理解和使用《新一代科學教育標準》（NGSS）之旅

Karen Mesmer　周建中

我走進威斯康星大學奧斯哥斯校區(qū)的教室，準備參加一個由美國科學教師協(xié)會（NSTA）資助的《新一代科學教育標準》初始版本的審閱工作，這個版本是提交公眾審閱之前的版本。我已經(jīng)閱讀了《K—12科學教育框架》的大部分內(nèi)容，并且對于將框架如何轉(zhuǎn)換成標準用于指導(dǎo)課堂教學很好奇。掃了一眼“生命科學”部分的第1頁，我被頁面的擁擠程度嚇了一跳。正如頁面布局向我們展示的，它開始讓我明白這些標準之間的錯綜復(fù)雜和相關(guān)程度?？蚣芎蜆藴实淖髡邔⒖茖W的大概念聯(lián)系起來，并且顯示了它們在真實世界中是如何工作的。

隨著我對標準閱讀的加深，開始理解他們將科學與工程實踐、學科核心概念和跨學科概念融合在一起促進學生學習的觀點，“精妙”這個詞不停地出現(xiàn)在我腦海中。它們讓我想起了在研究生期間所學的湖泊學課程，課上我們學習了由地球變化所形成的湖泊中的食物鏈上的生物是如何受光波的物理特性和水的化學性質(zhì)所影響的。通過建立這一系列聯(lián)系，我突然意識到這是現(xiàn)實世界中的科學。我當時沒有意識到課程的不足在哪里：它沒有幫助我理解基本的科學實踐是如何促進我形成那些正在學習的知識，比如說能量依然是能量，不管它是以生物有機體、物理波或化學品的形式存在。然而，《新一代科學教育標準》希望為我的學生們構(gòu)建這些缺失的聯(lián)系。

熟悉標準

完成對《新一代科學教育標準》的初次審閱后，我非常激動，想要盡可能多地學習它。為了深入了解學科核心概念、科學與工程實踐和跨領(lǐng)域概念，我參加了美國科學教師協(xié)會的網(wǎng)絡(luò)研討會，重點深入了解這3個關(guān)鍵維度，以及它們?nèi)绾卧谡n堂上結(jié)合?！蛾P(guān)于新一代科學教育標準的NSTA讀者指南》和《為課堂教學解讀新一代科學教育標準》，這些NSTA出版的書籍，在幫助我設(shè)想教學需要發(fā)生的變化、理解學生在課堂中的角色和收集對于課程的想法方面也非常有價值。NSTA期刊中的許多文章增加了我的知識，他們的想法已經(jīng)被納入到學區(qū)的科學課程中。隨后，我有機會成為NGSS@NSTA的管理者，這給我提供了接受培訓的機會，采用由Achieve和NSTA共同開發(fā)的EQUIP（教育工作者對教學產(chǎn)品質(zhì)量的評價）評價量規(guī)表進行資源評估。這些經(jīng)歷帶給我審閱資源的技能，判斷它是否符合NGSS的要求，提出建議使其更能涵蓋3個維度的內(nèi)容。

傳播標準

威斯康星州還沒有采用《新一代科學教育標準》，但我們的學區(qū)遵循本地管理的原則可以選用自己的標準。我向?qū)W校董事會成員宣講，在“扶輪社”的集會上向公眾展示，并在城市的報紙上發(fā)表文章。我求助于本地的科學專業(yè)人士，如工程師、野生動物學家、醫(yī)生、大學科學教授和生態(tài)環(huán)境保護主義者等，共同努力達成使用NGSS的目標。當學校董事會開會討論采用標準時，投票結(jié)果是一致的：官方采用NGSS。所以當我們采用了NGSS后，我發(fā)現(xiàn)我需要對以下事情負責：將我們的課程與NGSS匹配；尋找并撰寫符合NGSS要求的課程；開展教師培訓工作，幫助他們理解3個維度內(nèi)容的學習；聽課，提供建議，規(guī)范教學策略，共同開展教學。

從哪里開始？

我們學區(qū)決定在初中和高中階段率先開始實施NGSS，使用標準附錄K中所列的概念。在初中，我們選擇了在7年級的“生命科學”，以及6年級、8年級的“物理與地球科學”混合課程中采用NGSS。我們完成了對當前在課堂上如何教授學科核心概念的梳理，并將之與NGSS進行了對照。當然，結(jié)果是我們必須進行一些重新組合。例如，我們原來進行單獨教學的關(guān)于細菌、原生生物、真菌、植物和動物分類的單元，現(xiàn)在我們讓學生開發(fā)和使用模型描述生命體的結(jié)構(gòu)和多細胞生物體如何由系統(tǒng)構(gòu)成。我們的細胞實驗室不再僅僅讓學生進行簡單的顯微鏡觀察，而讓他們開展活動，設(shè)計和開展調(diào)查研究，用收集到的數(shù)據(jù)形成一個科學解釋，用于支持“生命體是由細胞構(gòu)成的”這一論斷。遺傳學單元則要求學生用紙質(zhì)的染色體開發(fā)一個模擬減數(shù)分裂和受精過程的模型，然后分析和解釋孟德爾豌豆實驗的數(shù)據(jù)，并將他們的模型推廣到顯性和隱性遺傳基因。所有這些活動都是采用NGSS所提出的3個維度的學習所產(chǎn)生的結(jié)果。

為什么3個維度的學習如此重要

將3個維度的學習納入到課程中使學生可以用科學與工程實踐做科學研究，學習某些特定概念，如能量和模式是如何在所有科學學科中體現(xiàn)的。這給了學生一個更為真實的世界的圖景，學生可以把世界看成一個單一的、相互關(guān)聯(lián)的實體。

“進化”是我個人喜歡的一個主題，它可以將來自古生物學、遺傳學、化學、種群生態(tài)學，以及多個其他科學學科的多條證據(jù)鏈聯(lián)系在一起。針對這個概念將3個維度整合在一起可以讓學生們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在的模式，并建立模型解釋地球上生命的多樣性。這3個維度中的任何單一內(nèi)容都無法充分幫助學生理解科學和進化生物學。而3個維度的內(nèi)容整合在一起就提供了一個更為廣闊的圖景，幫助學生了解過去，理解它與現(xiàn)在的關(guān)系。

教學時，我喜歡采用學科核心概念，而不是科目。學科核心概念可以讓我將重點放在聯(lián)系多個學科的一個主要概念上，把它作為一個組織好的工具使用。學生們可以使用所學的一個學科核心概念解決他們感興趣的和與他們生活經(jīng)驗相關(guān)的問題。他們可以在低年級就開始學習一個概念，并且隨著學業(yè)的增長不斷建構(gòu)他們的理解。這就在教學與學習的過程中提供了一種能力，讓學生們體驗世界是一個連貫的整體，而不僅僅是一系列無關(guān)的事實。用前面的例子，進化能夠用來解釋為什么犰狳與巨型雕齒獸看上去相似，但又不完全相同；或者為什么馬、鯨、蝙蝠和人類肢體都由相似的骨骼組成，以及為什么任何物種的早期胚胎都幾乎完全相同。

研究充分顯示如果學生們被要求建立模型解釋自然界的現(xiàn)象，并且與同伴討論他們的觀點，他們將會更為有效地學習和使用科學概念。如提出問題、分析和解釋數(shù)據(jù)、形成解釋，都可以納入到建立模型和進行論證的實踐中。學生們動手做科學，而不僅僅是學習科學研究的最終結(jié)論。

最困難的改變是納入跨學科概念。我們不得不直接幫助學生們領(lǐng)會他們正在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的模式，結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，在他們調(diào)查的許多地區(qū)都可以找到系統(tǒng)等這些內(nèi)容。對于進化，學生們被要求找到數(shù)據(jù)中的模式，解釋古生物學、遺傳學、生物化學、種群生態(tài)學和大量支持進化的證據(jù)。我敢肯定將來會建立更多的聯(lián)系。

學習進程

隨著我們將NGSS的實施拓展到整個年級段，我更加意識到每個學科的核心概念、科學與工程實踐和跨學科概念學習進程的重要性。這就使我們很容易理解：K—2年級的學生可以明白加熱和冷卻可以導(dǎo)致物態(tài)的變化；3—5年級的學生能夠理解化學反應(yīng)的發(fā)生將會產(chǎn)生一種具有不同特性的新物質(zhì)；6—8年級的學生將會建立一個原子和分子的模型，用來解釋化學反應(yīng)是如何發(fā)生的；9—12年級的學生將能夠理解這個過程中包含的分子碰撞、原子重排和能量變化。根據(jù)最新的關(guān)于學生在不同年齡段能夠理解和動手實踐的內(nèi)容的研究，每個實踐和跨領(lǐng)域的概念也有相應(yīng)的學習進程。如果學生們在幼兒園階段就按照NGSS開始學習科學，我們的下一代就可以以這樣一種方式理解物質(zhì)世界：他們可以參與對科學問題的公眾討論，能夠評估與他們生活相關(guān)的科學論斷，在中學之后依然具有好奇心和學習科學的渴望。

結(jié)論

我期待著下一個10年可以看到NGSS在全國的課堂上被采用。到目前為止，一直令人興奮地看到科學教育已經(jīng)發(fā)生的變化，即使我知道我們還有很長的路要走，幫助我們的下一代真正理解自然界。