作者簡介：鄧磊（1977-），教育學博士，西南大學科學教育研究中心副教授，碩士生導師?！段锢斫虒W探討》期刊編輯，華東師大、美國俄亥俄州立大學訪問學者。參與“司南版”中學物理教材、教參的編寫工作，主要研究方向為物理課程與教學論。

摘? ?要：美國《新一代科學教育標準》（NGSS）作為科學教育領域具有里程碑意義的文件，對我國當前正在進行的中學物理課程改革具有重要的參考價值。文章在對NGSS沿革述評的基礎上分析了NGSS“物理科學”的內(nèi)容與特點，并從物理科學內(nèi)容的構成與銜接、科學&技術&工程和數(shù)學（STEM）的融合、物理課程框架的設置等方面對我國中學物理課程改革提出了具體建議。

關鍵詞：核心概念;科學&工程實踐;跨學科概念;表現(xiàn)期望;課程改革

中圖分類號：G633.7? 文獻標識碼：A ? 文章編號：1003-6148（2019）12-0001-4

美國《新一代科學教育標準》（NGSS）作為科學教育領域具有里程碑意義的文件[1]，對我國當前正在進行的基礎教育物理課程改革具有重要的參考價值。本文擬通過對NGSS中“物理科學”（6-8年級）內(nèi)容的研究，為我國中學物理課程改革提出建議。

1? ? NGSS的沿革及述評

美國在上世紀90年代以前一直沒有由國家統(tǒng)一設置的基礎教育課程，從而導致各州的教育水平參差不齊。為了改善由此導致的“危機”，1996年美國國家科學院頒布了第一部國家層面的科學教育標準（簡稱《標準》）。該《標準》包括科學領域的內(nèi)容標準、教學標準、職業(yè)發(fā)展標準和評價標準等，旨在提升學生的科學素養(yǎng)。經(jīng)過十五年的實施，美國學生從幼兒園到12年級（K-12）在科學及科學學習領域都取得了相當顯著的進展[1]。但由于該《標準》下的科學課程依舊未能面向全體學生，且課程內(nèi)容“求寬不求深”，致使越來越多的學生畢業(yè)后不能夠從事科學工作。這促使美國科學教育研究者開始重新審視基礎科學教育的課程是否需要改革。

在21世紀的第一個十年末，美國啟動了新一輪的科學教育改革[2]，并于2011年正式頒布了《K-12年級科學教育框架》（簡稱《框架》）?！犊蚣堋返念C布標志著美國新一輪全國性科學教育改革的開始。與《標準》相比，《框架》在主體結構、學科內(nèi)容、評價這三個方面存在較大的差異[3]。

2013年美國正式發(fā)布了《新一代科學教育標準》（NGSS），NGSS的出臺標志著從2010年開始的新一輪科學教育改革的基本完成。NGSS實現(xiàn)了科學教育從“學科學”到“做科學”的變革[4]，并開創(chuàng)性地提出了學科核心概念、跨學科概念和科學&工程實踐。此外，NGSS還將學習進階、科學本質(zhì)、課程地圖模型等最新研究成果融入改革后的科學課程中，以表現(xiàn)期望來整合不同學段全體學生的學習目標和要求[5]。

2? ? NGSS“物理科學”（6-8年級）的內(nèi)容簡述

NGSS包括生命科學、物質(zhì)科學、地球與空間科學及工程&技術與科學應用四個學科領域，共16個主題，以K-2年級、3-5年級、6-8年級、9-12年級四個學段來設置表現(xiàn)期望（即課程目標）。因為本研究是對我國初中物理課程改革的建議，所以對NGSS的探索聚焦在6-8年級這個學段，在課程內(nèi)容上選擇“物理科學”部分。

NGSS在初中階段（MS）對學生在物理科學上的表現(xiàn)期望是建立在對其K-5的概念和能力要求的基礎上，期望學生能夠用在該學段所形成的概念和能力來解釋真實世界。

首先，NGSS提出了4個核心概念：《PS1：物質(zhì)及其相互作用》《PS2：運動和穩(wěn)定性：力和相互作用》《PS3：能量》《PS4：波及其在信息傳輸技術中的應用》。然后，對PS1—PS4進行了表現(xiàn)期望上的總體描述。

緊接著表現(xiàn)期望的是基礎盒子（foundation boxes），盒子中的內(nèi)容是達成表現(xiàn)期望的基礎。現(xiàn)以《PS2：運動和穩(wěn)定性：力和相互作用》的基礎盒子為例（表1），來具體說明。該盒子包括三列內(nèi)容，左列提出了學習者學習PS2時需要重點培養(yǎng)的科學&工程實踐技能和與科學本質(zhì)相關的內(nèi)容，中列描述了PS2所蘊含的具體概念，右列陳述了跨學科概念和與工程、技術和科學應用的聯(lián)系（ETS）相關聯(lián)的內(nèi)容。

3? ?NGSS對我國中學物理課程改革的啟示

在知識跨越式發(fā)展的時代背景下，我國當前的初中物理課程已不能完整體現(xiàn)新世紀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對我國初中物理課程改革具有較強的啟示。

3.1? ? 對科學內(nèi)容構成的建議——以大概念建構科學內(nèi)容，選取體現(xiàn)物理原理機制的內(nèi)容

NGSS認為，物理課程的內(nèi)容可用大概念來進行組織。其實，我國當前初中物理課程的內(nèi)容也是以類似大概念的主題來組織的，如表2所示。

首先，與NGSS相比，在核心概念上，我國沒有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在物理科學領域應用性和時代性上的更新，強化了科學與技術、工程的相互影響，同時PS4與PS3也形成關聯(lián)，讓NGSS物理科學領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從屬概念的列舉，使整個子核心概念更具層次性。例如，NGSS在PS2中是以“力與運動”及“相互作用的類型”兩條子核心概念來劃分的，概念間的區(qū)分度更強，邏輯性更好。

第三，NGSS在核心概念上更聚焦，這種減少細節(jié)概念的做法可以幫助學生有機會參與更多的科學實踐，從而獲得對物理科學更深入的理解。同時，減少每個學段核心概念的做法還有助于讓教授者和學習者理清最值得花時間教與學的內(nèi)容，減少在沒有概念背景下對細節(jié)的關注。

3.2? ? 對科學內(nèi)容銜接的建議——設置跨學科概念，培養(yǎng)整合科學問題解決的思路

NGSS創(chuàng)設了跨學科概念——在所有科學領域中都能使用，具有在不同科學領域的統(tǒng)一思維方式?？鐚W科概念能夠提供有利于學生將不同科學領域知識進行有效組織并理解世界的認識，所以對學習者的物理學習非常重要。NGSS強調(diào)學習者在物理學習中需要明確7個方面的跨學科概念——模型、因果關系、規(guī)模&比例和數(shù)量、系統(tǒng)與系統(tǒng)模型、能量與物質(zhì)、結構與功能、穩(wěn)定與變化。

建議在義務教育物理課程改革時能對跨學科概念進行專門介紹，然后將其與學科核心概念進行銜接，讓學生不僅能將物理科學與其他科學的知識有效整合，同時也能理解物理科學的研究方法、思維方法并實施到其他科學領域，從而實現(xiàn)真正意義的“形而上學”。

3.3? ? 對STEM融合的建議——重組科學&工程實踐，優(yōu)化科學、技術與工程內(nèi)容

科學探究幾乎是貫穿我國基礎教育物理課程改革的整個過程，近20年科學探究的實施對提升我國中學生的科學素養(yǎng)功不可沒，但是對科學探究實踐性重視的不足也讓中學物理教學過程中出現(xiàn)了一些“偽”探究。NGSS刪除了“作為探究的科學”主題，取而代之的是科學&工程實踐。科學&工程實踐的出現(xiàn)強調(diào)了對學生在物理科學領域的學習過程中動手做、動腦思、動筆寫、動嘴辯[6]等方面能力的培養(yǎng)?？茖W&工程實踐將學生在物理學習過程中應該掌握并充分使用的8個實踐要素進行了分解和學習進階，如表3所示?？茖W&工程實踐的出現(xiàn)一方面豐富了科學探究的內(nèi)涵，另一方面也具體化了實踐中的表現(xiàn)評價。

表3? ?科學探究與科學實踐的差異

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在NGSS中用科學&工程實踐替代科學探究，除了可以實現(xiàn)幫助學生理解物理知識如何發(fā)展，提供多種機會讓學生了解世界是如何運作的目的以外，還可以讓學生了解工程師的工作，以及工程和物理世界之間的聯(lián)系。具體來說，科學探究與科學&工程實踐在具體的要素上也不一致，科學&工程實踐在開發(fā)和使用模型、運用數(shù)學和計算思維、設計方案上相較于科學探究更直接，更具有前瞻性。特別是計算思維和數(shù)學思維，既體現(xiàn)了問題解決所采用的一般數(shù)學方法，又體現(xiàn)了運用計算機科學的基礎概念進行問題解決的特殊科學思維要求，具有較為整合的科學、技術和工程意義。其實，這也是科學&工程實踐較科學探究更豐富的縮影。

3.4? ? 對課程框架的建議——劃分課程表現(xiàn)的學習進階，強調(diào)課程維度的連貫、完整

NGSS以表現(xiàn)期望為統(tǒng)領，將科學&工程實踐、跨學科概念與物理科學核心概念三個維度進行了有機的整合，從而形成了NGSS新穎而獨特的立體架構。表現(xiàn)期望闡述了6-8年級物理科學4個核心概念的內(nèi)涵及教學要點與目標，并與三維具體目標一一對應：以“學科核心概念”促進科學知識學習的連貫性和縱深發(fā)展，以“跨學科概念”促進科學學習實現(xiàn)整體一致性，以“科學&工程實踐”促進科學知識學習與實踐能力培養(yǎng)的雙向達成及基于科學本質(zhì)的理解[7]。

NGSS通過表現(xiàn)期望來判斷哪些學生的行為符合標準要求，從而實現(xiàn)課程、教學和評估統(tǒng)一的目標。同時，詳細描述和評估邊界也讓師生在進行教與學的時候能對表現(xiàn)期望理解得更深刻，需要說明的是“詳細描述”不僅是舉例，還有對每條表現(xiàn)期望的詳細解釋。此外，NGSS還對表現(xiàn)期望設置了具有連貫性的學習進階，這使物理課程更嚴謹，學生學習也更有效。

建議我國初中物理課程改革時，能對課程框架進行更具整合性的設計，這種設計不僅限于科學內(nèi)容設計的一貫性，還應該包括學生學習能力進階的一貫性，從而最終實現(xiàn)物理課程的一貫性。

參考文獻：

[1]王唯真.NGSS三維學習理念下我國小學科學內(nèi)容標準芻議[D].重慶：西南大學碩士學位論文，2016.

[2]吳文靜，王威，何瑞.美國NGSS對我國修訂生物學課程標準的啟示[J].現(xiàn)代交際，2017（16）：152.

[3]王磊，黃鳴春，劉恩山.對美國新一代《科學教育標準》的前瞻性分析——基于2011年美國《科學教育的框架》和1996年《國家科學教育標準》的對比[J].全球教育展望，2012（6）：41.

[4]謝艷琳.美國《科學教育框架》與我國《初中科學課標》的比較研究[J].基礎教育研究，2014（7）：28-30.

[5]陳峰.義務教育物理課程標準實施十年回顧與展望[J].中學物理教與學，2011（12）：20-24.

[6]郭祥堆.2011版義務教育物理課程標準的變化[J].物理通報，2014（7）：11-17.

[7]劉德春.關于《全日制義務教育物理課程標準》的認識與思考[J].中學物理，2003，21（12）：1-3.

（欄目編輯? ?廖伯琴）