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2013年4月，美国的《新一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards，下文简称“NGSS”）终稿发布，它替代1996年发布并实施了十几年的《美国国家科学教育标准》（National Science Education Standards，下文简称“NSES”），成为美国新一代的国家科学教育标准。NGSS开发的时期正处在美国教育在国家层面上发生重大变化的历史时期。一方面，学生群体正在快速改变，而科学成就的差距持续存在;另一方面，标准的要求提高，教师必须使教学转变到使所有的学生能为大学学习和职业生涯作好准备。[1]针对教师在教室里如何做才能保证NGSS对所有学生都是可以达到的，NGSS开发团队作了大量的努力：为便于标准的使用对预期表现和核心概念进行了统一编码，提供多种提取方式，给教师个性化的选择;在标准的编辑框架上系统地考虑各学段的连贯一致，以科学和工程实践（SEP）、学科核心概念（DCI）、跨学科概念（CC） 三个维度为基础辅助教师理解预期表现（performance expectations，简称PEs）的内涵;以附件的形式对标准中一些关键问题进行详细论述与解释，等等。本文将对NGSS为“教师成为课程开发者”所作的准备进行分析，以期对我国中小学理科教育改革有所帮助。
一、编码系统便于教师使用标准
教师作为课程的设计者及实施者，必须能方便地提取标准和理解标准，NGSS统一的编码及交叉索引为教师提供了极大的方便。无论是通过纸质版本的标准还是NGSS的官方网站（http：//www.nextgenscience.org/），教师至少可以通过三种方式来提取标准：按主题编排的标准、按学科核心理念编排的标准和按编码提取的标准。提取出标准后，教师要针对标准开发课程。然而，新标准体现为学生的预期表现，也就是将要被评估的是内容，而不是课程，这时教师不必去猜测预期表现的意图，而是可以通过编码读出构成这条预期表现的科学和工程实践、学科核心概念、跨学科概念三个维度的内容，还可以通过澄清说明（Clarification Statement）和评价的边界（Assessment Boundary）得到例子、进一步的说明以及评价范围，更可以通过编码找到相关的联系。NGSS中每个年级或学段的标准都按主题或学科核心理念编排，每个主题或核心理念下又包括若干条标准，而每条标准则以预期表现来呈现。
表1所示为以两种形式编排的三年级科学教育标准，其按主题编排包含4个主题，按学科核心理念编排则包含7个核心理念。各个州在采用标准时可以选择任一种编排方式的版本或在此基础上开发他们自己的内容编排结构。
尽管按主题编排的NGSS和按学科核心理念编排的NGSS的表现形式有较大区别，但它们使用同样的编码系统，即根据学科核心理念编码的系统。预期表现的编码为“学段+学科代码+核心理念序号+序号”。学科核心理念按“学科代码+核心理念序号+子理念序号”进行编码。如编码“ESS2.D”表示这是“地球与空间科学”中第2条核心理念“地球系统”下的第4条子核心理念“天气和气候”。这些编码在两种组织方式的版本中都是一致的，读者可以通过编码检索到任一预期表现或核心概念。附于标准之后的“联系部分”则提供：在其他学科有着一致的学科核心概念的主题名字;学生理解这个标准中核心概念的基础（通常是上一个年级的基础）的主题名字，或是建立在这个标准基础上的主题名字（通常是随后年级的标准）;《共同核心州立标准》（the Common Core State Standards，简称CCSS）中与预期表现一致的数学和英语语言艺术的编码和名称。总之，交叉索引编码系统为教师方便地提取资源、重新组织资料以及进行自身教学过程的量化研究，都作了充分的准备，这一点尤其值得我国借鉴。
二、以科学和工程实践、学科核心概念、跨学科概念辅助教师理解预期表现的内涵
NGSS是学生“预期表现”的标准而不是课程标准。[1]预期表现仅仅是为评估的发展提供指导，而教什么、什么时候教都是需要作决策的。NGSS开发团队致力于以科学和工程实践、学科核心概念、跨学科概念辅助教师理解预期表现的内涵。尽管每个预期表现都包含了标准的编辑框架中的三个维度——科学与工程实践、核心学科的概念和跨学科概念，但这并没有决定这三部分如何联系到课程、单元和每一节课中，教师还需要来决定用什么样的教学计划把实践与概念连贯起来，帮助学生达到这些标准。
不同年级之间课程的联系模式主要有两种：一种是直线型的循序渐进模式，另一种是螺旋式上升模式。前标准NSES就被认为没有系统地考虑各学段的连贯一致性而只强调分散的事实，注重广度而不是深度，没有为学生提供参与的机会来体验实际上科学是怎么做的。新标准NGSS在这方面作了重大的改变，它聚焦于为数不多的科学与工程的核心理念，采用了螺旋上升的模式，强调从学段到学段的连贯的知识进阶，允许学生在整个中小学科学教育过程中来动态地建构知识。
每一条核心理念在K-12年级标准中都出现不止一次，一些以往看来较抽象更适合在高年级段学习的核心理念，如能量、力与相互作用、工程设计等，也从低年级阶段开始就涉及。但这并不意味着在低年级段就给学生传授“能量守恒定律”这样的具体概念，而更多以实践活动体现学生预期表现的达成。如幼儿园阶段的孩子可以通过“观察，判断日照对地球表面的影响;使用工具、材料设计和建造一个设施（如遮阳伞、罩棚、帐篷等），减少一个区域的日照热效应”来展示他们对“日照使地球表面变暖”的理解。这些在低年级发展形成的概念和技能，将有助于学生进入高年级时解释关于“能量守恒和能量转换”更加复杂的现象。再以工程设计为例，从幼儿园到高中，工程设计的标准均围绕“界定工程问题”“设计工程问题的解决方案”“优化解决方案”这三个子目标。从纵向上看，在低年级阶段，学生应懂得“工程问题”事关人们想要去改变现状的问题，能够使用工具和材料去解决一些简单的工程问题，能够比较不同的解决方案哪个更好。在高年级阶段，学生将有机会参与事关社会和全球意义的复杂问题，将复杂问题分解成简单的问题来一一解决，根据量化的标准和给定的条件从社会效益和环境效益的角度权衡利弊，比较不同的解决方案的优劣。从横向上看，在生命科学、物质科学、地球与空间科学这三个学科领域中，有相当数量的评价以工程实践的实际问题作为科学核心理念考核的载体，也就是说学生要通过工程实践的应用展示他们对科学的理解。上述例子所体现的思想与布鲁纳的观点是一致的，即要掌握基本概念并能有效地应用，不能只靠一次学习就达到目的，而是要反复学习，并在越来越复杂的形式中加以运用，从而不断加深理解，逐渐掌握。 三、最新研究发现为教师作出决策提供专业支持
科学教育的研究成果发展很快，教育标准必须反映最新成果。换句话说，要以最新研究成果为指导。怎样将新理论与可操作的标准相结合，使教师能够更好地理解标准并落实到自己的实践中，新标准采取了新的方法：以附件的方法对一些关键问题进行详细论述与解释。这些主题包括：NGSS中的概念改变、对公众反馈的回应、升学与就业准备、教育公平与多元化、核心学科理念、科学与工程实践、跨学科概念、科学本质、工程设计、科学技术社会与环境、初高中课程的典型设计等。
以“教育公平与多元化”为例，美国的学生越来越多样化。2010年美国的学龄人口中有45%是少数族裔，据预测到2022年少数族裔的学生将超过50%;超过21%的学生在家里并不说英语，英语欠佳（Limited English Proficient，简称LEP）的学生从1993年的5%到2007年的11%翻了一番还多。[1]此外还有残疾学生、贫困学生等群体。针对一线教师该如何做来保证NGSS对所有学生都是可以达到的，NGSS提供了基于研究的实施策略。NGSS进行了七个不同学生群体的案例研究，来说明当学生参与NGSS时的科学教学和学习情况。这七个群体包括《不让一个孩子掉队法案》和《中小学教育法》中提出的经济上弱势的学生、少数族裔学生、残疾学生、英语水平有限的学生，以及NGSS扩充的三个群体：女性学生、选择非学校教育方案的学生和超常天才学生。对超常儿童群体的重视是美国近年来的一个新动向。[2]NGSS在阐述学生的差异时使用了“主流（dominant）”和“非主流”而不是“强势”与“弱势”的术语。因为非主流群体在教育系统中历来被忽略，这是以往传统科学教学中做得不够的。基于这七个群体的研究，开发团队得出了在科学教室、学校、家庭和社区有效实施NGSS的策略，而这些研究的背景，包括学生人口统计学的变化、持续存在的成就差异和影响学生的教育政策等也清楚地在NGSS中展现出来。这些研究及数据为教师作出决策提供了重要的依据。
此外，NGSS并没有像旧标准那样提供具体的教学案例，而是提供了大量基于研究的教学建议及可供参考和讨论的模型和设计路线。NSES的文本中充满了大量的实例，每个实例都包括对其某些特点所作的一个简单描述，每个实例都把例子可能帮助理解的那几项标准列述出来。NGSS则没有在正文中出现案例，而是用开放的态度在附件中提供了有针对性的研究数据及教学建议。例如，在初中和高中阶段，各个州的课程安排区别很大，因为目前也没有确凿的研究证明对于学生而言其最理想的学习内容顺序是什么。NGSS提供了概念逐步渐变模型、科学领域模型等课程模型的设计路线图供各个地方选择，同时强调，这仅仅是将要发展的众多模型中的几个，并邀请各个州、各个地区以及教师参与到这几个模式的优缺点的讨论中来。这种开放且愿意不断修正的态度正是科学本质的核心：根据新的证据，科学知识可能修改。
四、启示
综上所述，NGSS利用交叉索引编码系统便于教师使用标准，以螺旋上升模式组织标准，用最新研究发现为教师作出决策提供专业支持。这些特点都体现出NGSS作为标准，不再是以要灌输、解读给教师的姿态，更不是以“防教师”的策略来控制教师的课程实践，而是以分享的、邀请的态度请教师加入课程的开发、设计、研究当中。2001年，我国启动了新世纪基础教育课程改革，其一个显著的变化是国家课程标准取代了沿用了几十年的直接指导教学工作的教学大纲，突出了“国家课程标准应当首先规定国家对未来国民各方面素质的基本要求，而不是过多地规定通过怎样的教学过程达到这一要求”[3]的思想。然而，从目前的师资条件来看，我国大部分教师还处在基于自身经验和基于教科书实施课程的阶段。[4]教师基于现行的课程标准开展教学活动的能力还有待提高，而基于实证性的科学教育研究提出的教学建议还较少。所以，对美国《新一代科学教育标准》不宜直接照搬，或实行所谓的“跨越式发展”，而应在考虑中美两国国情重大不同的前提下选择性地借鉴与吸收。
参考文献：
[1] NGSS Lead States. Next Generation Science Standards：For States，By States. Volume 2：Appendixes[S].Washington， DC： The National Academies Press， 2013： 29～38.
[2] 万东升，张红霞.杰出创新人才的培养：美国最新动态[J].外国教育研究， 2012（2）：68.
[3] 李建平.从教学大纲走向课程标准——课程专家与课程实施者的对话[J].教育发展研究，2002（4）：30.
[4] 崔允漷.课程实施的新取向：基于课程标准的教学[J].教育研究，2009（1）：74.
一、编码系统便于教师使用标准
教师作为课程的设计者及实施者，必须能方便地提取标准和理解标准，NGSS统一的编码及交叉索引为教师提供了极大的方便。无论是通过纸质版本的标准还是NGSS的官方网站（http：//www.nextgenscience.org/），教师至少可以通过三种方式来提取标准：按主题编排的标准、按学科核心理念编排的标准和按编码提取的标准。提取出标准后，教师要针对标准开发课程。然而，新标准体现为学生的预期表现，也就是将要被评估的是内容，而不是课程，这时教师不必去猜测预期表现的意图，而是可以通过编码读出构成这条预期表现的科学和工程实践、学科核心概念、跨学科概念三个维度的内容，还可以通过澄清说明（Clarification Statement）和评价的边界（Assessment Boundary）得到例子、进一步的说明以及评价范围，更可以通过编码找到相关的联系。NGSS中每个年级或学段的标准都按主题或学科核心理念编排，每个主题或核心理念下又包括若干条标准，而每条标准则以预期表现来呈现。
表1所示为以两种形式编排的三年级科学教育标准，其按主题编排包含4个主题，按学科核心理念编排则包含7个核心理念。各个州在采用标准时可以选择任一种编排方式的版本或在此基础上开发他们自己的内容编排结构。
尽管按主题编排的NGSS和按学科核心理念编排的NGSS的表现形式有较大区别，但它们使用同样的编码系统，即根据学科核心理念编码的系统。预期表现的编码为“学段+学科代码+核心理念序号+序号”。学科核心理念按“学科代码+核心理念序号+子理念序号”进行编码。如编码“ESS2.D”表示这是“地球与空间科学”中第2条核心理念“地球系统”下的第4条子核心理念“天气和气候”。这些编码在两种组织方式的版本中都是一致的，读者可以通过编码检索到任一预期表现或核心概念。附于标准之后的“联系部分”则提供：在其他学科有着一致的学科核心概念的主题名字;学生理解这个标准中核心概念的基础（通常是上一个年级的基础）的主题名字，或是建立在这个标准基础上的主题名字（通常是随后年级的标准）;《共同核心州立标准》（the Common Core State Standards，简称CCSS）中与预期表现一致的数学和英语语言艺术的编码和名称。总之，交叉索引编码系统为教师方便地提取资源、重新组织资料以及进行自身教学过程的量化研究，都作了充分的准备，这一点尤其值得我国借鉴。
二、以科学和工程实践、学科核心概念、跨学科概念辅助教师理解预期表现的内涵
NGSS是学生“预期表现”的标准而不是课程标准。[1]预期表现仅仅是为评估的发展提供指导，而教什么、什么时候教都是需要作决策的。NGSS开发团队致力于以科学和工程实践、学科核心概念、跨学科概念辅助教师理解预期表现的内涵。尽管每个预期表现都包含了标准的编辑框架中的三个维度——科学与工程实践、核心学科的概念和跨学科概念，但这并没有决定这三部分如何联系到课程、单元和每一节课中，教师还需要来决定用什么样的教学计划把实践与概念连贯起来，帮助学生达到这些标准。
不同年级之间课程的联系模式主要有两种：一种是直线型的循序渐进模式，另一种是螺旋式上升模式。前标准NSES就被认为没有系统地考虑各学段的连贯一致性而只强调分散的事实，注重广度而不是深度，没有为学生提供参与的机会来体验实际上科学是怎么做的。新标准NGSS在这方面作了重大的改变，它聚焦于为数不多的科学与工程的核心理念，采用了螺旋上升的模式，强调从学段到学段的连贯的知识进阶，允许学生在整个中小学科学教育过程中来动态地建构知识。
每一条核心理念在K-12年级标准中都出现不止一次，一些以往看来较抽象更适合在高年级段学习的核心理念，如能量、力与相互作用、工程设计等，也从低年级阶段开始就涉及。但这并不意味着在低年级段就给学生传授“能量守恒定律”这样的具体概念，而更多以实践活动体现学生预期表现的达成。如幼儿园阶段的孩子可以通过“观察，判断日照对地球表面的影响;使用工具、材料设计和建造一个设施（如遮阳伞、罩棚、帐篷等），减少一个区域的日照热效应”来展示他们对“日照使地球表面变暖”的理解。这些在低年级发展形成的概念和技能，将有助于学生进入高年级时解释关于“能量守恒和能量转换”更加复杂的现象。再以工程设计为例，从幼儿园到高中，工程设计的标准均围绕“界定工程问题”“设计工程问题的解决方案”“优化解决方案”这三个子目标。从纵向上看，在低年级阶段，学生应懂得“工程问题”事关人们想要去改变现状的问题，能够使用工具和材料去解决一些简单的工程问题，能够比较不同的解决方案哪个更好。在高年级阶段，学生将有机会参与事关社会和全球意义的复杂问题，将复杂问题分解成简单的问题来一一解决，根据量化的标准和给定的条件从社会效益和环境效益的角度权衡利弊，比较不同的解决方案的优劣。从横向上看，在生命科学、物质科学、地球与空间科学这三个学科领域中，有相当数量的评价以工程实践的实际问题作为科学核心理念考核的载体，也就是说学生要通过工程实践的应用展示他们对科学的理解。上述例子所体现的思想与布鲁纳的观点是一致的，即要掌握基本概念并能有效地应用，不能只靠一次学习就达到目的，而是要反复学习，并在越来越复杂的形式中加以运用，从而不断加深理解，逐渐掌握。 三、最新研究发现为教师作出决策提供专业支持
科学教育的研究成果发展很快，教育标准必须反映最新成果。换句话说，要以最新研究成果为指导。怎样将新理论与可操作的标准相结合，使教师能够更好地理解标准并落实到自己的实践中，新标准采取了新的方法：以附件的方法对一些关键问题进行详细论述与解释。这些主题包括：NGSS中的概念改变、对公众反馈的回应、升学与就业准备、教育公平与多元化、核心学科理念、科学与工程实践、跨学科概念、科学本质、工程设计、科学技术社会与环境、初高中课程的典型设计等。
以“教育公平与多元化”为例，美国的学生越来越多样化。2010年美国的学龄人口中有45%是少数族裔，据预测到2022年少数族裔的学生将超过50%;超过21%的学生在家里并不说英语，英语欠佳（Limited English Proficient，简称LEP）的学生从1993年的5%到2007年的11%翻了一番还多。[1]此外还有残疾学生、贫困学生等群体。针对一线教师该如何做来保证NGSS对所有学生都是可以达到的，NGSS提供了基于研究的实施策略。NGSS进行了七个不同学生群体的案例研究，来说明当学生参与NGSS时的科学教学和学习情况。这七个群体包括《不让一个孩子掉队法案》和《中小学教育法》中提出的经济上弱势的学生、少数族裔学生、残疾学生、英语水平有限的学生，以及NGSS扩充的三个群体：女性学生、选择非学校教育方案的学生和超常天才学生。对超常儿童群体的重视是美国近年来的一个新动向。[2]NGSS在阐述学生的差异时使用了“主流（dominant）”和“非主流”而不是“强势”与“弱势”的术语。因为非主流群体在教育系统中历来被忽略，这是以往传统科学教学中做得不够的。基于这七个群体的研究，开发团队得出了在科学教室、学校、家庭和社区有效实施NGSS的策略，而这些研究的背景，包括学生人口统计学的变化、持续存在的成就差异和影响学生的教育政策等也清楚地在NGSS中展现出来。这些研究及数据为教师作出决策提供了重要的依据。
此外，NGSS并没有像旧标准那样提供具体的教学案例，而是提供了大量基于研究的教学建议及可供参考和讨论的模型和设计路线。NSES的文本中充满了大量的实例，每个实例都包括对其某些特点所作的一个简单描述，每个实例都把例子可能帮助理解的那几项标准列述出来。NGSS则没有在正文中出现案例，而是用开放的态度在附件中提供了有针对性的研究数据及教学建议。例如，在初中和高中阶段，各个州的课程安排区别很大，因为目前也没有确凿的研究证明对于学生而言其最理想的学习内容顺序是什么。NGSS提供了概念逐步渐变模型、科学领域模型等课程模型的设计路线图供各个地方选择，同时强调，这仅仅是将要发展的众多模型中的几个，并邀请各个州、各个地区以及教师参与到这几个模式的优缺点的讨论中来。这种开放且愿意不断修正的态度正是科学本质的核心：根据新的证据，科学知识可能修改。
四、启示
综上所述，NGSS利用交叉索引编码系统便于教师使用标准，以螺旋上升模式组织标准，用最新研究发现为教师作出决策提供专业支持。这些特点都体现出NGSS作为标准，不再是以要灌输、解读给教师的姿态，更不是以“防教师”的策略来控制教师的课程实践，而是以分享的、邀请的态度请教师加入课程的开发、设计、研究当中。2001年，我国启动了新世纪基础教育课程改革，其一个显著的变化是国家课程标准取代了沿用了几十年的直接指导教学工作的教学大纲，突出了“国家课程标准应当首先规定国家对未来国民各方面素质的基本要求，而不是过多地规定通过怎样的教学过程达到这一要求”[3]的思想。然而，从目前的师资条件来看，我国大部分教师还处在基于自身经验和基于教科书实施课程的阶段。[4]教师基于现行的课程标准开展教学活动的能力还有待提高，而基于实证性的科学教育研究提出的教学建议还较少。所以，对美国《新一代科学教育标准》不宜直接照搬，或实行所谓的“跨越式发展”，而应在考虑中美两国国情重大不同的前提下选择性地借鉴与吸收。
参考文献：
[1] NGSS Lead States. Next Generation Science Standards：For States，By States. Volume 2：Appendixes[S].Washington， DC： The National Academies Press， 2013： 29～38.
[2] 万东升，张红霞.杰出创新人才的培养：美国最新动态[J].外国教育研究， 2012（2）：68.
[3] 李建平.从教学大纲走向课程标准——课程专家与课程实施者的对话[J].教育发展研究，2002（4）：30.
[4] 崔允漷.课程实施的新取向：基于课程标准的教学[J].教育研究，2009（1）：74.