NGSS對(duì)我國(guó)中學(xué)物理課程改革的影響及啟示研究

作者簡(jiǎn)介：鄧?yán)冢?977-），教育學(xué)博士，西南大學(xué)科學(xué)教育研究中心副教授，碩士生導(dǎo)師?！段锢斫虒W(xué)探討》期刊編輯，華東師大、美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者。參與“司南版”中學(xué)物理教材、教參的編寫(xiě)工作，主要研究方向?yàn)槲锢碚n程與教學(xué)論。

摘? ?要：美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（NGSS）作為科學(xué)教育領(lǐng)域具有里程碑意義的文件，對(duì)我國(guó)當(dāng)前正在進(jìn)行的中學(xué)物理課程改革具有重要的參考價(jià)值。文章在對(duì)NGSS沿革述評(píng)的基礎(chǔ)上分析了NGSS“物理科學(xué)”的內(nèi)容與特點(diǎn)，并從物理科學(xué)內(nèi)容的構(gòu)成與銜接、科學(xué)&技術(shù)&工程和數(shù)學(xué)（STEM）的融合、物理課程框架的設(shè)置等方面對(duì)我國(guó)中學(xué)物理課程改革提出了具體建議。

關(guān)鍵詞：核心概念;科學(xué)&工程實(shí)踐;跨學(xué)科概念;表現(xiàn)期望;課程改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）12-0001-4

美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（NGSS）作為科學(xué)教育領(lǐng)域具有里程碑意義的文件[1]，對(duì)我國(guó)當(dāng)前正在進(jìn)行的基礎(chǔ)教育物理課程改革具有重要的參考價(jià)值。本文擬通過(guò)對(duì)NGSS中“物理科學(xué)”（6-8年級(jí)）內(nèi)容的研究，為我國(guó)中學(xué)物理課程改革提出建議。

1? ? NGSS的沿革及述評(píng)

美國(guó)在上世紀(jì)90年代以前一直沒(méi)有由國(guó)家統(tǒng)一設(shè)置的基礎(chǔ)教育課程，從而導(dǎo)致各州的教育水平參差不齊。為了改善由此導(dǎo)致的“危機(jī)”，1996年美國(guó)國(guó)家科學(xué)院頒布了第一部國(guó)家層面的科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)（簡(jiǎn)稱(chēng)《標(biāo)準(zhǔn)》）。該《標(biāo)準(zhǔn)》包括科學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、職業(yè)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等，旨在提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。經(jīng)過(guò)十五年的實(shí)施，美國(guó)學(xué)生從幼兒園到12年級(jí)（K-12）在科學(xué)及科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域都取得了相當(dāng)顯著的進(jìn)展[1]。但由于該《標(biāo)準(zhǔn)》下的科學(xué)課程依舊未能面向全體學(xué)生，且課程內(nèi)容“求寬不求深”，致使越來(lái)越多的學(xué)生畢業(yè)后不能夠從事科學(xué)工作。這促使美國(guó)科學(xué)教育研究者開(kāi)始重新審視基礎(chǔ)科學(xué)教育的課程是否需要改革。

在21世紀(jì)的第一個(gè)十年末，美國(guó)啟動(dòng)了新一輪的科學(xué)教育改革[2]，并于2011年正式頒布了《K-12年級(jí)科學(xué)教育框架》（簡(jiǎn)稱(chēng)《框架》）?！犊蚣堋返念C布標(biāo)志著美國(guó)新一輪全國(guó)性科學(xué)教育改革的開(kāi)始。與《標(biāo)準(zhǔn)》相比，《框架》在主體結(jié)構(gòu)、學(xué)科內(nèi)容、評(píng)價(jià)這三個(gè)方面存在較大的差異[3]。

2013年美國(guó)正式發(fā)布了《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（NGSS），NGSS的出臺(tái)標(biāo)志著從2010年開(kāi)始的新一輪科學(xué)教育改革的基本完成。NGSS實(shí)現(xiàn)了科學(xué)教育從“學(xué)科學(xué)”到“做科學(xué)”的變革[4]，并開(kāi)創(chuàng)性地提出了學(xué)科核心概念、跨學(xué)科概念和科學(xué)&工程實(shí)踐。此外，NGSS還將學(xué)習(xí)進(jìn)階、科學(xué)本質(zhì)、課程地圖模型等最新研究成果融入改革后的科學(xué)課程中，以表現(xiàn)期望來(lái)整合不同學(xué)段全體學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)和要求[5]。

2? ? NGSS“物理科學(xué)”（6-8年級(jí)）的內(nèi)容簡(jiǎn)述

NGSS包括生命科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、地球與空間科學(xué)及工程&技術(shù)與科學(xué)應(yīng)用四個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，共16個(gè)主題，以K-2年級(jí)、3-5年級(jí)、6-8年級(jí)、9-12年級(jí)四個(gè)學(xué)段來(lái)設(shè)置表現(xiàn)期望（即課程目標(biāo)）。因?yàn)楸狙芯渴菍?duì)我國(guó)初中物理課程改革的建議，所以對(duì)NGSS的探索聚焦在6-8年級(jí)這個(gè)學(xué)段，在課程內(nèi)容上選擇“物理科學(xué)”部分。

NGSS在初中階段（MS）對(duì)學(xué)生在物理科學(xué)上的表現(xiàn)期望是建立在對(duì)其K-5的概念和能力要求的基礎(chǔ)上，期望學(xué)生能夠用在該學(xué)段所形成的概念和能力來(lái)解釋真實(shí)世界。

首先，NGSS提出了4個(gè)核心概念：《PS1：物質(zhì)及其相互作用》《PS2：運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定性：力和相互作用》《PS3：能量》《PS4：波及其在信息傳輸技術(shù)中的應(yīng)用》。然后，對(duì)PS1—PS4進(jìn)行了表現(xiàn)期望上的總體描述。

緊接著表現(xiàn)期望的是基礎(chǔ)盒子（foundation boxes），盒子中的內(nèi)容是達(dá)成表現(xiàn)期望的基礎(chǔ)?，F(xiàn)以《PS2：運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定性：力和相互作用》的基礎(chǔ)盒子為例（表1），來(lái)具體說(shuō)明。該盒子包括三列內(nèi)容，左列提出了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)PS2時(shí)需要重點(diǎn)培養(yǎng)的科學(xué)&工程實(shí)踐技能和與科學(xué)本質(zhì)相關(guān)的內(nèi)容，中列描述了PS2所蘊(yùn)含的具體概念，右列陳述了跨學(xué)科概念和與工程、技術(shù)和科學(xué)應(yīng)用的聯(lián)系（ETS）相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容。

3? ?NGSS對(duì)我國(guó)中學(xué)物理課程改革的啟示

在知識(shí)跨越式發(fā)展的時(shí)代背景下，我國(guó)當(dāng)前的初中物理課程已不能完整體現(xiàn)新世紀(jì)物理教育的最新成果，所以新一輪的初中物理課程改革被放上了日程，而NGSS對(duì)我國(guó)初中物理課程改革具有較強(qiáng)的啟示。

3.1? ? 對(duì)科學(xué)內(nèi)容構(gòu)成的建議——以大概念建構(gòu)科學(xué)內(nèi)容，選取體現(xiàn)物理原理機(jī)制的內(nèi)容

NGSS認(rèn)為，物理課程的內(nèi)容可用大概念來(lái)進(jìn)行組織。其實(shí)，我國(guó)當(dāng)前初中物理課程的內(nèi)容也是以類(lèi)似大概念的主題來(lái)組織的，如表2所示。

首先，與NGSS相比，在核心概念上，我國(guó)沒(méi)有PS4，而這一條也是在2013年NGSS新增加的核心概念。PS4的增加體現(xiàn)了NGSS在物理科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用性和時(shí)代性上的更新，強(qiáng)化了科學(xué)與技術(shù)、工程的相互影響，同時(shí)PS4與PS3也形成關(guān)聯(lián)，讓NGSS物理科學(xué)領(lǐng)域的核心概念在體系上更完整。

其次， NGSS在子核心概念的選擇上避免了對(duì)從屬概念的列舉，使整個(gè)子核心概念更具層次性。例如，NGSS在PS2中是以“力與運(yùn)動(dòng)”及“相互作用的類(lèi)型”兩條子核心概念來(lái)劃分的，概念間的區(qū)分度更強(qiáng)，邏輯性更好。

第三，NGSS在核心概念上更聚焦，這種減少細(xì)節(jié)概念的做法可以幫助學(xué)生有機(jī)會(huì)參與更多的科學(xué)實(shí)踐，從而獲得對(duì)物理科學(xué)更深入的理解。同時(shí)，減少每個(gè)學(xué)段核心概念的做法還有助于讓教授者和學(xué)習(xí)者理清最值得花時(shí)間教與學(xué)的內(nèi)容，減少在沒(méi)有概念背景下對(duì)細(xì)節(jié)的關(guān)注。

3.2? ? 對(duì)科學(xué)內(nèi)容銜接的建議——設(shè)置跨學(xué)科概念，培養(yǎng)整合科學(xué)問(wèn)題解決的思路

NGSS創(chuàng)設(shè)了跨學(xué)科概念——在所有科學(xué)領(lǐng)域中都能使用，具有在不同科學(xué)領(lǐng)域的統(tǒng)一思維方式?？鐚W(xué)科概念能夠提供有利于學(xué)生將不同科學(xué)領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行有效組織并理解世界的認(rèn)識(shí)，所以對(duì)學(xué)習(xí)者的物理學(xué)習(xí)非常重要。NGSS強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者在物理學(xué)習(xí)中需要明確7個(gè)方面的跨學(xué)科概念——模型、因果關(guān)系、規(guī)模&比例和數(shù)量、系統(tǒng)與系統(tǒng)模型、能量與物質(zhì)、結(jié)構(gòu)與功能、穩(wěn)定與變化。

建議在義務(wù)教育物理課程改革時(shí)能對(duì)跨學(xué)科概念進(jìn)行專(zhuān)門(mén)介紹，然后將其與學(xué)科核心概念進(jìn)行銜接，讓學(xué)生不僅能將物理科學(xué)與其他科學(xué)的知識(shí)有效整合，同時(shí)也能理解物理科學(xué)的研究方法、思維方法并實(shí)施到其他科學(xué)領(lǐng)域，從而實(shí)現(xiàn)真正意義的“形而上學(xué)”。

3.3? ? 對(duì)STEM融合的建議——重組科學(xué)&工程實(shí)踐，優(yōu)化科學(xué)、技術(shù)與工程內(nèi)容

科學(xué)探究幾乎是貫穿我國(guó)基礎(chǔ)教育物理課程改革的整個(gè)過(guò)程，近20年科學(xué)探究的實(shí)施對(duì)提升我國(guó)中學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)功不可沒(méi)，但是對(duì)科學(xué)探究實(shí)踐性重視的不足也讓中學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)了一些“偽”探究。NGSS刪除了“作為探究的科學(xué)”主題，取而代之的是科學(xué)&工程實(shí)踐?？茖W(xué)&工程實(shí)踐的出現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了對(duì)學(xué)生在物理科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)過(guò)程中動(dòng)手做、動(dòng)腦思、動(dòng)筆寫(xiě)、動(dòng)嘴辯[6]等方面能力的培養(yǎng)?？茖W(xué)&工程實(shí)踐將學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)該掌握并充分使用的8個(gè)實(shí)踐要素進(jìn)行了分解和學(xué)習(xí)進(jìn)階，如表3所示?？茖W(xué)&工程實(shí)踐的出現(xiàn)一方面豐富了科學(xué)探究的內(nèi)涵，另一方面也具體化了實(shí)踐中的表現(xiàn)評(píng)價(jià)。

表3? ?科學(xué)探究與科學(xué)實(shí)踐的差異

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在NGSS中用科學(xué)&工程實(shí)踐替代科學(xué)探究，除了可以實(shí)現(xiàn)幫助學(xué)生理解物理知識(shí)如何發(fā)展，提供多種機(jī)會(huì)讓學(xué)生了解世界是如何運(yùn)作的目的以外，還可以讓學(xué)生了解工程師的工作，以及工程和物理世界之間的聯(lián)系。具體來(lái)說(shuō)，科學(xué)探究與科學(xué)&工程實(shí)踐在具體的要素上也不一致，科學(xué)&工程實(shí)踐在開(kāi)發(fā)和使用模型、運(yùn)用數(shù)學(xué)和計(jì)算思維、設(shè)計(jì)方案上相較于科學(xué)探究更直接，更具有前瞻性。特別是計(jì)算思維和數(shù)學(xué)思維，既體現(xiàn)了問(wèn)題解決所采用的一般數(shù)學(xué)方法，又體現(xiàn)了運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題解決的特殊科學(xué)思維要求，具有較為整合的科學(xué)、技術(shù)和工程意義。其實(shí)，這也是科學(xué)&工程實(shí)踐較科學(xué)探究更豐富的縮影。

3.4? ? 對(duì)課程框架的建議——?jiǎng)澐终n程表現(xiàn)的學(xué)習(xí)進(jìn)階，強(qiáng)調(diào)課程維度的連貫、完整

NGSS以表現(xiàn)期望為統(tǒng)領(lǐng)，將科學(xué)&工程實(shí)踐、跨學(xué)科概念與物理科學(xué)核心概念三個(gè)維度進(jìn)行了有機(jī)的整合，從而形成了NGSS新穎而獨(dú)特的立體架構(gòu)。表現(xiàn)期望闡述了6-8年級(jí)物理科學(xué)4個(gè)核心概念的內(nèi)涵及教學(xué)要點(diǎn)與目標(biāo)，并與三維具體目標(biāo)一一對(duì)應(yīng)：以“學(xué)科核心概念”促進(jìn)科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的連貫性和縱深發(fā)展，以“跨學(xué)科概念”促進(jìn)科學(xué)學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)整體一致性，以“科學(xué)&工程實(shí)踐”促進(jìn)科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)踐能力培養(yǎng)的雙向達(dá)成及基于科學(xué)本質(zhì)的理解[7]。

NGSS通過(guò)表現(xiàn)期望來(lái)判斷哪些學(xué)生的行為符合標(biāo)準(zhǔn)要求，從而實(shí)現(xiàn)課程、教學(xué)和評(píng)估統(tǒng)一的目標(biāo)。同時(shí)，詳細(xì)描述和評(píng)估邊界也讓師生在進(jìn)行教與學(xué)的時(shí)候能對(duì)表現(xiàn)期望理解得更深刻，需要說(shuō)明的是“詳細(xì)描述”不僅是舉例，還有對(duì)每條表現(xiàn)期望的詳細(xì)解釋。此外，NGSS還對(duì)表現(xiàn)期望設(shè)置了具有連貫性的學(xué)習(xí)進(jìn)階，這使物理課程更嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)生學(xué)習(xí)也更有效。

建議我國(guó)初中物理課程改革時(shí)，能對(duì)課程框架進(jìn)行更具整合性的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)不僅限于科學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的一貫性，還應(yīng)該包括學(xué)生學(xué)習(xí)能力進(jìn)階的一貫性，從而最終實(shí)現(xiàn)物理課程的一貫性。

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（欄目編輯? ?廖伯琴）