美國《下一代科學標準》背景下的科學課程構建及啟示

[摘 ? 要]自美國發布《下一代科學標準》后，如何基于其理念構建科學課程成為美國科學教育研究者與實踐者們的重要課題。文章梳理了《下一代科學標準》理念下美國科學課程構建的基本程序，并從科學課程標準及材料革新、專業化科學師資培育等方面提出對我國科學教育改革的啟示。

[關鍵詞]《下一代科學標準》;科學課程;科學教育

2011年，美國發布了《K-12年級科學教育的框架：實踐、跨學科概念和核心概念》（A Framework for K-12 Science Education： Practices， crosscutting Concepts and Core Ideas[1]，以下簡稱《框架》）。2013年4月，美國基于《框架》發布了《下一代科學標準》（Next Generation Science Standards，以下簡稱NGSS）的定稿，其中兩份核心文件的紙質文本由美國國家學術出版社出版，向全球發布[2-3]。

自《框架》發布以來，截至2018年，美國已經有39個州和地區宣布響應更新科學教育標準并逐步深入應用推進[4]。在此過程中，美國的科學教師和各響應州的教育部門需要解決的核心問題是：如何契合NGSS提倡的科學課程理念，開展教學內容、教學課例與單元以及教學模式的再設計與實施。美國科學教師協會（National Science Teaching Association，以下簡稱NSTA）對于契合NGSS的科學課程構建也有明確的指導意見。本文就此做一個初步的梳理，嘗試理清NGSS改革背景下科學課程構建的路徑，以期對我國科教改革中科學課程研發及科學教師培育方面有所啟示。

一、NGSS倡導的科學課程改革理念

NGSS以“大科學”理念為宏觀指導，關注學生學習科學的能力，聚焦于科學概念，重視概念的理解發展過程，將“科學與工程實踐”（Science and Engineering Practices）、“學科核心概念”（Disciplinary Core Ideas）與“跨學科概念”（Crosscutting Concepts）三個維度整合在一起，形成了不同學段、不同學科領域的“表現期望”（Performance Expectation），即學業目標。這樣的學業目標設計，從科學教育的對象、內容、過程和方式角度入手，系統地幫助所有學生建立起基于實踐經歷的科學學科知識與實踐能力體系，進一步促進全民教育公平。

二、基于NGSS的科學課程構建

1.NGSS課程開發規劃

（1）組建課程開發團隊

NGSS是一個涵蓋全基礎教育K-12年級（K代表Kindergarten，K-12年級即從幼兒園到12年級，共13個年級）和4個科學學科（生命科學、物質科學、地球與空間科學和工程、技術與科學應用）領域的復雜性的系統文件。為了給學區或學校提供專業化支持，需要經驗豐富的專業團隊合作開發基于NGSS要求的課程資源和教學材料。NSTA認為應按照不同年齡和學科重點開發課程，團隊成員可以來自不同科學學科，以符合初高中學生的年齡特征和學科素養水平，努力構建體現多方協作的課程[5]。根據NGSS在各年級各學科領域的特征，建議K-2年級和3-5年級都由2～5人組成開發團隊，6-8年級和9-12年級各學科領域的課程開發參與人員也以2～5人為宜。

（2）熟悉《框架》并確認NGSS組織形式

《框架》對所有學生在高中畢業前應該達成的科學和工程實踐、跨學科概念和學科核心概念這三個維度的學業目標作了總體規定，為NGSS的制定提供了有效的基于現實研究證據的深入指導。深入了解《框架》非常有助于將這些目標要求納人所要實施的科學課程中。NGSS文本有按照主題和學科核心概念兩種組織形式。這兩種組織形式的NGSS都詳盡地設計了K-12年級各學科領域的學業目標，但在具體的課程設計要求方面存在差異，由此也會影響課程開發方向和實施途徑。因此，對于響應NGSS的各州或學校而言，在開始進行課程構建之前，確定采用哪種組織形式的NGSS很有必要。

（3）尋找與NGSS要求的差距

在確定NGSS的組織形式后，課程團隊需要逐句深入分析NGSS的文本內容，撰寫分析報告，并基于所在地區或學校的現實情況思考滿足NGSS要求的問題。如教師們還需要怎樣的專業發展培訓，才能順利接納NGSS并將其納入課程計劃？目前，K-12課程的結構還需要進行哪些改變？是否需要購買或修訂教材？需要花費多少時間和資金？計劃下一步做什么？何時以及如何解決這些問題，將影響課程團隊所在地區或學校實施NGSS的速度和深度。

（4）制定工作實施計劃

基于NGSS的課程開發需要美國各州自行推進。NGSS的主導者之一Achieve公司開發了設計詳盡的推進工作簿，作為各州或地區推進NGSS應用的分步指南[6]。課程開發團隊在了解所在州和學校官方推進NGSS原則及步驟的基礎上，合作商議確定符合學校實際的具體實施內容。而在具體的實施計劃中，需要確定各措施的實施進度，以及可檢測的目標和準確時間節點。

2.NGSS課程的教學單元設計

組織設計某個主題或目標的教學單元是課程開發的難點。為實現NGSS描述的學生學習的“表現期望”，可以選擇開展實驗室實驗、閱讀、討論、講座等各種活動，并將這些活動有條理地串聯起來，從而完成課程案例和教學單元的設計與組織[7]。NGSS背景下的科學課程設計沒有標準模式，各響應州的教師可以自行設計。一般可遵循如下設計流程。

（1）選擇“表現期望”

“表現期望”是體現學業要求的高度凝練，主要描述教學完成后學生的行為達成。在設計科學課程之初，建議為課程教學單元選擇一個或者兩個特定的“表現期望”，據此設計課程活動，為學生提供匹配的學習體驗。此外，要對選定好的“表現期望”進行深入分析，探討在教學前如何將學生已經具備的知識和技能與“表現期望”聯系起來，進一步開發評價工具來測量學生對科學概念和科學實踐技能的掌握情況。

（2）選定三個維度

一是“學科核心概念”維度。為了選定具體的學科核心概念，課程團隊需要集體討論選擇引入與科學家研究的對象或事件有關的現象，并且這些現象最好是學生感興趣的，與學生學習探究的核心概念有關，從而在解釋這些現象時，可以加深學生對目標核心概念的理解。

二是“科學與工程實踐”維度。在確定了與學科核心概念相關的現象后，需要考慮學生將如何調查、探究這些現象。具體需要思考以下問題：當學生發現一些有趣的現象時，他們會在課中對這些現象做出什么樣的反饋？學生會提出科學問題并進行調查嗎？會主動制訂調查計劃并付諸行動嗎？會分析數據，作出解釋或提出一個解釋模型嗎？會參與討論或信息交流嗎？學生為了解答上述問題所進行的“實踐”活動就是課程的關鍵所在。這些“實踐”可能與“表現期望”中的“實踐”相同，也可能不同。

三是“跨學科概念”維度。NGSS共設計了七個跨學科概念，即：模型，原因和結果，尺度、比例和數量，系統和系統模型，能量和物質，結構和功能，系統穩定性和改變。對于學生在課程中將要探究的現象而言，選擇哪一個跨學科概念最好？其實，在設計課程內容時，選擇最相關的跨學科概念即可。

（3）建構“學習表現”

為了清晰地描述體現上述三個維度內容的具體課程目標，有必要引入“學習表現”這個概念?！皩W習表現”是指學生在學習和運用知識過程中明晰的、有標志性特征的描述，能夠促進學生隱性認知外顯化，是確保學生逐漸達成“表現期望”所需要的關鍵點[8]?！皩W習表現”在文本表述上與“表現期望”類似，是對“表現期望”的細致解析，能夠很好地反映三個維度的信息。

3.選擇教學資源

教師一般利用教科書、課程和活動這三類資源來組織實施課堂教學。在NGSS指導下，結合各種主題設計，選擇和構建適應三個維度目標的新教學材料和課程資源，是將NGSS有效納入課程的關鍵[9]?？茖W教師和學校也可以自行開發、評估和調整各類校本教學資源。

NSTA認為應通過團隊協作完成教學資源的選擇，并注意記錄團隊成員的想法和討論過程。利用相關主題的教學論壇，所有的科學教育工作者都可以在學校實施新標準的同時分享材料、教學建議和實施進度[10]。

4.課程系統評價

（1）課程評價體系開發

傳統的科學課程評估主要是考查學生對科學事實和科學概念的記憶。NGSS的“表現期望”既是學業目標，也是探索發展新評價體系的依據[11]。但它并非課程中的教學目標，不適合直接用來構建評價工具。如前所述，NGSS開發者們引入了“學習表現”概念，以深入解析“表現期望”。因此，可以基于“學習表現”和考試公平性分析確定評價與監測工具的特征，并進一步開發出包含試題、評分標準和所需環境與技術支持的評價和監測工具[12-13]，構建起一條完整的NGSS學業目標預期達成的保障和評價路徑（見圖1），從而更好地開展課堂評價和監測評價。

（2）課堂評價

在實際的科學課程教學實踐中，教師除了采用傳統的課程標準化測試之外，還通過一些課堂評價來檢測學生是否成功地進行科學課程的學習。課堂評價主要基于評價項目任務的完成情況考查學生是否具有完成任務的能力。這些能力包括能開發模型，能獲取、分析和討論數據，能形成口頭和書面的科學解釋，能基于證據論證且深入反思自己的觀點，等等?；凇氨憩F期望”的各類評價工具可以更好地體現真實的NGSS三維學習目標的要求。

（3）監測評價

監測評價對于教學班級來說是一種外部評價，主要用于監測學生一段時間內的學習情況，比較不同學校之間的學業成就，或者檢驗特定政策或課程計劃的實施成效。在具體實施監測評價的時候，由于基于相同的NGSS學業目標，外部的監測評價任務常應與課堂評價的相同。此外，因實施監測評價的樣本學生較多，在實施中也會盡量標準化以實現預期監測目標，同時降低操作成本。因此，美國教育管理者在做監測任務時往往需要深入實際課堂，在教學進程中收集信息，開展課堂嵌入式監測評價。

三、對當下我國中小學科學教育發展的啟思

當下，我國中小學科學教育也正處于變革中。2016年，教育部正式發布了《中國學生發展核心素養》總體框架[14]，從文化基礎、自主發展、社會參與3個維度定義“學生應具備的，能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力”;次年，發布了新的《義務教育小學科學課程標準》[15]，對小學階段科學教育的目標提出了更高的要求?；诤诵乃仞B培育的教育改革率先在高中啟動，包括生物、物理和化學等科學課程在內的高中階段各學科課程標準也于2018年全新發布[16]。比照我國科學教育改革的現實情況，或許可以從NGSS背景下美國科學課程構建理論和實施的現實得到一些思考和啟示。

1.建立基礎教育階段一體化的科教標準及課程的研發機制

NGSS的出臺推動了美國基礎教育階段科學教育領域的根本變革。NGSS首次以全美國實施為愿景，基于“大科學”背景和“學習進階”理念，對整個基礎教育階段（K-12年級）的科學課程學業目標進行了系統性的全盤設計[17]。我國小學科學及高中理科課程標準的更新在一定程度上借鑒了NGSS，但由于小學與初高中各科學課程標準制定者不是同一團隊，導致各科學課程標準理念與內容未實現全面貫通。此外，我國目前也未有專門的幼兒園階段科學教育課程標準。因此，各學段的科學課程（教材）的系統研發受到限制，整體上還存在著學段間相互割裂的問題，不利于學生系統掌握科學概念和培育科學素養。當下，基于我國學生發展核心素養目標培育的基礎教育課程改革亟需進一步理清思路，從頂層設計到基層實施，完善或重建從課標到課程的響應和研發機制，為我國學生構筑全基礎教育階段一體化的科學課程學習服務體系。

2.加強專業化師資培育，推動構建跨學科科學課程發展團隊

NGSS是一個涵蓋K-12年級和4個科學學科領域的課程開發指導性文件，單憑個人力量恐怕無法勝任后期相關的課程建設。因此，NSTA特別建議由2～5名教師組成一個課程團隊來開發課程。眾所周知，教師在課堂教學的組織與實施過程中起著主導作用，專業化的科學師資隊伍是科學課程改革乃至教育變革的重要執行者，是科教改革終獲成功的關鍵因素。

那么，當下我國中小學專業化科學師資情況如何呢？以小學為例，2017年，我國發布了新的《義務教育小學科學課程標準》（以下簡稱《新標準》），提出將一、二年級納入科學課程實施年級，要求充分認識小學科學教育的重要性，全面做好課程標準的宣傳和培訓工作，納入校長、教師培訓計劃，幫助教師深入理解課程標準的基本理念和基本要求，提升教育水平[18]。但是，在《新標準》發布后，全國各地除了組織常規的《新標準》學習交流之外，鮮見出臺配套的增加和培育專業化科學課程教師的政策，以保障小學科學作為“基礎性課程”的地位，推動《新標準》落地。筆者進一步調研發現，當下諸多省份的小學科學課程開設還存在一些問題，比如：一、二年級的科學課程依然只停留在課程表上而未真正開課，科學課程教師仍然極度匱乏，有關專業化科學課程師資團隊培育與發展并未出現在學校發展規劃中，等等。

因此，對于我國來說，努力更新現代科學教師培育機制，大力支持高等師范院校培養科學教育專業師范生，加強跨學科專業化的科學課程師資培育，建立起一支融合多學科技能的專業化科學課程實施與發展隊伍刻不容緩。

參考文獻

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

[2]NGSS. Next Generation Science Standards， Volume 1： The Standards—Arranged by Disciplinary Core Ideas and by Topics[M]. Washington D.C.： The National Academies Press， 2013.

[3]NGSS. Next Generation Science Standards， Volume 2： Appendixes[M]. Washington D.C.： The National Academies Press， 2013.

[4]Lopez S E， Goodridge W H. The State of Engineering Integration in K-12 Science Standards： Five Years After NGSS（Fundamental）[C]. 2018 ASEE Annual Conference & Exposition， 2018.

[5]NSTA. Planning an NGSS Curriculum[EB/OL]. http：//ngss.nsta.org/planning-an-ngss-curriculum.aspx.

[6]Achieve Inc.. NGSS Adoption and Implementation Workbook[EB/OL]. https：//www.achieve. org/publications/ngss-adoption-and-implementation-workbook.

[7]NSTA. Designing Units and Lessons[EB/OL]. http：//ngss.nsta.org/ designing-units-and-lessons. Aspx.

[8]Mc Elhaney K W， Gane B D， Harris C J， et al. Using Learning Performances to Design Three-dimensional Assessments of Science proficiency[C]. The Annual Conference of the National Association for Research of Science Teaching， 2016.

[9]NSTA. Selecting Learning Materials[EB/OL]. http：//ngss.nsta.org/selecting-learning-materials.aspx.

[10]NSTA. Forums & User Community[EB/OL]. http：//learningcenter.nsta.org/discuss.

[11]NSTA. Conducting Assessments[EB/OL]. http：//ngss.nsta.org/conducting-assessments.aspx.

[12]Nonye A， Phyllis H P， Krystal M， et al. Designing and Developing NGSS-aligned Formative Assessement Tasks to Promote Equity[C]. NARST Annual International Conference， 2018.

[13]Kevin W M， Sania Z， Brian D G， et al. Designing NGSS-aligned Assessment Tasks and Rubrics to Support Classroom-based Formative Assessment[C]. NARST Annual International Conference，2018.

[14]核心素養研究課題組.中國學生發展核心素養[J].中國教育學刊，2016（10）：1-3.

[15][18]中華人民共和國教育部.義務教育小學科學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2017.

[16]中華人民共和國教育部.教育部關于印發《普通高中課程方案和語文等學科課程標準（2017年版）》的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/201801/t20180115_324647.html.

[17]熊國勇.美國《下一代科學標準》核心內容與特征分析[J].基礎教育，2016，13（2）：97-103.

（責任編輯 姚力寧 ? 校對 郭向和 ）

作者簡介：熊國勇，南昌師范學院生命科學學院副教授，江西基礎教育研究中心研究員，E-mail：151431647@qq.com（江西南昌，330032）

基金項目：江西省教育廳高校教學改革課題“面向師范生核心素養培育的科學教育專業課程群建設研究與實踐”（課題編號：JXJG-18-23-14）