Carolyn+Higgins

當我逐步開始使用《新一代科學教育標準》（NGSS）的時候，我開始仔細研究我在課堂上使用的課程和活動，以確定我是否仍然可以使用它們。我優(yōu)先考慮的重點是建立與新標準一致的課程，同時保證學生有足夠的時間投入到3個維度目標的學習中。我以前使用的許多資源并不符合NGSS，但不是所有的都需要被拋棄。相反，有些經過深思熟慮的修改后能夠符合NGSS的要求，成為幫助學生理解特定現象的教學序列的一部分。

多年來，我的學生都以高空墜蛋項目結束力學這個單元的學習。我會給他們一份可使用材料清單，讓他們在家做一個自己的“雞蛋保護裝置”，在一定的標準和限制條件下，掉落后沒碎的雞蛋能夠獲得加分。這看起來是力學單元一個很棒的最終項目。然后NGSS出現了。為什么有人會在樓梯間扔下一個雞蛋，我需要為此找到一個理由。事實上，這個活動和現實生活并沒有任何聯系。但是我們可以使之有聯系嗎？

EQUIP量規(guī)表可以幫助評估1節(jié)課或1個單元的質量和可能的有效性。這個評價量規(guī)表包括判斷與特定NGSS維度相一致的部分，教學支持的質量和學生進展是否得到有效監(jiān)控。它可以確定資源中缺少的內容。我使用這個量規(guī)表評估我在NGSS之前的墜蛋活動以幫助判斷它是否可用，需要做哪些修改從而使它符合NGSS的要求。

規(guī)劃修訂

當我在心中回顧與雞蛋墜落活動相關的NGSS內容時，我在尋找它符合的具體的預期表現（PE）。因為這些預期表現描述了學生在教學后應該知道什么，一次學習體驗對于學生達到預期表現顯然是不夠的。學生需要多種學習經驗建立他們對每個主題的理解。墜蛋活動是建構理解的一個學習序列的一部分。我回顧了中學的標準，發(fā)現了整合在雞蛋墜落學習經歷中的潛在的學科核心概念（DCIs）、科學和工程實踐（SEPS），以及跨學科概念（CCs）。

在規(guī)劃活動細節(jié)時，我重點讓學生在完成活動的過程中參與到NGSS的3個維度的學習中。這個活動涉及了幾個學科核心概念。我考慮了“各種能量形式之間的關系”這一單元中涉及的學科核心概念，并認為這是學生對“能量守恒和能量轉換（DCI PS3.B）”的理解的一部分：“當物體的運動改變時，不可避免地同時存在著一些能量的變化”（NGSS，2013）。與NGSS中的任何主題一樣，我規(guī)劃了一系列體驗活動，讓學生最終建構這個學科核心概念。

例如，在建造雞蛋的保護裝置前，學生們要理解能量的類型，并通過下落物體砸出的沙子的量，在較小的尺度上研究能量的轉換。他們研究了當鋼球從各種高度落入裝滿沙子的容器中時，能量是如何變化的。當從較高的距離落下時，球在沙中產生更大、更深的凹陷。然后，他們研究了各種質量的球從同一高度落下時，沙子所發(fā)生的變化。墜蛋活動是這一系列中的最后一個活動。除了提供了一個機會評估學生對能量隨運動改變而變化的理解，墜蛋活動也有助達到DCI ETS1.C的要求：優(yōu)化設計方案。具體地說，它涉及到這個觀點“測試最有可能的解決方案，并在測試結果的基礎上提出建議，進行修改，這樣的迭代過程會導致更大的改進，最終達到最佳解決方案”（NGSS，2013）。為了達到這個學科核心概念，我安排了足夠的課時測試和修改作品。

談到科學和工程實踐，構建解釋和設計解決方案似乎最適合這個活動。學生參與多種實踐，但活動和對他們理解的評價集中在科學和工程實踐，特別是這樣的部分：“運用科學的概念或原理進行設計、構建和測試一個對象、工具、流程或系統(tǒng)”

（NGSS，2013）。最后，我確定了最佳的跨學科概念。這個活動是關于能量轉換的，但我希望的跨學科概念要有一個更寬廣的視野，而不僅限于能量。由于學生構建并測試的是一個有形的產品，我選擇的跨學科概念是結構和功能。分析的重點將吸引學生確定所選材料的結構如何有助于他們所創(chuàng)造的產品的功能。

當學生參與到設計解決方案，并發(fā)展對結構如何影響功能的概念理解時，這個活動支持他們學習能量轉換和工程優(yōu)化。在規(guī)劃活動細節(jié)時，我隨時參閱EQuIP量規(guī)表，在過程中幾次停下來審查已完成的部分，以保證我的重點。

我的學生們很好地參與進了與現實世界的問題相聯系的課堂學習體驗中，所以我想到了讓學生們開發(fā)一個工程解決方案的需求。世界各地的偏遠地區(qū)，經常出于人道主義的努力，需要投遞藥物和疫苗。無人機也在用于新聞報道，并且似乎吸引了我的學生。我決定讓學生們參與建造世界衛(wèi)生組織的運輸容器。這些容器可以保護由無人機運送到偏遠地區(qū)并從9米高的空中投放的藥品玻璃瓶，這恰好和我們學校的開放式3層樓梯問的高度相同。

在工程研制過程中，雞蛋將作為玻璃藥瓶的替代品。如果在測試所制作的包裝中雞蛋能保持完整，那么玻璃瓶也很可能在投放的過程中保持完好。我找了一些在線的無人機運送的視頻，吸引他們進入這個思路，并讓他們了解無人機的能力。

付諸行動

學生們之前就參與過反復的工程設計過程，所以他們能夠理解設計和測試不是一個“一步到位”類型的活動。他們知道評估并修改設計以開發(fā)最佳產品的重要性。

第1天吸引學生參與這項活動是成功的。學生們對無人機的使用很感興趣，并急于開始設計。設置使容器可生物降解這個標準，使得設計比前幾年讓學生使用氣泡膜和包裝填充物更有創(chuàng)意。這一次，容器的結構將與材料一樣重要。全班集思廣益，頭腦風暴列出了可能的生物降解材料。他們列出一份可能的材料清單，我同意提供其中的大部分，其他材料可以從家里帶來。學生2～3人1組開始規(guī)劃模型。學生們也列出了他們需要從家中帶的材料清單。

第2～4天我給了3天的課堂時間設計和構建模型。學生可以進入樓梯間進行反復測試，但不允許放雞蛋。幾個學生帶來了雞蛋大小的石頭作為“乘客”。一些小組放學后留在學校繼續(xù)工作，試圖去達到標準從而做出一個成功的產品。即使是對學業(yè)最為抗拒的學生也參與了進來，所有人都喜歡該項目解決問題的特性和他們完全主導的自主性。當模型搭建完成后，小組需要繪制一張帶有標記的模型圖，并列出最終作品所用的材料。每個學生還必須寫一個對于當容器接觸到地面時所具有的動能是如何轉變?yōu)槠渌问降哪芰慷挥绊懙皻さ某醪浇忉尅?/p>

第5天在測試容器下落的前一天，學生們進行了作品展示，每組2～3分鐘向全班展示他們的模型和模型圖，并給出他們對于預計的能量轉換的解釋。

第6天在測試容器下落的這天，一個巨大的“×”貼在樓梯間底部的地板上，整個區(qū)域覆蓋著一層透明的塑料保護層。學生們站在扶手旁，安全地觀察著每一個容器從樓梯間落下。絕大多數雞蛋都在從9米高空中落下后保持完好。那些雞蛋碎裂的學生接受了這個事實，并開始思考改進他們設計的方法以獲得成功。

第7天學生開始寫對于能量轉換的解釋和關于容器結構中的每種材料是如何保護內容物以實現容器功能的分析。學生們重新查看了依然在教室各處展示的模型圖和最初的解釋。這樣的反思能讓他們修改最初的想法并進一步完善。雞蛋掉落后的狀態(tài)只決定他們分數中的一部分，他們有機會通過描述為何會失敗，以及如何改進設計而彌補扣分。

評測結果

NGSS已經改變我評測學生學習的方式。我現在把評測納入到學習的過程中，而不是直接用事實或概念的細節(jié)測試學生。我一直用形成性評測，但還沒有達到NGSS所要求的程度。我給每個學生每周的參與成績，在整個過程中，以小組形式檢查學生們的工作和他們參與全班討論的程度，評測他們的反應。我也單獨評估每個學生對其所在小組的參與。雖然每個學生可能不會投入于相同類型的工作，但我期待看到每個學生都要求自己學習并與他人合作。

學生們在這個活動中的總結性成績是建立在容器是否達到所有標準和限制條件、雞蛋下落后的狀態(tài)，以及所寫的分析報告這幾者的總和之上的。分析報告要求學生回應關于能量轉換，以及他們容器設計中部件的結構和功能等提示性問題。我鼓勵學生編輯完善作品以展現出更好的理解，并重新提交以提高他們的成績。

使用NGSS，學生有多樣的機會去熟練地達到每個預期表現的要求。自從在課堂上實施NGSS以來，我看到了所有學習者都在參與性上有所提高。從成績最好的到仍然需要幫助的學生，NGSS似乎對他們，對自然和設計的世界的理解都有著積極的影響。endprint