美國《新一代科學教育標準》中的生物學教育

王保艷 呂貝貝 王運貴 彭鑫鶴

(1 山東師范大學生命科學學院 濟南 250014； 2 首都師范大學生命科學學院 北京 100048; 3 山東省教育科學研究院 濟南 250000)

1 美國《新一代科學教育標準》簡介

美國于1996年頒布《國家科學教育標準》(National Science Education Standards，即NSES，后文簡稱《前標準》)，之后十幾年間，其自然科學領域迅猛發展，科學教育研究領域也取得一系列學術成果。科學教育要和前沿科學密切相連，教育研究成果也要及時應用到教育實踐中去，加之美國中學生在國際水平測試中表現不佳，新一輪科學教育改革成為必然。

在此背景下，美國于2010年開始新一輪科學教育標準的研發工作，并于2011年7月頒布《K-12美國科學教育框架》(Framework for K-12 Science Education，后文簡稱《框架》)，《框架》的頒布是新一代科學教育標準出臺的第一步。2013年4月，在《框架》的基礎上，基于多年科學教育研究經驗，美國頒布《新一代科學教育標準》(the Next Generation Science Standards，后文簡稱NGSS)。與《前標準》相比，NGSS的理念轉變為以下七點： 強調科學教育應反映科學各學科相互聯系的本質；NGSS是向學生提出的表現期望，而不是具體課程；注重K-12年級學習內容的連貫性；側重對學習內容的深入理解和應用；把科學和工程實踐整合到科學教育中；旨在幫助學生為大學、工作和公民生活做準備；注重和州際共同標準中英語語言藝術、數學的聯系[1]。

2 美國《新一代科學教育標準》中生物部分的鮮明特色

2.1 實踐性 NGSS注重學習過程的實踐性，它刪除《前標準》中“作為探究的科學”部分，加入“工程設計”部分。另外還在每條內容標準中都加入“科學與工程實踐”。“NGSS強調‘科學與工程實踐’不是一種教學策略，而是完成學習任務的向導，是很重要的學習目標。”針對生物學科的實踐本質，NGSS在生物部分呈現了八種科學與工程實踐，即“建立和使用模型，提出問題和明確問題所在，利用數學和計算思維，分析和解釋數據，設計和實施調查研究，建構解釋和設計解決方案，基于證據的論證以及獲取、評估和交流信息[1]。”

2.2 連貫性 依據《框架》藍圖，NGSS突出了生物學科的4大核心概念，并圍繞4個核心概念延伸出14個相關子概念(表1)。此外，NGSS還展示出不同學習階段各子概念的相互關系及其表現期望，從而系統形成基于表現期望的概念體系。概念體系的設置不僅可簡化學習內容，還可體現學習內容的連貫性。

表1 四個生物核心概念對應的子概念[1]

(注： 表格中LS表示life science， LS1、LS2、LS3、LS4分別表示生命科學部分的四個學科核心概念，A、B、C、D是每個核心概念中子概念的編號)

在幼兒園至12年級，每個核心概念都不僅出現一次，隨著年級增高，核心概念所涉及的內容逐漸復雜深入(表2)。小學三年級、初中和高中階段都涉及到全部核心概念，LS1只有在二年級沒有出現，LS2出現5次，LS3和LS4均出現4次。這樣以核心概念為主線，循序漸進地增加內容難度，有利于學生更加系統、深入地掌握生物學科內容。

2.3 整合性 在NGSS中的生物部分，每一個具體的內容標準中都包括“表現期望”“基礎框”和“聯系框”(表3)。“表現期望”規定了學生在該階段學習結束后能夠做到的；“基礎框”包括“科學和工程實踐”“學科核心概念”和“跨學科概念”三個維度；“聯系框”闡述了該主題內容與本年級其他主題的聯系、與跨年級內容的聯系以及與《州共同核心標準(英語和數學)》的聯系。

表2 生物核心概念的分布情況

表3 高中“遺傳： 性狀的遺傳與變異”主題的內容呈現示意圖[1]

[注： 表格中的HS表示高中(high school)，MS表示初中(middle school)]

NGSS通過“表現期望”將“基礎框”的三個維度進行整合，促使學生在實踐中獲得和應用知識，有利于他們對知識的深入理解和科學實踐能力的提高。另外，“跨學科概念”有利于教師延伸教學內容，有利于學生形成完整的科學概念，提高科學素養。

3 對我國生物學教學的啟示

3.1 利用核心概念展開教學 NGSS提倡以4個核心概念為主線展開生物學教學，有效簡化了學習內容，使學習目標更加明確，使學生對學習內容的理解更為深入，也為知識的靈活應用提供了空間。所以，設置學科核心概念，鼓勵學生在此基礎上自主學習更多的學科內容，是減輕學生負擔、提高學習效率和深化知識理解度的有效策略。

3.2 增加科學實踐的比重 用“實踐”(practices)代替“技能”(skills)，是為了強調從事科學研究不僅需要技能，還需要關于每個實踐的具體知識[2]。NGSS與《框架》都重視科學實踐在科學知識獲取中的作用，不過NGSS設置專門的“工程設計”主題，并在每個主題中加入“科學和工程實踐”部分。生物學科是與生產、生活、自然等都息息相關的學科，需要學生在廣泛的實踐活動中獲得和應用知識。所以，在生物學教學時，可加大科學實踐的比重，促進學生實踐性知識的習得。

3.3 注重學習內容的連貫性 NGSS把整個生物學科內容視作一個整體，它提倡“學習進階”，即隨著年級的增高，學習內容的復雜程度和深奧程度逐漸提高，這有利于學生各階段學習的有效性。NGSS的連貫性特點加深了學生對學習內容的系統認識和理解，有助于學生對核心概念以及跨學科概念的深刻把握。所以，政策制定者、課程開發者等在制定課程標準、研發教材的過程中應該高度重視學習內容的連貫性。