《美国新一代科学教育标准》的特点及启示

ＭＳ—ＰＳ２ 运动和稳定性：力和相互作用
既使得标准使用者对标准内容有整体连贯的把握， 也利于使用者明确各维度的具体目标和要求．
整合三个维度的具体内容标准
Ｍｓ—Ｐｓ２一ａ．基于牛顿第三定律，建立图像或物理模型，测试实际问题的解决方案 ＭＳ—ＰＳ２一ｂ．设计研究以获取实验数据，证明物体运动状态的变化取决于作用在物体上的合力和物体的质量
ａ
ｒａｉｓｅｓ ｔｈｅ ｉｄｅａ ｏｆ ｃｏｌＩｅｇｅ ｐｈｙｓｉｃｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ
），女。在读研究生。研究方向为物理课程与教学论． ）。男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为物理课程与教学论
～１０—
万方数据
２０１４年第２期
表１
前标准 年级 内容 科学的统一概念和过程
Ｋ～４
物理通报 标准的内容框架
新标准 学科核心概念 年级
物理教学新思想新视角
工程实践．其一，新标准将科学与工程实践作为科学 教育新框架的三个维度之一，细分了科学与工程的 ８个实践；其二，新标准将工程、技术和科学应用列 为科学的４个学科领域之一，并确定了该领域的两
作为探究过程之科学 物质科学
物质科学
个核心概念，即工程设计及工程、技术、科学和社会
Ｋ（幼儿园）
之间的联系． 其实前国家标准中也提及了工程与技术，但州 立标准并没有将它们囊括进去，以致工程与技术在 科学课程、教学和评价中没有得到关注．为了改变这 一状况，新标准将工程与技术充分整合至科学教育 的框架之中，并将工程设计提升到与科学探究同等 重要的位置．当然，编写者作出这一改变还参考美国 当前的相关报告与事实．从实践和认知角度来看，工 程与技术提供给学生将科学知识应用于真实情境的 机会，使学生在工程实践中组建学科核心概念和跨 学科概念，从而深化学生对科学及其本质的理解，增 进学生对科学的兴趣Ｈ］．再者，从国家层面来看，美 国的发展需要大量具备ＳＴＥＭ知识与技能的创新 人才．奥巴马白上任后，尤其重视ｓＴＥＭ教育对促 进科学发现及保持国家经济竞争力的作用，并多次 强调了激励年轻一代从事ＳＴＥＭ领域工作的迫切 需要．将工程与技术带进科学教育中，有助于学生适 应科技发达的社会，成为科学知识的学习者、使用者 和创造者．
２．２
整体化设计实现三个维度的整合 新标准的编写者认为，要实现科学教育新框架
中的愿景，更好地促进学生有效学习，必须将科学与 工程实践、学科概念和跨学科概念三个维度有机整 合至标准、课程、教学和评价体系中，而该整合任务
应始于新标准的制定［５］．为此，不同于前标准，新标
准中围绕核心概念的各条标准都以表格的形式呈 现，整合三个维度的内容，形成整体化的体系结构， 以此突出三个维度间的具体联系．下面给出初中阶 段“运动和稳定性：力和相互作用”主题的具体内容 标准．如表２所示，表格的上面部分为成果期望
７
教育部．关于全面提高高等教育质量的若干意见．ｈｔｔｐ：
／／ｗｗｗ．ｇｏｖ．ｃｎ，２０１２一０４—２０
Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ
ｏｎ
Ｕｎ ｉＶｅｒｓｉｔｙ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｅｒｉ ｍ ｅｎ ｔ Ｔｅａｃｈｉｎ ｇ
Ｍｏｄｅ
Ｂａｓｅｄ
ｏｎ乳ａｃ庇ｆ圪ｇ—ＬＰａｒ孢ｆ咒ｇ—Ｐ，ａｃｆｆｃｆ嚣ｇ
Ｚｈｉ Ｚｈｕａｎ ｇｚｈｉ Ｄｅｎ ｇ Ｙａｎ ｈａｏ Ｚｈａｏ Ｚｈｅ
３．２
持续发展等因素，缺乏“科学教育的连贯性”认识．
念，整合了新框架提出的三个维度，建立起前后连 贯、整体一致的概念框架体系，其设计思路值得我国 科学课程改革借鉴．
３．１
重视科学概念与原理突出课程内容的重点 与美国新标准相比较，我国科学课程的内容标
基于学生的兴趣需求和发展完善科学课程
准主要以“课程内容”和“活动建议”两个维度加以 呈现，如“机械运动和力”的专题，初中科学课程标 准中详细列出了相关的知识要点和教学活动建 议［７］，包括运动的描述、常见的力、力的示意图、牛顿 第一定律、惯性现象、二力平衡的条件等内容．而美 国初中阶段“力和相互作用”主题包括牛顿第二定 律、牛顿第三定律、引力相互作用、力场、电磁力强度 等内容．从二者的对比可以发现，美国课程内容的难 度和深度较大，在科学知识方面尤其重视核心概念 及科学原理的建立、理解与运用，而我国则较为注重 科学事实、自然现象与过程的认识、了解和分析，涉 及的知识要点较为零散，课程内容显得广而不深．这 既影响科学课程的系统性，又不利于学生从本质上 认识科学．针对这一问题，我国标准有必要突显科学
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物理通报
物理教学新思想新视角
《美国新一代科学教育标准》的特点及启示
陈丹纯 熊建文
广东广州
５１０００６）
（华南师范大学物理与电信工程学院
（收稿日期：２０１３一０５—２５）
摘要：美国《新一代科学教育标准》呈现了美国科学教育的新愿景．本文分析了美国新标准的研制背景、主要 特点及设计思路，并通过与我国科学课程标准进行对比，提出其对我国科学课程改革的借鉴与启示． 关键词：美国 标准 科学教育
科学与工程实践 提出并确定问题 建立并利用模型 设计并实施研究 基于证据的辩论
学科核心概念
ＰＳ２．Ａ：力和运动 ＰＳ２．Ｂ：相互作用的类型 ＰＳ２．Ｃ：物质系统的稳定与不稳定性 ＥＴＳｌ．Ａ：确定工程问题
跨学科概念
因果关系 尺度、比例和数量 系统与系统模型
稳定性与变化
３
借鉴与启示 从这一角度来看，我国应借鉴美国新标准的理念，基 美国新一代科学教育标准聚焦于学科核心概 于学生的兴趣、需求和发展来思考课程内容的设置， 以完善科学课程的基本理念．
（下转第１５页）
的基本理念
美国新标准的设计理念源于美国学生在科学学 习中面临的实际问题，考虑到学生所学知识宽泛零 散，无法为上大学和就业做好充分准备等问题，新标 准以“完善科学教育的连贯性、一致性和系统性”为 理念，期望通过三个维度的整合及核心概念的进阶、 发展提高学生科学学习的兴趣，整合学生的科学知 识，满足学生解决实际问题的需要．与之相比，我国 的科学课程理念则较为关注课程内容本身的特点． 基于对学科领域知识相互渗透的认识，我国初中科 学课程标准强调了课程内容的“整合”和“探究”，提 出课程内容要体现科学、技术、社会、环境的联系，反 映当代科技成果．我国标准更多地强调了科学技术 及其重要作用，而较少立足于学生的兴趣、需求和可 一１ ２
ＭＳ—ＰＳ２一ｃ．提出问题并明确电磁力强度的影响因素，以改善电磁设备的性能
ＭＳ—ＰＳ２一ｄ．基于事实证据辩论说明“引力相互作用依赖于两相互作用物体的质量” Ｍｓ—ＰＳ２一ｅ．设计、实施并评估研究，收集证据说明“即使物体没有相互接触，存在物体问的力场也会使物体有相互作
用”
Ｍｓ—Ｐｓ２一ｆ．确定一个实际问题，通过开发一个带有反馈机制能定期施力的简单系统来解决它
２
量的课程教材，切实提高数学和科学教育的质量．
育一直是美国政府和教育工作者关注的重点．近些 年来，美国政府和各科学教育协会接连发布了促进 科学教育的文件，并发起了科学教育的相关研究．究 其原因，美国科学教育发展的新潮主要受到以下４ 方面因素的推动． 第一，美国科学教育的总体水平呈下降趋势．美 国托马斯基金会依据课程标准对全国科学教育进行 评估，研究报告显示，十几年来全美科学教育的总体 水平呈下降趋势，即由２０００年的Ｃ级下降为２００６ 年的Ｃ一级［１］．
美国《新一代科学教育标准》的特点与设计思路 美国新一代科学教育标准吸取前标准实施十几
年来的经验教训，并以丰富的科学教育研究成果为 依据．标准编写者参考了科学和工程学习的相关研 究，以了解学生有效学习科学的方式，确定了学生需
第二，美国学生的科学教育成绩在国际测试中 显现不佳．２００９年，在测量数学和科学成绩的国际 学生评价项目（ＰＩＳＡ）中，美国学生的得分在６５个 国家中处于中等层次．这一令人失望的测试结果为 美国科学教育敲响了警钟． 第三，美国学生的知识结构和实践技能跟不上 时代的需要，毕业后从事科学工程领域工作的学生 比例过低，难以满足国家对科技人才的需求． 第四，美国联邦政府重视科学、技术、工程和数 学教育（ＳＴＥＭ）．２０１０年美国出台的基础教育改革 新规划中要求各州修改现行的教学大纲，编写高质
（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ），它将实践与核心概念、
强调科学与工程实践 新标准的另一显著特点体现在其凸显了科学与
跨学科概念结合起来，描述了期望学生取得的学习 成果，说明学生需要掌握的概念性知识和技能．下面 一１ １—
万方数据
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部分为基础框（Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｂｏｘ），它进一步解释了 与成果期望相应的三个维度的具体要求（表２中略 去详细的内容要求）嘲．这种独特的标准呈现方式， 表２
核心概念
ｌ
美国《新一代科学教育标准》的研制背景 正是在这种背景和形势的促动下，美国于２０１０ 源于对经济和科技发展的思考与重视，科学教 年初开始新一轮科学教育标准的研制工作，目前已 发布了《Ｋ一１２科学教育框架：实践，跨学科概念与 核心概念》和《新一代科学教育标准》草案．基于Ｋ一 １２科学教育框架，《新一代科学教育标准》展现了美 国科学教育的新愿景．
２．３
５～８
生命科学 地球与空间科学
科学与技术
生命科学
１～５（小学）
地球和空间科学 ＭＳ（初中） ＨＳ（高中）
工程、技术和 科学应用
９～１２ 从个人和社会视角所
见的科学
科学的历史与本质
新标准内容组织思路的变化，足以反映编写者 对学科核心概念的重视．编写者之所以采用与前标 准不同的设计思路，主要基于以下３个方面的考虑． （１）少而精的课程设计理念（ｆｅｗｅｒ，ｃｌｅａｒｅｒ， ｈｉｇｈｅｒ）［３］．前标准和多数州立标准均被认为涵盖的 内容太多，导致科学教学出现“一尺宽，一寸深”的 问题．２００６年９月，美国科学教师协会对１ ５００名教 师开展调查，结果显示，７８％的教师认为前标准的 内容过于宽泛、松散，并且８５％的教师认同下一代 科学教育标准和课程应以科学核心概念为中心．经 过多方实践探索，“少而精，高标准”逐渐成为美国 现行教育标准追求的目标． （２）科学学科的大观念（Ｂｉｇ Ｉｄｅａｓ）．近期美国 教育界对“大观念”进行了相关研究，研究者认识到 植根于科学学科的大观念有利于确定标准必要的概 念框架，同时也有助提升标准的一致连贯性，帮助学 生建立整体而深入的知识系统．目前，大观念已经成 为多个州立标准的修订依据［３］． （３）学习进阶（ＬＰｓ）．有关认知的研究表明，学 生要形成对科学事实的深入理解，就必须在几年内 持续学习相关概念并了解概念的相互联系，以实现 概念的发展．这种系统持续的学习观念被称为“学习 进阶”．新标准的设计正是试图采用学习进阶的方式 呈现跨年级内容间的连贯一致，使科学内容随着年 级的升高逐渐加宽加深．
１１００１６）
Ｑｉ Ｘｉａ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：’Ｉ。ｈｉｓ ｅｓｓａｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ
ｅｘｌｓｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｄｕｃａｔｌｏｎ ｏ｛ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ ｃｏｎｅｇｅ ｐｈｙｓｌｃｓ ｅｘｐｅｒｌｍｅｎｔｓ， ｂａｓｅｄ ｏｎ‘ｔｅａｃｈｉｎｇ—ｌｅａｒｎｉｎｇ—ｐｒａｃｔｉｃｉｎｇ’ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ．
万方数据
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９６。１０１ ４
物理通报
６
大学物理教学孙宝光，唐Biblioteka 燕，王全武，等．浅谈大学物理实验教学平
台的建设．重庆科技学院学报：社会科学版，２０１２，
３０（７）：１８５～１８６
谢秀红，贾天钰．大学实验课程教学改革新探．航海教育 研究，２００７，２４（２）：７４～７６
５
王震，丁永文，杜木，等．普通物理实验教学中的“提出问 题”．物理实验，２０ｌｏ，３０（４）：１８～２１
作者简介：陈丹纯（１９８９一 指导教师：熊建文（１９６２一
要掌握的科学知识和技能．因而，美国新标准的特点 与设计思路值得我们深入研究．
２．１
以核心概念为主线 对比美国前标准和新标准，不难发现两份文件
在内容组织思路上有所不同． 如表１所示，前者以年级段为主线来组织科学 内容，分别阐述了Ｋ～４，５～８及９～１２三个年级 段学生需要学习的内容，后者则以学科核心概念为 主线组织标准的整体框架，考虑了同一核心概念在 各不同年级阶段的发展［２］．