中美义务教育科学课程标准“生命科学”领域学习主题及核心概念知识层级结构对比分析

杨青青

(北京教育学院， 北京 100044)

2022年4月，众望所归的《义务教育科学课程标准(2022年版)》(以下简称新课标)正式发布。从命名看，新课标与2017版《小学科学课程标准》(以下简称旧课标)最大的区别在于新课标实现了科学教育的九年一贯，注重在义务教育阶段持续性、递进性地培养学生的科学兴趣、科学思想方法、科学精神和科学态度。新课标的颁布是我国科学教育改革和发展进程中的重要举措，也是学生核心素养在科学课程中的正式落地，同时也顺应了世界科学教育发展趋势。新课标没有明显划定学科领域，而是用13个核心概念阐述义务教育阶段科学课程的核心内容。一方面体现了科学课程综合性的性质，另一方面鼓励教师大胆尝试跨学科教学实践。新课标重点关注13个核心概念的理解、学习和应用并同时实现科学核心素养的思维目标。理解核心概念的内涵，首先需要梳理和把握核心概念的知识层级结构，这一过程实现了核心素养中科学观念的教育目标，也使得核心素养真正落地。

在对比分析旧课标与NGSS的基础上，本文以“生命科学”领域为例，对比分析2022版科学新课标与NGSS的相关内容，旨在厘清该领域在义务教育阶段的主要知识内容和核心概念知识层级结构，同时通过核心概念或次级核心概念的学段分布聚焦教学重难点，相信对我国科学教育在围绕核心概念教学方面会有新的启发。

一、中美课程标准中“生命领域”的学习主题及对比分析

新课标指出义务教育阶段科学课程旨在培养学生的科学观念、科学思维能力、探究与实践能力、科学态度与社会责任等核心素养，为学生的终身发展奠基[1]。为方便描述，1～2年级称为学段一，3～4年级称为学段二，5～6年级称为学段三，7～9年级称为学段四。NGSS讨论了从幼儿园到12年级的科学课程教育目标(学生预期表现)，比新课标教育目标更细化，尤其是小学，每一个年级都有一个清晰的目标达成[2]。新课标与NGSS都不约而同地表明1～9年级学生需要理解一系列“生命科学”领域的核心概念，这些概念可以帮助学生理解生命科学以及帮助学生分析、解决生活中遇到的与生物学相关的实际问题。

新课标“生命领域”有四个核心概念，分别是：生命系统的构成层次、生物体的稳态与调节、生物与环境的相互作用和生命的延续与进化。笔者认为称其为学习主题更合适，NGSS类似。NGSS同样包含四个学习主题——从分子到生物体：结构与过程；生态系统：相互作用、能量和动态；遗传：性状的继承与变异；生物演化：统一性与多样性[3]。图1展示了新课标与NGSS学习主题惊人相似，比如新课标的“生命系统的构成层次”与NGSS的“从分子到生物体：结构与过程”对应；新课标的“生物的稳态与调节”与NGSS的“生态系统：相互作用、能量和动态”对应；新课标的“生物与环境的相互作用”与NGSS的“生物演化：统一性与多样性”对应；新课标的“生命的延续与进化”与NGSS的“遗传：性状的继承与变异”对应。

图1 新课标与NGSS“生命科学”领域学习主题的对比

二、中美科学课程标准中“生命科学”领域核心概念的对比分析

为更加准确地了解每个主题的关键内容以及各主题下的核心概念的知识结构，下面对新课标与NGSS相关核心概念及子核心概念分别对比，帮助一线教师聚焦教学重难点、设置学习内容的梯度时提供理论依据。

(一)新课标“生命领域”学习主题下的核心概念

新课标“生命领域”共有20个核心概念，其中学习主题1“生命系统的构成层次”包含6个核心概念，强调生命系统是一种开放的、复杂而多样的系统，具有鲜明的层次结构。学习主题2“生物体的稳态与调节”包含3个核心概念，强调生物体是不断进行物质循环、能量流动和信息交流与反馈的系统，这种反馈存在系统内部同时存在内外部互动中。系统可以通过自我调节机制维持稳态。学习主题3“生物与环境的相互关系”包含5个核心概念，强调生物与生物之间、生物与环境之间存在各种紧密的联系。人类的活动能对环境产生重大的影响，我们需要用科学辩证的视角去看待环境保护和生态安全。学习主题4“生命的延续与进化”包含6个核心概念，强调在生殖、发育和遗传过程中生物的遗传信息代代相传，遗传信息可能会发生改变。生命周期和生物进化是生命科学领域重要而复杂的概念，通过6个核心概念的串联式、递进式的解读，让学生能够在义务教育阶段对生命的延续与进化有一个基础认识，也为进入高中乃至高等学府的学习打下基础。

(二)中美“生命领域”小学阶段核心概念呈现及对比

笔者将新课标与NGSS核心概念从小学与初中两部分进行对比[4]。通过整理NGSS每一个学习主题包括的子学习主题和核心概念以及核心概念的年级分布，简要分析新课标与NGSS的学段分布的异同。NGSS小学阶段的核心概念呈现以第一个学习主题“从分子到生物体：结构与过程”为例，包含四个子学习主题，每个子学习主题又包括多个核心概念(如表1所示)。另外三个子学习主题也有类似的核心概念组成。

表1 NGSS学习主题“从分子到生物体：结构与过程”核心概念呈现及年级分布

新课标学习主题“生命系统的构成层次”与NGSS学习主题“从分子到生物体：结构与过程”虽然学习主题命名相似，但包含的核心概念对应不明显，比如前者“生物具有区别于非生物的特征”在后者没有相应内容，又如“多细胞生物体具有一定的结构层次”在后者同样没找到相应内容。观察表1和表2发现，NGSS的核心概念内容体系更细化，同时把很多相关内容纳入其中，随后笔者又将学习主题“生物体的稳态与调节”核心概念整理如表3，将表1、表2和表3进行分析，发现新课标核心概念“植物能制造养分来维持自身的生存”和“人和动物通过获取植物或其他动物的养分来维持生存”与NGSS核心概念“所有动物的生存和生长都需要食物，它们从植物或其他动物中获取食物”具有对应关系。这几个核心概念都从本质上说明了动植物的生存所需要的基本条件以及动植物获取食物的方式不同，学生只有理解和掌握该核心概念的相关内容才能在日常学习中更好理解动植物的生存条件、生活方式和栖息地相关内容。

表2 “生命系统的构成层次”核心概念年级分布

表3 “生物体的稳态与调节”核心概念年级分布

从表1、表2和表3可以看出，核心概念呈现明显的年级分布，比如新课标中核心概念“生物具有区别于非生物的特征”在1～4年级都有涉及，核心概念“植物能制造养分来维持自身的生存”在1～6年级都有涉及；NGSS中核心概念“所有生物都有外部部件”“不同的动物采取不同的方式帮助它们生存和成长”只在1年级有涉及，而核心概念“植物和动物都有内部和外部结构，为其生长、生存、行为和繁殖承担各种功能”只在4年级涉及。新课标的概念学习是连续的，而NGSS的概念学习是跳跃式或断档式的。在小学阶段，学生对于“生物与非生物的区别”这部分内容不是1年级就能完全理解的，到2年级、3年级还需要通过讲授和描述的方式帮助学生进一步厘清什么是生物和非生物，其他核心概念也有类似情况，这也说明了核心概念的一个重要特质——随着学段递进，核心概念的内涵也在不断更新和深入，从这一点看，新课标比NGSS考虑得更周到，或者说更适合中国学生学习生命科学领域的相关概念。其他学习主题核心概念的对比在此不一一赘述。

(三)中美“生命领域”初中阶段核心概念的呈现及对比

表4展示了新课标“生命科学”领域的四个学习主题在学段四中的核心概念分布，四个主题包含的核心概念在7～9年级均有体现，与小学三学段核心概念的学习做好了充分的衔接，这样可以让学生从1年级到9年级可以连贯而深入地认识、理解、掌握一系列的核心概念，随着认知水平的提高，学生积累的概念理解能力和应用能力也在不断提高，这样也利于学生在新的问题情境中调动已有的知识结构，综合性地解决问题。

表4 新课标“生命科学”领域7～9年级核心概念呈现

通过7～9年级生命科学领域的核心概念及相关内容的学习，学生可以了解生命体具有一定的结构和功能层次，认识和辨别自然界存在的多种多样的动植物和微生物，意识并理解人从属于环境，人的一切离不开环境，维持生态平衡对人类至关重要；学生能够更加关注自身、家人和社会的健康，养成良好的生活习惯和行为习惯；知道生物的生殖、发育和遗传是生命的基本特征，尊重生命多样性和保护生命多样性，最终保护的是人类。

NGSS在初中阶段的四个学习主题与小学阶段一样，表5呈现了学习主题“从分子到生物体：结构与过程”的分解主题和核心概念的内容。在子学习主题“结构与功能”中共有3个核心概念；第二个子学习主题共有3个核心概念，概述了动植物繁殖的多样性；第三个子学习主题有2个核心概念，概述了光合作用的本质及物质能量在生物体中的传递；第四个子学习主题有1个核心概念，概述了记忆产生的信号传导过程。

通过比较表4与表5发现，新课标“生命系统的构成层次”更多是从结构层次提炼了核心概念；而NGSS“从分子到生物体：结构与过程”一方面介绍了生物体的结构层次，一方面介绍了生命体的生化过程，而且对于结构层次的描述比新课标维度更细，涉及了分子的内容。但从生命体的结构层次递进的角度看，新课标描述得更为全面、更为细致。

NGSS“生命科学”领域第二个学习主题是“生态系统：相互作用、能量和动态”，分解为3个子学习主题，4个核心概念共同阐明了生物与环境的相互作用、生物体生长和种群增长会受到资源限制以及不同生态系统中生物之间作用关系具有共同模式。第二个子学习主题含有2个核心概念，阐明物质和能量在生态系统中的各个水平之间的传递。第三个子学习主题包含2个核心概念，概述了生态系统具有动态变化的本质特征以及生物多样性的完善程度对于生态系统稳定性的重要价值。新课标学习主题“生物与环境的相互关系”更多强调生物对环境的适应以及人对环境的影响，而NGSS更多地强调生态系统的本质特点和物质能量流动，两者的侧重点不同，但都关注生态系统的平衡。NGSS的另外两个学习主题不再赘述。

表5 NGSS“从分子到生物体：结构与过程”核心概念呈现

三、小结与展望

新课标中命名的核心概念比如“生命系统的构成层次”，通过分析其包含的核心概念及知识层级结构看，笔者认为称为“学习主题”更适切，NGSS亦是如此。通过对比分析两者“生命科学”领域的学习主题发现，义务教育阶段该领域主要内容聚焦在四个方面：生命系统、生物多样性、生物与环境和生物的繁殖和进化。为更好理解学习主题的对应关系，随后对比分析了每个学习主题的核心概念及子核心概念，发现新课标与NGSS无论是学习主题的设定还是核心概念的选择上都高度相似，两者重叠的核心概念及知识层级结构在很大程度上揭示了“生命科学领域”在义务教育阶段的关键内容。

梳理新课标学习内容的年级分布发现，有些概念仅存在一些学段，有些概念存在于1～9年级，这可能与学生的知识水平、认知结构、学习规律和心理发展水平有关。新课标在核心概念的呈现上最优于旧课标的地方体现在概念学习的进阶性：同一个科学概念或学习内容在不同年级呈现，不同年级呈现的内容具有明显的递进性和螺旋上升性，这对于学生理解某一个科学概念并进行深入学习是非常重要的也是非常有效的途径。

如何帮助一线教师在科学教育教学中逐步地提质增效，笔者认为研究课标中的核心概念及概念层级知识结构是第一要务。当然，核心概念及层级知识结构可研究的内容很多，文中的梳理只是一个引子。科学教育同仁还可以从某一个次级核心概念的内容、年级分布、年级进阶或者围绕一个内容关键词，比如“植物”包含的核心概念体系等视角进行对比。通过更多维度和多元化视角对“生命科学”领域的层级知识结构进行梳理，相信科学教师会对核心概念及知识层级结构有更广、更深的理解和认识，也能对一线教学的教育目标的设定、教学重难点的选择、教学活动的设计、作业设计、小初学习一体化等问题寻找到新的答案。▲