美国《新一代科学教育标准》探析

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，

但美国《新一代科学教育标准》强调的多学科知识的整合性、K-12年级课程设置的连贯性、对内容理解的深入性、学习过程的实践性、教育目的的人本性以及政策制订过程的民主性等都是值得我们去借鉴和参考的。我国的科学教育还存在很多不足，鉴于美国《新一代科学教育标准》的启发，需在以下几个方面作出适度调整。

(一)完善课程设置

第一，逐步开展综合科学教育，加强科学教育各学科之间的联系。美国基础科学教育课程以综合为主，只在高中阶段以分科形式开设，这就为各学科知识的整合创造了条件。我国中学科学教育以分科为主，在2001年的基础教育课程改革中，我国针对初中阶段的科学教育制定了以分科为主和以综合为主的两种课程计划，但就目前来看，综合科学课程在我国的推广仍步履维艰。首先，政府和教育部门等政策制订者可充分发挥宏观调控作用，对中学科学课程的设置作出统一、硬性规定。其次，出版社等部门要重视综合科学课程资源的开发，积极组织相关领域的一线教师、大学教师等展开综合科学教材和教辅材料等的研发工作，为综合科学课程的开展创造条件。

第二，增加科学实践活动的比例，提升科学教育的实践品格。我国向来注重教授学生细致的学科知识，忽视对其实践能力的培养。虽然近年来的课程改革提倡开展科学探究和实践活动，但其实施情况不容乐观，学生的动手能力和解决实际问题的能力有待提高。首先，政策制订者要增强实践意识，重视科学教育中实践活动的价值，为基础教育阶段科学实践的开展提供政策支持。其次，课程开发人员要适当增加科学课程中实践活动的数量，提高科学实践的比重，促进学科知识和科学实践之间的整合。最后，政府部门也要对各级学校提供相应的财政支持，为实践活动的开展提供必要的经济条件。

第三，注重内容衔接，增强科学课程的连贯性。我国各阶段的科学课程标准和教材等一般是分别编制的，缺少对不同阶段科学教育内容的整体调配，教学内容相互分离、连贯性不强。这就致使义务教育阶段和高中阶段的课程设置欠缺联系性和衔接性，不利于学生学习的循序渐进，也在一定程度上造成了教学资源的浪费。所以，我国科学教育要树立系统意识，关注科学课程设置的学段衔接。首先，科学教育工作者在进行科学研究、课程标准制订以及教材编制时，不仅要关注差异性，还要把基础教育的各阶段视为相互关联的整体，强调课程理念、课

程标准等的普适性和统一性。其次，设置一定数量的“学科核心概念”，并以其为主线，层层深入地组织各阶段教学内容。例如，生物学科可以设置“分子与细胞”“遗传与进化”以及“生态与环境”三个学科核心概念，再把每个核心概念分为多个子概念，最后按照由简单到复杂的原则把与每个核心概念相关的教学内容配置到多个年级。

(二)加强师资建设

培养强有力的师资力量是教育改革的前提，是课程实施的必要条件。借鉴美国《新一代科学教育标准》的先进性，我国在科学教师培养方面可作出如下改变。

第一，开设综合科学教育专业，提高师范生的综合科学素养。目前，师范院校大多以分科(物理、化学、生物)的形式培养科学教师，这种培养模式已不能满足综合科学教育的需求。大学、科研人员和政府要积极探讨高等师范院校综合科学教育专业的课程结构、师资配置和学生培养模式等，为师范院校开设综合科学教育专业提供理论指导和政策支持。

第二，重视科学教师的职前教育。科学教师的水平直接决定了科学教育的质量，“科学教师需要知道、理解和应用各种知识和能力，如各学科知识、教育学心理学基本理论、管理能力、探究和教授科学的能力、掌握科学内容和材料的能力以及评价能力等”［9］。师范院校要向科学教育方向的师范生传授扎实的专业知识并努力提高他们的教师专业素养，还要着重培养他们的实验操作技能和探究能力，以保证基础教育阶段科学和工程实践的顺利开展。

第三，加强科学教师的职后培训。首先，政府部门应该作出强制规定，为科学教师的职后教育提供政策支持，如可要求科学教师每年必须有两周的集体培训等。其次，师范院校、教育培训机构和教育部门等应定期组织科学教师的职后培训和经验交流，为科学教师的职后教育提供更多的机会和平台。再次，各学校应该努力开发校本培训机制，努力提高本校教师的专业发展水平。最后，科学教师也要与时俱进，关注国际科学教育的发展新趋势，树立终身学习的信念，不断提高自身的教师专业素养。

(三)改善评价体系

体制是变革的根本，教育评价体制的改变是教育改革的源头，是改革顺利实施的前提。我国基础教育还处于应试教育阶段，面对严格的考试制度，学习成绩最终成为中小学科学教育的主要导向，学生的学业压力有增无减，寒暑假的补习班几乎成了他们的必修课。虽然受本国社会、政治和文化等条件的制约，评价体系的变革不能一蹴而就，但为了最大程度满足全体学生的发展需求，我们要在适应本国国情的基础上，尽量改善评价体系。

第一，加强评价内容的全面化。我国较多关注评价学生的识记能力和计算能力，较少考察他们的学习过程、创新能力和辩证能力等，评价内容过于狭隘。其实，那些复杂的公式定理大多会随着时间的流逝而被遗忘，学生真正需要的不是掌握那些不常用且复杂的运算公式，而是渴望更好地去理解周围这个有趣的、多维的现实世界。我们应降低考试难度，减少复杂深奥的考试题目，适当拓宽评价内容的范围，注重评价学生的思维方式、学习态度、实践能力、探究能力以及解决实际问题的能力等，如可在年终测评中加入“实验操作”和“实验设计”等条目。

第二，促进评价方式的多元化。我国的升学制度比较残酷，中考、高考等考试对学生的未来起到一锤定音的作用。这种一年一度的考试犹如古代科举考试一般备受重视，它在很大程度上决定着学生的命运。只要这种单一的升学考查方式存在，我国的应试教育就不会消失，教育的人本性就不能较好实现。我国可适当改变评价方式，加强其多元性。一方面，提高升学考试的频率，由每年一次改为每年两次，最终以最高分数为准，以降低单次考试的偶然性，增加学生的升学机会;另一方面，在中学实行学分制，学生修满学分即可毕业，在选拔性考试中，除依照最终考试成绩外，还要参考学生在校期间每门课的学分情况，如最终成绩需600分以上，且在校每门课学分都达到B才可报考一批本科院校。

第三，关注评价目的的人本化。美国基础教育评价制度强调终结性评价和形成性评价的有机结合，而我国的评价标准单一且多为终结性、选拔性评价。教育评价不仅是为了甄别和选拔，更是为了促进学生的全面、和谐发展。我们要树立以人为本的价值取向，弱化教育评价的甄选功能，降低其带给学生的负担和压力并力求通过教育评价促进学生对学习过程的反思，激发他们的学习动力，从而促进学生的健康全面发展。

目前，《新一代科学教育标准》在美国的实施仍面临很多挑战，如外界对其存在质疑、学校对科学教育的重视度不高、相关课程资源不足、高水平师资缺乏以及评价体系不完善等。其在美国的顺利实施需要美国政府、教育科研机构、出版机构、学校和一线科学教师等方面共同努力。新兴教育政策的实施复杂而艰巨，面对国外先进的教育理念和教育模式，我们要兼顾本国文化和教育传统，要在充分了解、理性分析的基础上慎重引进，争取做到国际化与本土化的有效结合。另外，在进行课程改革时，要采取改善教育评价体系、充实师资力量以及开发课程资源等措施为改革的顺利进行创造条件。

［参 考 文 献］

［1］GROSS P R, BUTTREY D, GOODENOUGH U, et al. Final Evaluation of the Next Generation Science Standards［EB/OL］. (2013-06-13)［2014-05-30］. http:∥

edex.s3-us-west-2.amazonaws.com/publication/pdfs/20130612-NGSS-Final-Review_7.pdf.

［2］OSTLUND K L. NGSS: Conceptual Shifts［J］. NSTA Reports, 2013, 24(7):14.

［3］NORMAN G L, JUDITH S L. The next generation science standards: implications for preservice and inservice science teacher education［J］. Science Teacher Education，2014, 25(2):141-143.

［4］National Research Council (NRC). A Framework for K-12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas［S］.Washington, DC: The National Academies Press, 2011:30.

［5］NGSS Front Matter: The Next Generation Science Standards Executive Summary［EB/OL］. (2013-04-16)［2014- 05-30］. http:∥www.nextgenscience.org/next-generation-science-standards.

［6］APPENDIX F:Science and Engineering Practices in the NGSS［EB/OL］. (2013-04-16)［2014-05 -30］. http:∥

www.nextgenscience.org/next-generation-science-standards.

［7］APPENDIX A: Conceptual Shifts in the Next Generation Science Standards［EB/OL］. (2013-04-16)［2014-05 -30］. http:∥www.nextgenscience.org/next-generation-science-standards.

［8］MERVIS J. Science standards begin long, hard road to classroom［J］. Science, 2013, 340 (6139):1391.

［9］BILL B. NGSS: A professional development challenge［J］. NSTA Reports, 2014, 25(7): 13.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ycbp.html