張殷　張紅霞　羅星凱

摘 要 美國發(fā)布的《新一代科學(xué)教育標準》展示了美國基礎(chǔ)教育階段科學(xué)教育理念的重大拓展。第一，面對今天廣大的人造世界環(huán)境，新標準強調(diào)“工程技術(shù)”不僅僅是科學(xué)的應(yīng)用，而且是人類改造世界的一項系統(tǒng)化實踐，因此，即便是在低年級階段也具有重要教育意義；第二，用“實踐行為表現(xiàn)”作為評價學(xué)習效果的重要指標；第三，落實科學(xué)教育與數(shù)學(xué)、閱讀等其他學(xué)科教育標準的融合；第四，從教育公平角度明確提出為超常學(xué)生提供與其學(xué)習能力相應(yīng)的學(xué)習機會。

關(guān)鍵詞 科學(xué)教育 教育標準 基礎(chǔ)教育

鑒于美國學(xué)生在國際評價中科學(xué)與數(shù)學(xué)成就排名落后的現(xiàn)象[1]、美國高科技產(chǎn)業(yè)全球市場份額的降低[2]、民主政治社會的需要以及日益復(fù)雜的科技帶來的社會問題[3]，美國社會各界對科學(xué)教育改革的呼聲越來越大。美國《新一代科學(xué)教育標準》（Next Generation Science Standards，簡稱NGSS）在2013年4月正式發(fā)布。

一、在基礎(chǔ)教育階段，工程技術(shù)教育的地位提升

自近代科學(xué)誕生以來，人類對自然界的理解和開發(fā)已經(jīng)使世界發(fā)生了重大變化，由工程技術(shù)帶來的人造世界在地球表面，尤其在人類居住的環(huán)境中占據(jù)了很大的份額。因此，在21世紀，人類的下一代對人造世界（the human-built world）的理解和控制能力與對自然界的理解和控制同樣重要。過去，人們對工程和技術(shù)常常存在兩個誤解：第一，認為工程設(shè)計就是對科學(xué)原理的簡單應(yīng)用，“技術(shù)”無非是人們用以改造自然為我所用的一些方法；第二，誤將技術(shù)與計算機或電子設(shè)備這些具體的科技產(chǎn)品等同起來[4]。實際上，“‘工程這個術(shù)語廣義上指任何通過設(shè)計來獲得特定的人類問題解決方案的系統(tǒng)化實踐；同樣，‘技術(shù)一詞廣義上包括所有類型的人造系統(tǒng)和產(chǎn)生這些系統(tǒng)的工作流程。”[5]由此可以看出，“工程技術(shù)”概念含有三個特點：強調(diào)系統(tǒng)性、突出人類環(huán)境、囊括人的行為和社會關(guān)系等各種要素的相互聯(lián)系與作用。所以，工程技術(shù)包含著工程師們進行設(shè)計活動來滿足人類的需要和愿望時他們對自然世界和人類行為的理解[5]。其含義遠遠超過我們通常的誤解：將“工程技術(shù)”等同于“操作”和“科技產(chǎn)品的使用”。

NGSS提倡學(xué)生親歷工程設(shè)計去解決實際問題。學(xué)生應(yīng)該具有這樣一些學(xué)習經(jīng)歷：當他們面臨一項改變現(xiàn)實的實際任務(wù)時，要能夠識別關(guān)鍵問題所在，并能夠在給定的條件和標準下，提出可行的解決方案。然后根據(jù)既定方案著手構(gòu)建模型并測試，最后拿出優(yōu)化的方案，這些經(jīng)驗將有助于他們更好地參與解決未來幾十年將要面對的社會問題和環(huán)境挑戰(zhàn)。在低年級階段，學(xué)生應(yīng)懂得“工程”事關(guān)人們改變現(xiàn)狀的問題，能夠使用工具和材料去解決一些簡單的工程問題，能夠比較不同的工程方案哪個更好。在高年級階段，學(xué)生應(yīng)有機會參與探討事關(guān)社會和全球的復(fù)雜問題，能夠?qū)?fù)雜問題分解成簡單的問題逐步解決，能夠根據(jù)確定的標準和給定的條件，從社會效益和環(huán)境效益兩個角度權(quán)衡利弊、評價方案。NGSS在教育內(nèi)容上提出了“科學(xué)教育核心理念”、“科學(xué)和工程實踐”、“跨學(xué)科概念”三大板塊。為了達成工程與技術(shù)的教育目標，在“科學(xué)教育核心理念”板塊中，“工程、技術(shù)和科學(xué)應(yīng)用”與“物質(zhì)科學(xué)”、“生命科學(xué)”、“地球與空間科學(xué)”并列為“四大學(xué)科領(lǐng)域”，同時“工程設(shè)計”又作為次一級的內(nèi)容出現(xiàn)在“科學(xué)和工程實踐”這個板塊中?？梢姽こ碳夹g(shù)在NGSS中的重要地位。事實上，即便是一直備受重視的“科學(xué)本質(zhì)”（Nature of Science）在新標準中也沒有單獨成為教學(xué)目標的一項內(nèi)容，而是被包涵在“科學(xué)和工程實踐”和“跨學(xué)科概念”兩個板塊中，被看成是對探究與實踐環(huán)節(jié)的補充，因為在實踐的基礎(chǔ)上學(xué)生才有機會和能力來思考他們究竟“做了什么”和“為什么做”等事關(guān)科學(xué)性質(zhì)的問題。通過這種反思他們可以了解每項實踐活動的重要性，進而發(fā)展出一種精細的對科學(xué)本質(zhì)的理解和欣賞，進而激發(fā)他們繼續(xù)在科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域?qū)W習深造或者成為具有STEM（Science，Technology，Engineering and Mathematics）素養(yǎng)的合格公民。

二、以“實踐行為表現(xiàn)”作為學(xué)習評價的重要指標

用“實踐行為表現(xiàn)”作為評價學(xué)生學(xué)習的重要指標，而不是過去使用主觀陳述性動詞（如“知道”、“了解”等）加“科學(xué)概念”的陳述，這是NGSS的又一發(fā)展。在物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與空間科學(xué)這三個學(xué)科領(lǐng)域中，有相當比例的學(xué)習評價環(huán)節(jié)是以實際的工程實踐問題作為考核學(xué)生科學(xué)核心理念的載體。學(xué)生要通過工程實踐展示他們對科學(xué)的全面理解，盡管隨著學(xué)段的升高這個比例略有減少，但到了高中階段仍然占有1/4。這就是說，在學(xué)生學(xué)習效果的評估方法上，NGSS將科學(xué)概念的理解與參與科學(xué)實踐、工程設(shè)計整合在一起，從而促進學(xué)生掌握真實世界中利用工程實踐解決實際問題的能力。

以三年級“天氣和氣候”主題下的評價標準為例：“做一個關(guān)于減少天氣自然災(zāi)害的設(shè)計方案并闡明其可行性”。構(gòu)成它的學(xué)生能力基本要素包含學(xué)科核心理念維度中的對“天氣”和“自然災(zāi)害”概念的理解，還包含科學(xué)與工程實踐維度中的“工程設(shè)計”和“參與基于證據(jù)的辯論”，以及跨學(xué)科概念維度中“因果關(guān)系”的掌握。

由此可見，科學(xué)和工程實踐的結(jié)合不僅事關(guān)教學(xué)的內(nèi)容、策略和方法，它還是學(xué)生成就的考核指標?！霸谖磥淼目茖W(xué)教育評估中，不會單獨評估學(xué)生對核心理念的理解，而是將核心理念的理解與科學(xué)探究和工程實踐能力結(jié)合在一起評估，顯示學(xué)生不僅‘知道科學(xué)概念，而且可以利用對科學(xué)概念的理解來探究自然界，或者通過工程設(shè)計手段解決人造世界的問題?！盵4]NGSS采用“工程實踐行為表現(xiàn)”的可操作的顯性評價方式，可以對因不同教師對標準理解不同而導(dǎo)致的評價誤差和困難的問題有所改善。

三、“科學(xué)”與其他學(xué)科的聯(lián)系加強

如前所述，工程技術(shù)在NGSS中的定義強調(diào)系統(tǒng)性，突出人造環(huán)境，囊括人的行為和社會關(guān)系等各種要素及其相互聯(lián)系與作用。因此，對教育者來說，確保學(xué)生科學(xué)學(xué)科的學(xué)習與其他學(xué)科的一致性和有機聯(lián)系是非常重要的。

以數(shù)學(xué)為例，自然科學(xué)是一門定量的學(xué)科，數(shù)學(xué)是科學(xué)的語言。學(xué)生在初中和高中階段應(yīng)該掌握許多強大的定量分析工具，這些工具在科學(xué)實踐中的應(yīng)用，將遠遠超出純粹的數(shù)學(xué)課堂的教學(xué)效果。在不同情境下應(yīng)用這些工具，既可以促進學(xué)生對數(shù)學(xué)更深入地理解和更牢固地掌握[4]，又可以提高學(xué)生科學(xué)實踐的深度。語文的讀寫能力對科學(xué)學(xué)習也至關(guān)重要。科學(xué)文獻閱讀可以促進學(xué)生對科學(xué)學(xué)科有關(guān)規(guī)范的理解、對使用證據(jù)的理解；還可以發(fā)展對復(fù)雜爭論的評判能力，對復(fù)雜信息（如科學(xué)概念的圖表和數(shù)據(jù)）的綜合能力等[4]。寫作和口頭表達能力則是學(xué)生在科學(xué)學(xué)習中提出論點和捍衛(wèi)論點的主要手段。通過準確表達他們所經(jīng)歷的、構(gòu)想的、思考的以及學(xué)到的內(nèi)容，展示對于某個科學(xué)概念他們究竟知道了什么。具體而言，NGSS在其每個主題下都列出了與數(shù)學(xué)和英語學(xué)科一致的考核標準。例如，三年級的“天氣與氣候”主題就包括了五條讀寫能力標準及五條數(shù)學(xué)能力標準。其中讀寫能力標準包括：比較不同文章對同一主題而呈現(xiàn)的核心觀點；實施短期的研究項目，構(gòu)建關(guān)于主題的知識；回憶自己的經(jīng)歷或從書本和電子化資源中收集信息，記錄證據(jù)來源并進行分類等[6]。數(shù)學(xué)能力標準包括：抽象及定量分析、數(shù)學(xué)建模、使用合適的工具等[6]。這樣，在教學(xué)中，針對“地球和人類活動”這一科學(xué)核心理念，教師提供了學(xué)生使用連續(xù)變量以及表示和解釋分類數(shù)據(jù)的機會。例如：作一個統(tǒng)計圖或柱狀圖來表示在十二月、一月、二月、三月最高溫度低于攝氏零度的天數(shù)，然后總計這個冬天有多少天低于攝氏零度？[4]

四、強調(diào)為超常兒童提供公平的學(xué)習機會

教育公平是一個永恒的話題。世界經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）提出教育公平有兩個涵義：第一個涵義是公正（fairness），就是要保證公民不因性別、社會經(jīng)濟地位和種族等個人和社會因素妨礙其達到自己能力所允許的教育高度；第二個涵義是覆蓋（inclusion），就是要保證每個人都受到基本的、最低標準的教育[7] 。NGSS中，一方面包含了所有學(xué)生需要知道和能去做的必不可少的內(nèi)容，要求所有學(xué)生都能達到所有方面的標準；另一方面，雖然NGSS沒有給出超前學(xué)習的內(nèi)容和標準，但它通過多種方式確保學(xué)有余力的超常學(xué)生奠定學(xué)習高級課程的基礎(chǔ)，使得他（她）們有可能通過學(xué)習大學(xué)先修課程（Advanced Placement）或者其他高級課程提前進入更高的學(xué)習階段。在美國《不讓一個孩子掉隊法案（NCLB）》和《中小學(xué)教育法（ESEA）》文件中，專門討論和研究的群體是“經(jīng)濟上弱勢的學(xué)生”、“少數(shù)族裔學(xué)生”、“殘疾學(xué)生”、“英語水平較低的學(xué)生”，而NGSS則把研究拓展到了包括“超常兒童”在內(nèi)的七個群體，通過提供各個群體科學(xué)學(xué)習特點的研究資料，為課程、評價和教學(xué)決策提供了重要依據(jù)。對超常兒童群體的關(guān)注，實際上是NGSS對“公正”給出的新詮釋和拓展。

五、總結(jié)和啟示

綜上所述，NGSS展示了美國科學(xué)教育理念的新拓展。面對今天廣大的人造世界環(huán)境，NGSS所強調(diào)的工程技術(shù)，不僅僅是科學(xué)的應(yīng)用而且是人類改造世界的一項系統(tǒng)化實踐，因此具有重要教育意義；而用“工程實踐行為”作為評價科學(xué)學(xué)習“輸出”（學(xué)習效果）的重要指標，對學(xué)生掌握真實世界中利用工程實踐解決實際問題的能力是有力的促進。鑒于我國沒有科學(xué)理性的文化基礎(chǔ)[8]，當然不可直接照搬美國新標準，實行所謂的“跨越式發(fā)展”，而應(yīng)在考慮中美兩國國情和文化的重大差異前提下選擇性地借鑒與吸收，以避免導(dǎo)致中國的科學(xué)教育落入“將工程技術(shù)實踐等同于工匠操作”的教育誤區(qū)。同時也要考慮我國地域廣大、區(qū)域差異顯著的特點，對于一些發(fā)達地區(qū)大城市的環(huán)境，學(xué)生們生活的世界已經(jīng)進入以人造世界為主的環(huán)境，因此可以考慮在發(fā)達地區(qū)結(jié)合中國本土特色，將科學(xué)教育與工程技術(shù)融合。

參考文獻

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[5] National Research Council.A Framework for K-12 Science Education： Practices，Crosscutting Concepts，and Core Ideas. Washington， DC： The National Academies Press， 2012.

[6] [11]NGSS Lead States.NextGeneration Science Standards：For States，By States.Volume1：The Standards-Arranged by Disciplinary Core Ideas and by Topics. Washington，DC：The National Academies Press，2013.

[7] Simon Field，Malgorzata Kuczera，Beatriz Pont.No More Failures： Ten Steps to Equity in Education [EB/OL].http：//www.oecd.org/edu/school/nomorefailurestenstepstoequityineducation.htm，2007-11-14/2013-9-20.

[8] 萬東升，張紅霞.我國非正式科學(xué)教育發(fā)展的困境與路徑選擇——基于美國的經(jīng)驗[J].教育科學(xué)，2013（4）.

[作者：張殷（1978-），女，廣西黎塘人，南京大學(xué)教育研究院在讀博士研究生，廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授；張紅霞（1959-），女，江蘇淮安人，南京大學(xué)教育研究院教授，博士；羅星凱（1958-），男，湖南新邵人，廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授，博士。]

【責任編輯 鄭雪凌】