美国《新一代科学教育标准》探析 2015-05-02王保艳 冯永刚《中国教育学刊》杂志社《中国教育学刊》杂志社
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只有他人有意成为他自身，我才能成为我自身；除非他自由我才能自由；除非我确信他我才能确信我自己。只有相互的认识才能使得我们俩都成为我们自己。只有在一起我们才能达到每个人所要达到的目标。没有自由的权利，真理就会始终隐匿；没有思维方式的自由，真理就会言不由衷！
作者王保艳系山东师范大学教育学院博士研究生；冯永刚系山东师范大学教育学院教授，博士
［摘要］科学教育是教育的重中之重，美国作为世界科技强国，其基础科学教育理念具有一定的优越性和先进性。课程标准是教育理念的直接体现，美国新出台的《新一代科学教育标准》具有重视教学内容的整合性、强调K-12年级课程设置的连贯性、注重教学过程的实践性以及关注教育目的的人本性等特点。鉴于该标准的启发，我国科学教育可在课程设置、教师培养范式和评价体系等方面作出相应改变。
［关键词］科学教育;课程标准;课程改革;美国基础教育 ［中图分类号］ G57［文献标识码］ A［文章编号］1002-4808(2015)04-0096-05
近年来，美国的自然科学技术快速发展，科学教育研究硕果累累，其中学生却在国际水平测试中表现不佳，科学教育水平亟须提高。2013年4月，美国颁布了《新一代科学教育标准》(the Next Generation Science Standards，NGSS)。NGSS是由华盛顿的“达成机构”(Achieve)组织，由来自26个州的41位教育者参与编写的。它是达成机构、国家科学院(the National Academy of Sciences)、国家研究理事会(the National Research Council，NRC)、国家科学教师协会(the National Science Teachers Association，NSTA)和美国科学促进协会(the American Association for the Advancement of Science，AAAS)联合努力的结果。该研发过程以州为单位组织，没有联邦政府的资金支持，研究经费全部来自民间组织的赞助。
一、美国《新一代科学教育标准》的制定背景
首先，自1996年美国《国家科学教育标准》(National Science Education Standards)颁布的十几年来，自然科学领域发生了巨大的变化，社会对公民的科学素养也提出了不同的要求，新的科技知识要及时充实科学教育的内容，学生的实践能力和解决具体科学问题的能力也亟须提高。这就要求科学教育要与时俱进，在教学内容、教学方法和评价制度等方面作出相应改变。
其次，美国中学生在国际测试中表现不佳。在2007年的TIMSS(the Trends in International Mathematics and Science Study)考试中，美国的八年级学生在48个国家中总体排名第11位，其中只有10％的美国学生达到或超越了优秀水平。在2010年的PISA考试(the Program for International Student Assessment)中，美国学生在65个国家中排名23位。［1］针对此现象，NSTA的执行官大卫·埃文斯(David L
Evans)指出：非常明显，我们迫切需要改变
科学教育的方式和内容，我们急需一个新的指导方针。
再次，多年的科学教育研究成果为NGSS的制定提供了坚实的理论基础。近20年来，在科学教育领域，美国出版了数十本书籍和大量学术论文。另外，美国的相关机构对其他十个国家的科学教育标准进行了深入研究，这为NGSS的制定提供了有力的参考和借鉴。
最后，美国于2010年开始了新一轮科学教育标准的研发工作，并于2011年7月制定了《K-12美国科学教育框架》(Framework for K-12 Science Education，
以下简称《框架》)。《框架》对高中毕业生在科学教育方面应该掌握的核心概念和实践知识作了总体规定，为NGSS的制定提供了严格有效的指导。在《框架》的基础上，基于多年科学教育的科研成果，2013年4月，美国颁布了《新一代科学教育标准》。
二、美国《新一代科学教育标准》的鲜明特色 (一)重视教学内容的整合性
NGSS的整合性主要通过“故事线”(Storyline)和“表现期望”(Performance Expectation)来体现。一方面，NGSS把K-12年级分为幼儿园、小学、初中和高中四个阶段，在展现某阶段具体的内容标准之前，NGSS以“故事线”的形式对该阶段的科学教育内容进行了总体概括和有效串联。这有利于学生对每一阶段教学内容的整体了解进而建立宏观的知识架构;另一方面，NGSS中每一条具体的内容标准，都包括“表现期望”“基础框”(Foundation Boxes)和“联系框”(Connection Boxes)三个层次，其中后两者是为了达到“表现期望”而展开的(见图1)。“表现期望”是NGSS的特色之处，它阐述了在完成该阶段的学习后，学生应该知道和能够做到的。NGSS利用“表现期望”对“基础框”中的“学科核心概念”(Disciplinary Core Ideas，DCIS)、“科学和工程实践”(Science and Engineering Practices， SEPS)、“跨学科概念”(Crosscutting Concepts，CCS)进行了有效整合。“NGSS提倡学生理解核心概念和学科理论框架，进而能够利用这些知识去开发更多的知识，或者利用这些知识去解决实际问题。新手会获得孤立的、甚至相互矛盾的知识片段，他们不能把这些片段组织和整合得很好。所以，NGSS旨在让学生通过参与实践，加深对核心概念的理解，扩展和跨学科概念的联系，从而由新手变为专家。”［2］这种整合有利于学生对学科知识全面、透彻的理解，也有助于他们在实践中更好地体会各学科相互联系的本质。
(二)强调课程设置的连贯性
除了注重每个阶段教学内容的横向整合性，NGSS还强调K-12课程设置的纵向连贯性。一方面，NGSS提倡“学习进阶”。与以往标准中学科内容的全面细致相比，NGSS只选取了《框架》中的12个“学科核心概念”作为教学内容，更注重学生对知识的深入理解以及在实践中对知识的应用，其中每个核心概念又包含一定数量的子概念。NGSS把K-12阶段的教学内容视作一个整体，它强调每
个核心概念的学习不能在一两周内完成，而要在多个年级逐步开展，且随着年级的增长，同一概念所涉及内容的难度和复杂程度都逐步增加。例如，核心概念“从分子到生物体：结构和过程”仅在二年级没有被涉及。NGSS以“学科核心概念”为主线组织教学内容，使各阶段的科学教育内容互相联系、层层递进、环环相扣;另外，也可有效避免学科知识的冗杂，有利于学生建立清晰的学科知识框架、增强学科意识以及深入理解教学内容。另一方面，每一条内容标准中都包含“联系框”，它意在阐述该主题内容与其他内容的相互联系，这些联系不仅包括与同一年级其他内容的联系，还包括与跨年级内容的联系以及与《州际共同核心标准》(Common Core State Standards，CCSS)中的英语语言艺术(English Language Arts，ELA)和数学的联系(见图1)。“联系框”有利于教育者和学生明确各部分内容在K-12科学教育中的位置，进而把握科学教育的系统性和连贯性。
(三)注重教学过程的实践性
NGSS不仅要求学生学习间接知识，还要求他们通过实践去直接获得知识、领会科学的本质并应用具体知识(事实)去解决实际问题。其实，早在1989年出版的《面向全体美国人的科学》(Science for all Americans)和1996年颁布的《国家科学教育标准》中，就已经提出了把“科学和工程实践”整合到科学教育中的观点，但这种提议在当时并没有受到足够重视。NGSS着重强调教学过程的实践性，使“科学和工程实践”受到空前关注。“与常用词汇‘科学探究’的使用不同，NGSS中使用了‘科学实践’的概念。”［3］“NGSS和《框架》用‘实践’(practices)代替了‘技能’(skills)，主要是为了强调在科学研究中不仅需要技能，还需要针对实践的特定知识。”［4］“NGSS强调‘科学与工程实践’不是一种教学策略，而是完成学习任务的向导，是很重要的学习目标。”［5］“NGSS和《框架》都涉及八种实践活动，即提出问题和明确问题所在，建立和使用模型，设计和实施调查研究，分析和解释数据，利用数学和计算思维，建构解释和设计解决方案，基于证据的论证以及获取、评估和交流信息。”［6］
(四)关注教育目的的人本性
NGSS主张科学教育的大众性，提倡科学教育目的的人本性。NGSS的开发者认为，科学知识在全体美国人生活中起着至关重要的作用，它对于了解这个复杂的世界具有前所未有的决定性，美国在国际竞争中能否处于核心地位也在很大程度上取决于美国的科学教育水平。“科学在美国创新、领导和创造未来的过程中处于核心位置。为了更好地为大学、工作和公民生活做准备，所有学生，不管他们今后的教育程度和职业道路如何，都应该接受扎实的K-12年级的科学教育。”［7］为此，NGSS主张科学教育要面向所有学生，并应该旨在提高全体学生的科学素养，进而帮助他们为高中毕业后的各种生活做好准备，这充分体现了科学教育目的的人本性，是大众科学教育的发展和延伸。这种理念的转变有利于满足各层次学生的需求，并能有效促进美国成为一个具有较高科学素养的社会。
三、美国《新一代科学教育标准》对我国科学教育的启示
“堪萨斯州教育董事会的一个成员说过，我们没有办法知道关于科学的所有事情，但是我们应该去充分了解任何新的事物，并善于利用旧的事物。”［8］虽然中美社会环境和教育体制存在很大差异，美国的科学教育自身也存在问题，