美国“新一代科学教育标准”对我国学前儿童科学教育的启示_科学论文

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      对世界复杂性的认识使得美国人逐渐意识到科学及科学教育在美国人生活中的重要地位，从而要求所有学生——不管他们是否成为医院里的技术员，高科技制造业的工人，或者是博士研究者，都必须接受可靠的K-12年级科学教育。但是，美国原有的科学、技术、工程和数学人才培养渠道有漏洞，只有很少的学生能从事这些领域的专业和事业，且很少有人拥有相关高等教育证书或者博士学位。因此，美国迫切需要新的标准来激发和重建学生对STEM的兴趣。

      在这一背景下，美国《新一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards，NGSS）（以下简称《标准》）于2013年应运而生。该标准由美国国家研究协会、国家科学教师协会、美国科学促进会和成就公司在政府主导下，在国家研究协会2012年出台的《K-12年级科学教育框架》（A Framework for K-12 Science Education）基础上联合发布。《标准》的文本内容和实践内容极为丰富，给所有美国学生提供了一套先进的、具备国际前沿的科学教育标准。其中，《标准》在幼儿园阶段所提出来的基本要求和特征对我国学前儿童科学教育有启示意义，值得我们学习和借鉴。

      一、《标准》中幼儿园阶段的基本要求

      《标准》中对幼儿园阶段的基本要求是以维度和主题两种形式进行编排。

      （一）维度式编排。《标准》的基本要求归为三个维度：科学和工程实践（Science and Engineering Practices，SEPs）、学科核心观念（Disciplinary Core Ideas，DCIs）和跨学科概念（Crosscutting Concepts，CCs）。其中学科核心观念是三个维度的核心。

      1.维度一：科学和工程实践。此维度的内涵如表1所示，幼儿园阶段的学生需要发展7种科学和工程实践方法：规划和实施调查、分析和解释数据、形成解释（科学）和设计解决方案（工程）、参与基于证据的讨论、提出问题（科学）和界定问题（工程）、开发和使用模型、获取、评价和交流信息。从每种方法的阐述可以看出，方法的发展既重视前期经验，又延伸到后续学段的学习中。需要指出的是，幼儿园阶段的学生需要发展的科学和工程实践仅仅比其它年级少一项。也就是说，对学生在科学和工程实践方面的要求贯穿于整个K-12年级中。

      

      2.维度二：学科核心观念。此维度为学生应该掌握的知识观念，《标准》罗列出每个学段的学生应该了解的科学核心观念，并将其细化为可操作的内容。幼儿园阶段的学生需要掌握《框架》中提到的4个学科领域，即物理科学（PS）、生命科学（LS）、地球和空间科学（ESS）以及工程、技术和科学应用（ETS）中的6个学科核心观念（PS2，PS3，LS1，ESS2，ESS3、ETS1）中的某几条，具体如表2所示。需要注意的是，信息技术的不断更新和科学知识的不断扩展导致学生在K-12年级不可能把某一学科所有知识学完，因此，《标准》归纳出的是K-12年级在4个学科中学生应该知道的学科核心观念而非提供所有的知识。

      

      3.维度三：跨学科概念。此维度为不同学科之间交叉的概念。《标准》不仅分析了物理科学、生命科学、地球和空间科学以及工程、技术和科学应用4个学科的核心观念，并抽取出可以应用到所有领域的科学学科中的概念。此阶段所涉及到的跨学科概念有：因果关系、模式、系统和系统模型等。

      （二）主题式编排。主题式的编排不仅能提高教师安排活动的可操作性，也能更好地促进幼儿经验的整合。《标准》提出了涵盖此阶段幼儿需要掌握的学科核心观念以及在此过程中需要发展的科学工程实践和跨学科概念的三个主题：（1）力和力的相互作用：推和拉；（2）生态系统中相互依存的关系：动物、植物和它们所在的环境；（3）天气和气候。

      每个主题涵盖上面提到的三个维度，以学科核心观念为中心，创设一定的情境把三个维度统一于表现性期望中。下面以主题（1）“力和力的相互作用：推和拉”为例来说明（见表3）。

      

      主题（1）要求学生掌握力和运动（PS2.A）、互动的类型（PS2.B）、能量和力的关系（PS2.C）以及界定工程类的问题（ETS1.A）4条学科核心观念。这些学科核心观念的获得就是通过在一定情境中探究进行，即让学生在推拉物体的情境中规划和实施一项调查去比较使用不同力量或不同方向的力作用于一个运动物体所产生的效果，并能分析所获得的数据来判断他们的设计方案能否起作用。同时，此过程也能让学生了解因果关系。

      二、《标准》中幼儿园阶段基本要求的特征

      《标准》中幼儿园阶段的基本要求呈现出三个方面的特征：融合性、以学科核心观念为核心和与其它学段的连贯性。

      （一）融合性。《标准》关注的学科核心观念都是学生在高中毕业前应该掌握的，主要集中在深层次的理解和内容的应用上。其中，科学和工程实践和跨学科概念是在具体的内容情境中培养的。

      也就是说，融合性体现的是科学和工程实践、学科核心观念、跨学科概念间的融合。传统的国家标准把这三个方面作为相分离的部分表现出来。科学教育研究者指出，如果这三个部分分开教授或者不教实践部分，将既起不到作用又没有实用性，特别是在真实世界中，科学和工程常常是内容和实践的结合体。因此，《标准》通过提供一些学习情境确保将这三个维度结合起来。

      （二）以学科核心观念为中心。《标准》所提的三个维度中，教师以及课程开发者在组织教学以及后续的评价中需要以学科核心观念为核心展开。可以说，缺乏学科核心观念所支撑起来的情境，科学工程实践与跨学科概念也就无从下手。

      （三）与其它学段的连贯性。科学概念的构建贯穿于整个K-12年级。《标准》强调年级之间内容和实践的集中与连贯发展，允许每一位学生在整个K-12年级的科学教育中存在一个构建知识的动态过程。幼儿园阶段的内容仅仅只是整个体系的开始，当学生上中学或大学时，他们在K-5年级的表现性期望能使他们有一定的观点和技能来解释4个学科领域中更加复杂的现象。学科内容的螺旋式上升编排能确保学生某学科经验的连贯与整合。

      三、《标准》对我国学前儿童科学教育的启示

      《3～6岁儿童学习与发展指南》从健康、语言、社会、科学、艺术五个领域描述幼儿的学习与发展，其中科学领域下面设两个子领域：“科学探究”和“数学认知”。“科学探究”的目标包括三个维度：情感态度、方法能力和知识经验，每条目标下面列出若干“各年龄段典型表现”，并配上相应的教育建议。虽然《指南》不是衡量幼儿学习发展的标准，但基于实践研究的较为细致的内容为我国包括科学教育在内的学前儿童教育的开展提供了指引性的方向。但是，在短短时间内《指南》还未能在实践中得到很好的贯彻实施。在这一方面，《标准》在幼儿园阶段的基本要求和特征能给我们在学前儿童教育实践方面带来一定的借鉴和启示。

      （一）重视学前儿童科学教育内容与实践的融合。当前，我国幼儿园在学前儿童教育课程实施的科学性方面存在一些问题。一项对某幼儿园的科学教育课堂教学活动的研究指出，教师组织集体教学活动时容易出现如下问题：活动目标方面，重知识，轻情感；活动内容方面，重计划，轻兴趣；活动方法方面，重讲解，轻探究；活动评价方面，重结果，轻过程。

      传统的重智倾向带来的是书面知识与幼儿的动手操作相脱节，导致上述那些问题的出现。近年来，随着儿童发展观以及脑科学研究的推进，我国幼儿教师也逐渐意识到幼儿动手实践的重要性，这与《标准》呈现出来的“科学和工程实践、学科核心观念、跨学科概念相融合”的特点不谋而合。但是，在操作层面上仍有很多教师不知如何入手。《标准》提出通过提供一些学习情境将这三个维度结合起来的观点在这个问题上为我们提供了一种尝试的可能。

      （二）构建学前儿童科学知识结构框架。目前我国幼儿教师科学知识结构框架比较零散，表现在以下两个方面：一是幼儿教师观念落后，“许多教师的观念还停留在知识的记忆与技能的获得上”。二是幼儿教师科学素养薄弱。表现在科学知识贫乏、科学知识结构欠合理和平衡、科学实验的经验与探索能力较为薄弱、数理逻辑能力不强等几个方面。

      《标准》针对K-12年级学生明确提出包括物理科学、生命科学、地球和空间科学以及工程、技术和科学应用4个学科领域在内的学科知识框架，并罗列出每个学科的核心观念，不同年龄水平有相对应的学科核心观念。这要求教师应构建内容丰富、逻辑明晰的学科知识框架，这有利于幼儿教师自身科学知识结构的建立，确保知识结构的完整性、合理和平衡，也能避免幼儿教师在选择内容时出现不知从何下手、随意性较大、适宜性不够等问题。

      （三）加强幼儿园阶段与其它学段的联系。近年来，我国幼小衔接方面的问题受到越来越多的关注。有研究指出，科学教育幼小衔接状况有待进一步改善，表现为在教师对科学教育的衔接认识还存在偏差等方面。

      《标准》把幼儿园阶段与小学、中学结合起来形成一个体系，强调学生高中毕业前所学内容的系统性，既有利于学生科学学科经验的连贯与整合，也有利于每个学段的教师熟悉学生的原有经验。这种整体化系统化的设计对加强和优化我国幼儿园与其它学段的连贯和衔接有启示作用，值得我们继续研究。

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