xué)同等重要。

觀點(diǎn)之六：NGSS為將要升入大學(xué)、就業(yè)和成為公民的學(xué)生而設(shè)計(jì)

20世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展帶來(lái)了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和文化的迅速變化，新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)突破及重大創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)?？茖W(xué)技術(shù)促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展，為人類在更大范圍、更深層次上認(rèn)識(shí)并合理利用自然提供了可能，同時(shí)也促進(jìn)了人類在生產(chǎn)方式、生活方式和思維方式上的變革。

毋庸置疑，科學(xué)和科學(xué)教育已成為當(dāng)今所有美國(guó)人生活的中心。因?yàn)橐酝氖澜鐝臎](méi)有像現(xiàn)在這樣復(fù)雜，這種復(fù)雜性使得科學(xué)知識(shí)對(duì)于理解整個(gè)世界至關(guān)重要。當(dāng)人們需要理解當(dāng)前事件、選擇和使用技術(shù)、或在衛(wèi)生保健問(wèn)題上做出非正式?jīng)Q策的時(shí)候，理解科學(xué)是關(guān)鍵所在。同時(shí)，科學(xué)也是美國(guó)持續(xù)改革、領(lǐng)導(dǎo)和創(chuàng)造未來(lái)工作的國(guó)家能力的中心。對(duì)于所有學(xué)生，無(wú)論他們的未來(lái)教育和職業(yè)路徑是怎樣的，都必須為將要升入大學(xué)、就業(yè)和成為公民而在K12年級(jí)階段經(jīng)歷牢固的科學(xué)教育。換言之，科學(xué)教育的設(shè)計(jì)必須為他們的將來(lái)做好準(zhǔn)備。

觀點(diǎn)之七：NGSS要與英語(yǔ)、數(shù)學(xué)通用核心內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)

NGSS發(fā)布之際正是《英語(yǔ)和數(shù)學(xué)通用核心內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)》（CCSS）實(shí)施之際，這給科學(xué)成為兒童綜合教育（comprehensive education）的一部分成為可能，也是的NGSS在內(nèi)容和要求上呈現(xiàn)出與CCSS相互對(duì)照的特點(diǎn)。這種對(duì)照不僅確保了所有內(nèi)容領(lǐng)域?qū)W習(xí)的系統(tǒng)性，也使得它成為NGSS尤其與眾不同之處。

NGSS的附錄A中，以上述7條闡述其在科學(xué)教育觀點(diǎn)上的變化，包括涉及科學(xué)課程本身、科學(xué)與工程技術(shù)，以及科學(xué)與數(shù)學(xué)和語(yǔ)言學(xué)科等方面。NGSS不僅關(guān)注核心概念，關(guān)注實(shí)踐，關(guān)注科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)，更關(guān)注理解、運(yùn)用、和各維度的整合。其實(shí)這些變化并非突變，在2007年的《將科學(xué)帶進(jìn)學(xué)?！芬粫鴨?wèn)世以來(lái)，美國(guó)的科學(xué)教育已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)反思過(guò)去、將科學(xué)研究帶入科學(xué)教育、用實(shí)證科學(xué)研究指導(dǎo)教育政策和教學(xué)實(shí)施的時(shí)代。

參考文獻(xiàn)

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