美国《下一代科学标准》背景下的科学课程构建及启示

[摘   要]自美国发布《下一代科学标准》后，如何基于其理念构建科学课程成为美国科学教育研究者与实践者们的重要课题。文章梳理了《下一代科学标准》理念下美国科学课程构建的基本程序，并从科学课程标准及材料革新、专业化科学师资培育等方面提出对我国科学教育改革的启示。

[关键词]《下一代科学标准》;科学课程;科学教育

2011年，美国发布了《K-12年级科学教育的框架：实践、跨学科概念和核心概念》（A Framework for K-12 Science Education： Practices， crosscutting Concepts and Core Ideas[1]，以下简称《框架》）。2013年4月，美国基于《框架》发布了《下一代科学标准》（Next Generation Science Standards，以下简称NGSS）的定稿，其中两份核心文件的纸质文本由美国国家学术出版社出版，向全球发布[2-3]。

自《框架》发布以来，截至2018年，美国已经有39个州和地区宣布响应更新科学教育标准并逐步深入应用推进[4]。在此过程中，美国的科学教师和各响应州的教育部门需要解决的核心问题是：如何契合NGSS提倡的科学课程理念，开展教学内容、教学课例与单元以及教学模式的再设计与实施。美国科学教师协会（National Science Teaching Association，以下简称NSTA）对于契合NGSS的科学课程构建也有明确的指导意见。本文就此做一个初步的梳理，尝试理清NGSS改革背景下科学课程构建的路径，以期对我国科教改革中科学课程研发及科学教师培育方面有所启示。

一、NGSS倡导的科学课程改革理念

NGSS以“大科学”理念为宏观指导，关注学生学习科学的能力，聚焦于科学概念，重视概念的理解发展过程，将“科学与工程实践”（Science and Engineering Practices）、“学科核心概念”（Disciplinary Core Ideas）与“跨学科概念”（Crosscutting Concepts）三个维度整合在一起，形成了不同学段、不同学科领域的“表现期望”（Performance Expectation），即学业目标。这样的学业目标设计，从科学教育的对象、内容、过程和方式角度入手，系统地帮助所有学生建立起基于实践经历的科学学科知识与实践能力体系，进一步促进全民教育公平。

二、基于NGSS的科学课程构建

1.NGSS课程开发规划

（1）组建课程开发团队

NGSS是一个涵盖全基础教育K-12年级（K代表Kindergarten，K-12年级即从幼儿园到12年级，共13个年级）和4个科学学科（生命科学、物质科学、地球与空间科学和工程、技术与科学应用）领域的复杂性的系统文件。为了给学区或学校提供专业化支持，需要经验丰富的专业团队合作开发基于NGSS要求的课程资源和教学材料。NSTA认为应按照不同年龄和学科重点开发课程，团队成员可以来自不同科学学科，以符合初高中学生的年龄特征和学科素养水平，努力构建体现多方协作的课程[5]。根据NGSS在各年级各学科领域的特征，建议K-2年级和3-5年级都由2～5人组成开发团队，6-8年级和9-12年级各学科领域的课程开发参与人员也以2～5人为宜。

（2）熟悉《框架》并确认NGSS组织形式

《框架》对所有学生在高中毕业前应该达成的科学和工程实践、跨学科概念和学科核心概念这三个维度的学业目标作了总体规定，为NGSS的制定提供了有效的基于现实研究证据的深入指导。深入了解《框架》非常有助于将这些目标要求纳人所要实施的科学课程中。NGSS文本有按照主题和学科核心概念两种组织形式。这两种组织形式的NGSS都详尽地设计了K-12年级各学科领域的学业目标，但在具体的课程设计要求方面存在差异，由此也会影响课程开发方向和实施途径。因此，对于响应NGSS的各州或学校而言，在开始进行课程构建之前，确定采用哪种组织形式的NGSS很有必要。

（3）寻找与NGSS要求的差距

在确定NGSS的组织形式后，课程团队需要逐句深入分析NGSS的文本内容，撰写分析报告，并基于所在地区或学校的现实情况思考满足NGSS要求的问题。如教师们还需要怎样的专业发展培训，才能顺利接纳NGSS并将其纳入课程计划？目前，K-12课程的结构还需要进行哪些改变？是否需要购买或修订教材？需要花费多少时间和资金？计划下一步做什么？何时以及如何解决这些问题，将影响课程团队所在地区或学校实施NGSS的速度和深度。

（4）制定工作实施计划

基于NGSS的课程开发需要美国各州自行推进。NGSS的主导者之一Achieve公司开发了设计详尽的推进工作簿，作为各州或地区推进NGSS应用的分步指南[6]。课程开发团队在了解所在州和学校官方推进NGSS原则及步骤的基础上，合作商议确定符合学校实际的具体实施内容。而在具体的实施计划中，需要确定各措施的实施进度，以及可检测的目标和准确时间节点。

2.NGSS课程的教学单元设计

组织设计某个主题或目标的教学单元是课程开发的难点。为实现NGSS描述的学生学习的“表现期望”，可以选择开展实验室实验、阅读、讨论、讲座等各种活动，并将这些活动有条理地串联起来，从而完成课程案例和教学单元的设计与组织[7]。NGSS背景下的科学课程设计没有标准模式，各响应州的教师可以自行设计。一般可遵循如下设计流程。

（1）选择“表现期望”

“表现期望”是体现学业要求的高度凝练，主要描述教学完成后学生的行为达成。在設计科学课程之初，建议为课程教学单元选择一个或者两个特定的“表现期望”，据此设计课程活动，为学生提供匹配的学习体验。此外，要对选定好的“表现期望”进行深入分析，探讨在教学前如何将学生已经具备的知识和技能与“表现期望”联系起来，进一步开发评价工具来测量学生对科学概念和科学实践技能的掌握情况。

（2）选定三个维度

一是“学科核心概念”维度。为了选定具体的学科核心概念，课程团队需要集体讨论选择引入与科学家研究的对象或事件有关的现象，并且这些现象最好是学生感兴趣的，与学生学习探究的核心概念有关，从而在解释这些现象时，可以加深学生对目标核心概念的理解。

二是“科学与工程实践”维度。在确定了与学科核心概念相关的现象后，需要考虑学生将如何调查、探究这些现象。具体需要思考以下问题：当学生发现一些有趣的现象时，他们会在课中对这些现象做出什么样的反馈？学生会提出科学问题并进行调查吗？会主动制订调查计划并付诸行动吗？会分析数据，作出解释或提出一个解释模型吗？会参与讨论或信息交流吗？学生为了解答上述问题所进行的“实践”活动就是课程的关键所在。这些“实践”可能与“表现期望”中的“实践”相同，也可能不同。

三是“跨学科概念”维度。NGSS共设计了七个跨学科概念，即：模型，原因和结果，尺度、比例和数量，系统和系统模型，能量和物质，结构和功能，系统稳定性和改变。对于学生在课程中将要探究的现象而言，选择哪一个跨学科概念最好？其实，在设计课程内容时，选择最相关的跨学科概念即可。

（3）建构“学习表现”

为了清晰地描述体现上述三个维度内容的具体课程目标，有必要引入“学习表现”这个概念。“学习表现”是指学生在学习和运用知识过程中明晰的、有标志性特征的描述，能够促进学生隐性认知外显化，是确保学生逐渐达成“表现期望”所需要的关键点[8]。“学习表现”在文本表述上与“表现期望”类似，是对“表现期望”的细致解析，能够很好地反映三个维度的信息。

3.选择教学资源

教师一般利用教科书、课程和活动这三类资源来组织实施课堂教学。在NGSS指导下，结合各种主题设计，选择和构建适应三个维度目标的新教学材料和课程资源，是将NGSS有效纳入课程的关键[9]。科学教师和学校也可以自行开发、评估和调整各类校本教学资源。

NSTA认为应通过团队协作完成教学资源的选择，并注意记录团队成员的想法和讨论过程。利用相关主题的教学论坛，所有的科学教育工作者都可以在学校实施新标准的同时分享材料、教学建议和实施进度[10]。

4.课程系统评价

（1）课程评价体系开发

传统的科学课程评估主要是考查学生对科学事实和科学概念的记忆。NGSS的“表现期望”既是学业目标，也是探索发展新评价体系的依据[11]。但它并非课程中的教学目标，不适合直接用来构建评价工具。如前所述，NGSS开发者们引入了“学习表现”概念，以深入解析“表现期望”。因此，可以基于“学习表现”和考试公平性分析确定评价与监测工具的特征，并进一步开发出包含试题、评分标准和所需环境与技术支持的评价和监测工具[12-13]，构建起一条完整的NGSS学业目标预期达成的保障和评价路径（见图1），从而更好地开展课堂评价和监测评价。

（2）课堂评价

在实际的科学课程教学实践中，教师除了采用传统的课程标准化测试之外，还通过一些课堂评价来检测学生是否成功地进行科学课程的学习。课堂评价主要基于评价项目任务的完成情况考查学生是否具有完成任务的能力。这些能力包括能开发模型，能获取、分析和讨论数据，能形成口头和书面的科学解释，能基于证据论证且深入反思自己的观点，等等。基于“表现期望”的各类评价工具可以更好地体现真实的NGSS三维学习目标的要求。

（3）监测评价

监测评价对于教学班级来说是一种外部评价，主要用于监测学生一段时间内的学习情况，比较不同学校之间的学业成就，或者检验特定政策或课程计划的实施成效。在具体实施监测评价的时候，由于基于相同的NGSS学业目标，外部的监测评价任务常应与课堂评价的相同。此外，因实施监测评价的样本学生较多，在实施中也会尽量标准化以实现预期监测目标，同时降低操作成本。因此，美国教育管理者在做监测任务时往往需要深入实际课堂，在教学进程中收集信息，开展课堂嵌入式监测评价。

三、对当下我国中小学科学教育发展的启思

当下，我国中小学科学教育也正处于变革中。2016年，教育部正式发布了《中国学生发展核心素养》总体框架[14]，从文化基础、自主发展、社会参与3个维度定义“学生应具备的，能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”;次年，发布了新的《义务教育小学科学课程标准》[15]，对小学阶段科学教育的目标提出了更高的要求。基于核心素养培育的教育改革率先在高中启动，包括生物、物理和化学等科学课程在内的高中阶段各学科课程标准也于2018年全新发布[16]。比照我国科学教育改革的现实情况，或许可以从NGSS背景下美国科学课程构建理论和实施的现实得到一些思考和启示。

1.建立基础教育阶段一体化的科教标准及课程的研发机制

NGSS的出台推动了美国基础教育阶段科学教育领域的根本变革。NGSS首次以全美国实施为愿景，基于“大科学”背景和“学习进阶”理念，对整个基础教育阶段（K-12年级）的科学课程学业目标进行了系统性的全盘设计[17]。我国小学科学及高中理科课程标准的更新在一定程度上借鉴了NGSS，但由于小学与初高中各科学课程标准制定者不是同一团队，导致各科学课程标准理念与内容未实现全面贯通。此外，我国目前也未有专门的幼儿园阶段科学教育课程标准。因此，各学段的科学课程（教材）的系统研发受到限制，整体上还存在着学段间相互割裂的问题，不利于学生系统掌握科学概念和培育科學素养。当下，基于我国学生发展核心素养目标培育的基础教育课程改革亟需进一步理清思路，从顶层设计到基层实施，完善或重建从课标到课程的响应和研发机制，为我国学生构筑全基础教育阶段一体化的科学课程学习服务体系。

2.加强专业化师资培育，推动构建跨学科科学课程发展团队

NGSS是一个涵盖K-12年级和4个科学学科领域的课程开发指导性文件，单凭个人力量恐怕无法胜任后期相关的课程建设。因此，NSTA特别建议由2～5名教师组成一个课程团队来开发课程。众所周知，教师在课堂教学的组织与实施过程中起着主导作用，专业化的科学师资队伍是科学课程改革乃至教育变革的重要执行者，是科教改革终获成功的关键因素。

那么，当下我国中小学专业化科学师资情况如何呢？以小学为例，2017年，我国发布了新的《义务教育小学科学课程标准》（以下简称《新标准》），提出将一、二年级纳入科学课程实施年级，要求充分认识小学科学教育的重要性，全面做好课程标准的宣传和培训工作，纳入校长、教师培训计划，帮助教师深入理解课程标准的基本理念和基本要求，提升教育水平[18]。但是，在《新标准》发布后，全国各地除了组织常规的《新标准》学习交流之外，鲜见出台配套的增加和培育专业化科学课程教师的政策，以保障小学科学作为“基础性课程”的地位，推动《新标准》落地。笔者进一步调研发现，当下诸多省份的小学科学课程开设还存在一些问题，比如：一、二年级的科学课程依然只停留在课程表上而未真正开课，科学课程教师仍然极度匮乏，有关专业化科学课程师资团队培育与发展并未出现在学校发展规划中，等等。

因此，对于我国来说，努力更新现代科学教师培育机制，大力支持高等师范院校培养科学教育专业师范生，加强跨学科专业化的科学课程师资培育，建立起一支融合多学科技能的专业化科学课程实施与发展队伍刻不容缓。

参考文献

[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]核心素養研究课题组.中国学生发展核心素养[J].中国教育学刊，2016（10）：1-3.

[15][18]中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2017.

[16]中华人民共和国教育部.教育部关于印发《普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017年版）》的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/201801/t20180115_324647.html.

[17]熊国勇.美国《下一代科学标准》核心内容与特征分析[J].基础教育，2016，13（2）：97-103.

（责任编辑 姚力宁   校对 郭向和 ）

作者简介：熊国勇，南昌师范学院生命科学学院副教授，江西基础教育研究中心研究员，E-mail：151431647@qq.com（江西南昌，330032）

基金项目：江西省教育厅高校教学改革课题“面向师范生核心素养培育的科学教育专业课程群建设研究与实践”（课题编号：JXJG-18-23-14）