美國《下一代科學標準》背景下的科學課程構(gòu)建及啟示獲獎科研報告

美國《下一代科學標準》背景下的科學課程構(gòu)建及啟示獲獎科研報告《下一代科學標準》;科學課程;科學教育

2011年，美國發(fā)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》（AFrameworkforK-12ScienceEducation：Practices，crosscuttingConceptsandCoreIdeas[1]，以下簡稱《框架》）。2013年4月，美國基于《框架》發(fā)布了《下一代科學標準》（NextGenerationScienceStandards，以下簡稱NGSS）的定稿，其中兩份核心文件的紙質(zhì)文本由美國國家學術(shù)出版社出版，向全球發(fā)布[2-3]。

自《框架》發(fā)布以來，截至2018年，美國已經(jīng)有39個州和地區(qū)宣布響應(yīng)更新科學教育標準并逐步深入應(yīng)用推進[4]。在此過程中，美國的科學教師和各響應(yīng)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(nèi)容、教學課例與單元以及教學模式的再設(shè)計與實施。美國科學教師協(xié)會（NationalScienceTeachingAssociation，以下簡稱NSTA）對于契合NGSS的科學課程構(gòu)建也有明確的指導(dǎo)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(gòu)建的路徑，以期對我國科教改革中科學課程研發(fā)及科學教師培育方面有所啟示。

一、NGSS倡導(dǎo)的科學課程改革理念

NGSS以“大科學”理念為宏觀指導(dǎo)，關(guān)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(fā)展過程，將“科學與工程實踐”（ScienceandEngineeringPractices）、“學科核心概念”（DisciplinaryCoreIdeas）與“跨學科概念”（CrosscuttingConcepts）三個維度整合在一起，形成了不同學段、不同學科領(lǐng)域的“表現(xiàn)期望”（PerformanceExpectation），即學業(yè)目標。這樣的學業(yè)目標設(shè)計，從科學教育的對象、內(nèi)容、過程和方式角度入手，系統(tǒng)地幫助所有學生建立起基于實踐經(jīng)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(gòu)建

1.NGSS課程開發(fā)規(guī)劃

（1）組建課程開發(fā)團隊

NGSS是一個涵蓋全基礎(chǔ)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(zhì)科學、地球與空間科學和工程、技術(shù)與科學應(yīng)用）領(lǐng)域的復(fù)雜性的系統(tǒng)文件。為了給學區(qū)或?qū)W校提供專業(yè)化支持，需要經(jīng)驗豐富的專業(yè)團隊合作開發(fā)基于NGSS要求的課程資源和教學材料。NSTA認為應(yīng)按照不同年齡和學科重點開發(fā)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(yǎng)水平，努力構(gòu)建體現(xiàn)多方協(xié)作的課程[5]。根據(jù)NGSS在各年級各學科領(lǐng)域的特征，建議K-2年級和3-5年級都由2～5人組成開發(fā)團隊，6-8年級和9-12年級各學科領(lǐng)域的課程開發(fā)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(yè)前應(yīng)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(yè)目標作了總體規(guī)定，為NGSS的制定提供了有效的基于現(xiàn)實研究證據(jù)的深入指導(dǎo)。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(shè)計了K-12年級各學科領(lǐng)域的學業(yè)目標，但在具體的課程設(shè)計要求方面存在差異，由此也會影響課程開發(fā)方向和實施途徑。因此，對于響應(yīng)NGSS的各州或?qū)W校而言，在開始進行課程構(gòu)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(nèi)容，撰寫分析報告，并基于所在地區(qū)或?qū)W校的現(xiàn)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(yè)發(fā)展培訓(xùn)，才能順利接納NGSS并將其納入課程計劃？目前，K-12課程的結(jié)構(gòu)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(qū)或?qū)W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(fā)需要美國各州自行推進。NGSS的主導(dǎo)者之一Achieve公司開發(fā)了設(shè)計詳盡的推進工作簿，作為各州或地區(qū)推進NGSS應(yīng)用的分步指南[6]。課程開發(fā)團隊在了解所在州和學校官方推進NGSS原則及步驟的基礎(chǔ)上，合作商議確定符合學校實際的具體實施內(nèi)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(jié)點。

2.NGSS課程的教學單元設(shè)計

組織設(shè)計某個主題或目標的教學單元是課程開發(fā)的難點。為實現(xiàn)NGSS描述的學生學習的“表現(xiàn)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(lián)起來，從而完成課程案例和教學單元的設(shè)計與組織[7]。NGSS背景下的科學課程設(shè)計沒有標準模式，各響應(yīng)州的教師可以自行設(shè)計。一般可遵循如下設(shè)計流程。

（1）選擇“表現(xiàn)期望”

“表現(xiàn)期望”是體現(xiàn)學業(yè)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(shè)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(xiàn)期望”，據(jù)此設(shè)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(xiàn)期望”進行深入分析，探討在教學前如何將學生已經(jīng)具備的知識和技能與“表現(xiàn)期望”聯(lián)系起來，進一步開發(fā)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(guān)的現(xiàn)象，并且這些現(xiàn)象最好是學生感興趣的，與學生學習探究的核心概念有關(guān)，從而在解釋這些現(xiàn)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(guān)的現(xiàn)象后，需要考慮學生將如何調(diào)查、探究這些現(xiàn)象。具體需要思考以下問題：當學生發(fā)現(xiàn)一些有趣的現(xiàn)象時，他們會在課中對這些現(xiàn)象做出什么樣的反饋？學生會提出科學問題并進行調(diào)查嗎？會主動制訂調(diào)查計劃并付諸行動嗎？會分析數(shù)據(jù)，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(guān)鍵所在。這些“實踐”可能與“表現(xiàn)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(shè)計了七個跨學科概念，即：模型，原因和結(jié)果，尺度、比例和數(shù)量，系統(tǒng)和系統(tǒng)模型，能量和物質(zhì)，結(jié)構(gòu)和功能，系統(tǒng)穩(wěn)定性和改變。對于學生在課程中將要探究的現(xiàn)象而言，選擇哪一個跨學科概念最好？其實，在設(shè)計課程內(nèi)容時，選擇最相關(guān)的跨學科概念即可。

（3）建構(gòu)“學習表現(xiàn)”

為了清晰地描述體現(xiàn)上述三個維度內(nèi)容的具體課程目標，有必要引入“學習表現(xiàn)”這個概念。“學習表現(xiàn)”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(xiàn)期望”所需要的關(guān)鍵點[8]?！皩W習表現(xiàn)”在文本表述上與“表現(xiàn)期望”類似，是對“表現(xiàn)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(dǎo)下，結(jié)合各種主題設(shè)計，選擇和構(gòu)建適應(yīng)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(guān)鍵[9]?？茖W教師和學校也可以自行開發(fā)、評估和調(diào)整各類校本教學資源。

NSTA認為應(yīng)通過團隊協(xié)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(guān)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(tǒng)評價

（1）課程評價體系開發(fā)

傳統(tǒng)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(xiàn)期望”既是學業(yè)目標，也是探索發(fā)展新評價體系的依據(jù)[11]。但它并非課程中的教學目標，不適合直接用來構(gòu)建評價工具。如前所述，NGSS開發(fā)者們引入了“學習表現(xiàn)”概念，以深入解析“表現(xiàn)期望”。因此，可以基于“學習表現(xiàn)”和考試公平性分析確定評價與監(jiān)測工具的特征，并進一步開發(fā)出包含試題、評分標準和所需環(huán)境與技術(shù)支持的評價和監(jiān)測工具[12-13]，構(gòu)建起一條完整的NGSS學業(yè)目標預(yù)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(jiān)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(tǒng)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(wù)的完成情況考查學生是否具有完成任務(wù)的能力。這些能力包括能開發(fā)模型，能獲取、分析和討論數(shù)據(jù)，能形成口頭和書面的科學解釋，能基于證據(jù)論證且深入反思自己的觀點，等等?；凇氨憩F(xiàn)期望”的各類評價工具可以更好地體現(xiàn)真實的NGSS三維學習目標的要求。

（3）監(jiān)測評價

監(jiān)測評價對于教學班級來說是一種外部評價，主要用于監(jiān)測學生一段時間內(nèi)的學習情況，比較不同學校之間的學業(yè)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(jiān)測評價的時候，由于基于相同的NGSS學業(yè)目標，外部的監(jiān)測評價任務(wù)常應(yīng)與課堂評價的相同。此外，因?qū)嵤┍O(jiān)測評價的樣本學生較多，在實施中也會盡量標準化以實現(xiàn)預(yù)期監(jiān)測目標，同時降低操作成本。因此，美國教育管理者在做監(jiān)測任務(wù)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(jiān)測評價。

三、對當下我國中小學科學教育發(fā)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(fā)布了《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架[14]，從文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會參與3個維度定義“學生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力”;次年，發(fā)布了新的《義務(wù)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(yǎng)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(nèi)的高中階段各學科課程標準也于2018年全新發(fā)布[16]。比照我國科學教育改革的現(xiàn)實情況，或許可以從NGSS背景下美國科學課程構(gòu)建理論和實施的現(xiàn)實得到一些思考和啟示。

1.建立基礎(chǔ)教育階段一體化的科教標準及課程的研發(fā)機制

NGSS的出臺推動了美國基礎(chǔ)教育階段科學教育領(lǐng)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(chǔ)教育階段（K-12年級）的科學課程學業(yè)目標進行了系統(tǒng)性的全盤設(shè)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(dǎo)致各科學課程標準理念與內(nèi)容未實現(xiàn)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(tǒng)研發(fā)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(tǒng)掌握科學概念和培育科學素養(yǎng)。當下，基于我國學生發(fā)展核心素養(yǎng)目標培育的基礎(chǔ)教育課程改革亟需進一步理清思路，從頂層設(shè)計到基層實施，完善或重建從課標到課程的響應(yīng)和研發(fā)機制，為我國學生構(gòu)筑全基礎(chǔ)教育階段一體化的科學課程學習服務(wù)體系。

2.加強專業(yè)化師資培育，推動構(gòu)建跨學科科學課程發(fā)展團隊

NGSS是一個涵蓋K-12年級和4個科學學科領(lǐng)域的課程開發(fā)指導(dǎo)性文件，單憑個人力量恐怕無法勝任后期相關(guān)的課程建設(shè)。因此，NSTA特別建議由2～5名教師組成一個課程團隊來開發(fā)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(dǎo)作用，專業(yè)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(zhí)行者，是科教改革終獲成功的關(guān)鍵因素。

那么，當下我國中小學專業(yè)化科學師資情況如何呢？以小學為例，2017年，我國發(fā)布了新的《義務(wù)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(xùn)工作，納入校長、教師培訓(xùn)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(fā)布后，全國各地除了組織常規(guī)的《新標準》學習交流之外