NGSS视角下美国科学教育项目学习的特征分析及其启示

赵亮

摘   要：科学教育项目学习（PBS）是一种基于探究和实践的整合性教学方式，是项目学习（PBL）在科学教育教学实践中的应用。以《下一代科学教育标准》（NGSS）的发布为标志，近年来美国科学教育加强了新理念与科学教育项目学习的关联。基于NGSS视角，分析美国科学教育项目学习的特征，将为科学教育教学及评价的改革提供参考。

关键词：NGSS;美国;科学教育;项目学习;特征

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）1-0010-3

教学方式是教学活动的动态存在形式，可对学生核心素养的形成与发展产生直接影响。国家课程标准是实施学科课程教学改革的纲领性文件，可从政策和理念导向上对“培养什么样的人”和“如何培养人”这两个问题进行明确回答。当前，发展学生科学学科核心素养已成为我国科学教育新的价值追求，其教学方式也早已超越传统的讲授式教学法。为积极响应新时代基于核心素养的科学课程教学实践对实现学生全面发展教育目标的号召，寻找具有整合性和更加有效的教学方式就显得非常重要且迫切。

因此，本文将从近年来美国科学教育的发展理念入手，在简要介绍科学教育项目学习内涵的基础上，对NGSS视角下美国科学教育项目学习的特征进行着重阐述和分析，以期为我国基础教育科学学科教学及评价的改革提供参考。

1    近年来美国科学教育的发展理念

为应对社会经济和科学技术快速发展所带来的机遇与挑战，美国科学教育界近年来一直把推动STEM教育作为一项重大的国家战略来实施，强调学生“做科学”而不是仅仅去记忆科学知识。此外，于2013年发布的美国《下一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards，简称NGSS）现已促成在科学教育教学实践层面对学生科学学科核心素养的培养。在NGSS教育改革理念的引领下，当前美国科学教育十分关注学科和跨学科领域中的“大概念”;教学范式也从“科学探究”转向“科学与工程实践”;从对科学知识的追求转向强调在实际科学、技术与工程条件下的真实实践，通过多学科领域的知识与技能来解决社会生活中所遇到的问题，并在这个过程中渗透科学本质观方面的教育[1]。

2    科学教育项目学习的内涵

项目学习（Project-Based Learning，简称PBL）又称项目式学习、项目化学习，这种教学方式起源于上世纪初的美国，其教育思想来源于杜威的教育哲学。上世纪九十年代末PBL被引入国内，相关的理论与实践研究便迅速铺展开来。中国知网顯示，PBL仍是近几年我国基础教育教学方式改革研究领域的热点话题之一。

美国巴克教育研究所（Buck Institute for Education，简称BIE）是一所在国际上研究和推广PBL最顶尖的机构之一，它认为PBL是以课程标准为核心，是一套系统的教学方式，是对复杂、真实问题的探究过程，也是精心设计项目作品、规划和实施项目任务的过程，在这个过程中，学生能够掌握所需要的知识和技能[2]。科学教育项目学习（Project-Based Science，简称PBS）也是一种基于探究与实践的教学方式，是PBL在科学教育领域的应用。美国威廉帕特森大学中学教育系教授Kabba Colley综合前人研究成果认为，PBS是一种以学生为中心的科学教育教学方式，通过提出并解决与学生生活有关的科学研究问题，从而达到预定的教学目标;他认为PBS包括如下基本元素：与学生生活相关且具有一定复杂性的项目驱动问题、项目作品制作、以学生为中心的项目活动、合作与问责机制、数字或技术工具的使用、跨学科或交叉学科领域的探究、较大时间跨度的项目设计以及有效且可靠的基于表现的评价[3]。

3    美国科学教育项目学习的特征

PBS教学方式致力于学生在科学领域的深度学习。NGSS教育理念则认为K-12科学教育应如在真实世界中的体验与实践那样，体现各学科之间相互联系的本质以及跨年级科学概念建构的连贯一致性[4]。NGSS视角下美国科学教育项目学习具有如下特征：

3.1    基于课程标准的教学方式整体框架设计

PBS教学方式的理念是要激发学生学习科学的兴趣、动机，促进他们对科学内容的深度理解;无论是从项目活动类型、教学过程设计要素的角度分析，还是从实施教学活动的指导原则以及教学评价的角度分析，近年来美国对PBS教学方式的实践与发展体现了在科学教育内容中强调大概念的深度理解与应用、在科学与工程实践中形成科学思维与技能，并引发跨学科跨情景能力迁移的重要性。显然，这些特征与NGSS科学教育改革的理念是相契合的。例如，Kabba Colley把PBS项目活动的类型归纳为问题解决项目、过程技能项目、设计和工程项目以及内容或主题项目四类[3]。对项目活动类型进行如此划分，一方面可直接阐明并指向学生的学习成果，同时也与NGSS所倡导的科学教育领域三大维度（美国K-12学段科学教育领域三大维度：科学与工程实践、跨学科概念和学科核心概念，具体学科包括物理科学、生命科学、地球与空间科学以及工程、技术与科学应用）划分方式具有高度的相似性，体现了PBS教学方式与课程标准的一致性。

3.2    基于学生表现的教学评价

作为科学教育的目标和结果，学生不仅应掌握科学知识和技能，更需通过多样化的形式展示自己如何运用所学知识解决实际问题。项目活动的开放性过程以及作为结果的个人或小组行为表现，包括最终的项目作品都能够提供多视角以展示对预定教学目标的达成情况。所以，项目活动不仅是学生开展深度学习的平台，也可用来对学生进行基于表现的评价（Performance-Based Assessments， 简称PBA）。例如，学生可从活动过程中来自同学和教师的形成性评价中获得反馈，进而对他们的学习活动进行反思与改进[5]。PBA要求通过系统的外在行为来展示学生的所知所会，而不是仅仅通过传统的标准化测试去评价他们的学习成果。NGSS的一大创新在于用表现期望（Performance Expectations， 简称PEs）代替了课程内容标准，对课程内容、教学要求与教学评价标准进行整合，同时也将科学教育领域三大维度整合在了各个精心设计的学习主题之下。表现期望用来阐明学生在完成一定阶段学习后所应该知道的和能够做到的内容和事情，具体表现为学生所能够展现的外显行为，为教学评价的指标与标准制定提供参考。PBS教学方式所提倡的基于表现的评价与NGSS教学评价理念和要求高度契合。

3.3    对学生科学学科核心素养的全面培养

有别于传统的讲授式等教学方式，PBS的本质是一种基于实践的探究性教学方式，其核心理念是“以学生的学习活动为中心”，教师在教学内容的设置、教学过程的设计以及对教学原则和教学评价类型的选择等方面都要进行重新思考与构建。由于项目驱动问题以及实践活动的复杂性和真实性，项目活动所涉及的学科知识与技能一定是多领域和相互渗透的，对学生发展核心素养及其水平的要求也是全面和系统的，所以PBS在核心素养教育时代的科学教育中应当被视为一种有效和独特的整合性教学方式去实践。NGSS教育理念的一大特色是重视教学内容的整合，通过“故事线（Storyline）”和“表现期望”等教学工具将K-12教育各年级各学科领域的科学教育内容进行有效联结和总体概括，通过开展科学与工程实践与解决实际问题促进学生对学科核心概念、跨学科概念全面、深入和透彻的理解。无论从PBS本身的教学理念还是从它和NGSS教育理念高度契合的角度看，PBS教学方式都可以更好地整合学生的学习活动、内容和成果，实现对科学学科核心素养的全面培养。

4    结语与启示

教育是育人的事业，培养什么样的人需要通过“如何培养人”的教学方式来实现。巴克教育研究所2018年的一份学术研究报告指出：PBL教学方式能够促进学生的学习，在自然科学、数学、学生读写能力等方面可能比传统讲授式教学方式更有效[6]。上述对NGSS视角下美国科学教育项目学习特征的探讨，可为我国基础教育科学学科教学及评价的改革提供如下启示。

研制基于国家课程标准的整体教学方案。国家课程标准是开展教育教学实践活动的重要参考和根本依据。当前我国基础教育领域已进入核心素养教育新时代，因此要以发展学生科学学科核心素养为出发点和落脚点，重视对学生学习活动各方面的引导、监测、评价和反馈等教学工作，重视学生在科学思维方式、科学探究技能和科学态度与责任等方面的形成、转变与提高。要以课程标准对科学教育教学方式的建议为根本依据，在教学实践中选择和整合其他教学方式的优点，形成更有效的教学方式，以便能够通过更加多元和整合性的教学和学习途径将课程内容更高效地转化为学生的核心素养。

改革科学教育的教學评价方式。教学评价方式一定要与教学内容、教学目标相匹配，落实到科学教育领域就要实施以学生的发展为本、基于科学学科核心素养培养与发展的多元化评价。教学活动是复杂的，因此教学评价方式就不能趋于单一化。评价应结合具体内容并围绕课程标准对学生核心素养培养目标的具体描述，比如2017年版课标在“课程内容”一章中的具体要求，要通过创设学生感兴趣、真实而富有教育价值的问题情境，在过程、方式、方法、主体等环节构建形式与内涵多样的评价方式，通过评价与反馈了解学生核心素养的发展状况、找出阻碍学生进一步发展的问题、制定解决方案，从而促进学生核心素养的全面发展。

调整教学方式，有针对性地落实科学学科核心素养的培养目标。为了更高效、更全面地发展学生科学学科核心素养，教学方式要与教学目标或内容相匹配。每一种典型的教学方式都有其对应的典型使用场景，例如讲授式教学方式更适用于对基本概念、基本原理和基本规律等内容知识的教学，其优点在于描绘情景、叙述事实。对于科学与工程实践或科学探究技能等程序性知识的教学，仅仅依靠讲授式教学方式不能有效地达成预期教学目标。由于PBS教学方式具有整合性，其本质与主线是探究性教学方式，但其教学过程的具体实施则比较灵活和富有多样性，所以可针对不同类型的教学内容运用其他更为“基本”的教学方式，例如在设计项目调查任务之前，可使用讲授式教学方式对调查研究这种科学研究方法的内涵与实施要点进行系统讲解，从而能够及时、有效和更有针对性地发展学生的核心素养。

参考文献：

[1]宋怡，葛彦君，马宏佳.美国科学教育研究热点与发展趋势——2016 NSTA年会述评[J].化学教育（中英文），2017，38（19）：73-76.

[2][美]巴克教育研究所.任伟，译，左晓梅，校.项目学习教师指南——21世纪的中学教学法[M].北京：科学教育出版社，2008：4，19-20.

[3]Colley， Kabba. Project-Based Science Instruction： A PRIMER[J]. The Science Teacher， 2008，75（8）：23-28.

[4]NGSS Lead States. Next Generation Science Standards： For States，By States（2013）[M]. Washington，D.C.：THE NATIONAL ACADEMIES PRESS， 2013： 335-338.

[5]Holthuis， Nicole et al. The New NGSS Classroom： A Curriculum Framework for Project-Based Science Learning[J]. American Educator， 2018， 42（2）：23-27.

[6]Kingston， Sally. Project Based Learning & Student Achievement：What Does the Research Tell Us[R]. Novato： Buck Institute for Education， 2018：1-11.

（编辑    赵保钢）