美國“激發學習”科學課程中生物學案例評述

王樂楷 曾平飛

(浙江師范大學基礎教育質量監測中心 金華 321004)

1 “激發學習”課程中生物學案例簡介

1.1 課程背景 2013年美國國家科學教育標準《下一代科學教育標準》(Next Generation Science Standards， NGSS)的問世，標志著美國新一輪課程改革理論準備基本完成。NGSS的核心理念在于倡導一種“三維學習”(“科學工程實踐”“跨學科概念”和“學科核心概念”)方式。基于這樣的學習理念，NGSS主編科瑞柴克(Krajcik J)教授領銜的團隊在美國國家科學基金項目“以科學和技術調查研究我們的世界”的資助下開發了一套名為“激發學習”(Activate Learning)的中學科學課程[1]。

“激發學習”中學系列課程是由生命科學、化學、地球科學和物理科學四部分組成。在生命科學領域已經開發了三個章節，“我們體內正在發生什么？”是其中的第二章節，其主要內容是人體的新陳代謝[2]。

1.2 課程內容 該章節是一個旨在讓學生通過科學解釋與科學論證掌握人體新陳代謝的課程單元。單元共分為四個專題(表1)，以一個科學探索者的角度對日常生活中人體如何管理新陳代謝的生命活動展開探究。課程內容編排組織順序由宏觀的人體消化系統、循環系統的構造與功能到微觀的新陳代謝的物質與能量，再到宏觀的人體各個系統的協調，符合科學探究和認知發展的一般規律。

表1 “我們體內正在發生什么？”生物學課程框架

2 “激發學習”課程中生物學案例的特點

2.1 突出科學實踐 讓學生運用學科核心概念和跨學科概念參與科學實踐是NGSS“三維學習”方式的一大亮點(表2)，學科核心概念是指學科領域內關鍵的核心概念，如“結構與功能”“遺傳與變異”等，跨學科概念指的是一些科學思維能力，如“物質與能量”“穩態與變化”等，科學實踐是指運用以上兩種概念解決科學問題的實踐活動[3]。該章節中課程開發者以問題探究的形式編排專題內容，力圖突顯科學實踐在課程學習中的重要地位。如在“人體系統的組織層次”專題中，學生需要運用所學的知識解釋“體內食物的去向”；在“物質與能量”專題中學生需要通過各種活動(如培養酵母等)尋找證據，對“細胞生長需要什么”“什么物質能進出細胞”等問題展開論證。

表2 “我們體內正在發生什么？”生物學課程NGSS“三維學習”目標

2.2 整合多學科概念 多學科知識的綜合是NGSS“三維學習”方式的另一大特色，美國中學生物學主流教材設計都非常注重生物學概念與其他相關學科概念的整合[4]。該章節對學生的認知要求是： 學生具備6年級的生物學知識“食物能為人體提供物質與能量”，以及7年級的化學知識“化學反應中能量的吸收與釋放”。課程開發者在設計“物質與能量”這一核心概念時，整合了生物學和化學的知識，統一了生命活動和化學反應中的“能量”概念，揭示了食物為人體提供物質與能量的實質是細胞中的化學反應，使學生對人體內新陳代謝的認知更加立體、全面。

2.3 重視形成性評價 “學習進階”是評價NGSS“三維學習”方式的有效途徑。“學習進階”提倡兼顧課程標準、課堂教學與考試評價的要求，立足于學生現實的學習表現開展評價。在“我們體內正在發生什么？”一節中，課程開發者在NGSS的大框架下基于大量實證考察(包括課堂觀察和測驗)，收集學生的學習表現并據此開發細致的形成性評價。如在“氧氣與新陳代謝”專題中安排的學習評價任務是對“人體內氧氣的使用”的科學寫作，課程開發者提供了評價不同認知水平的“學習進階”表(表3)，以幫助教師對學生的學習水平進行分類并有針對性地加以提高。

表3 “人體內氧氣的使用”評價中的“學習進階”表

3 對我國生物學課程教學的啟示

3.1 關注學生科學能力的培養 縱觀美國科學教育改革，不論是1996年頒布的《國家科學教育標準》中倡導的“科學探究”，還是2013年頒布的NGSS中提倡的“科學與工程實踐”，都釋放了一個強烈的信號： 科學教育要從“重視知識”向“重視能力”轉變。本文所介紹的課程其主旨在于通過相關知識的學習提升學生建立科學解釋和參與科學論證的能力，而非傳授知識本身。課程中大量結合情景問題和科學知識的環環相扣的探究性任務，引發學生激烈的思考與討論，進而培養學生思考問題、解決問題的科學素養。開展探究性學習也是我國初中生物課程標準倡導的理念，相比美國“激發學習”課程中的生物學案例，我國的人教版初中生物學教材和浙教版初中科學教材的知識整合程度、探究活動開放程度較低。能以更加綜合的教學內容，更為開放的探究性任務，讓學生體驗知識獲取的過程，值得我國生物學課程與教學借鑒。

3.2 統籌課程、教學和評價的一致性 在課程評價方面，“學習進階”研究對國內外科學教育改革產生了非常深刻的影響。“學習進階”整合了課程標準、課堂教學和考試評價的要素，推動了三者的協調一致發展，立足于更高的位置為學生的學習規劃一條合理的路徑[5]。這樣一條學習路徑是建立在學生具體的“表現預期”之上的，無論是NGSS文本還是本文所介紹課程的形成性評價，都把學生的學習表現放在了突出的地位。“學習進階”的理念已經在我國2017年新頒布的“小學科學課程標準”的不同學習年段的學習表現水平中得以體現，如何進一步促進課程、教學和評價的一致性值得我國科學教育界的持續關注。

(基金項目：2016年度國家基礎教育質量監測課題“義務教育四、八年級科學教育質量監測工具研制”，No.2016KX001-F；*通信作者)