新一代K-12科学教育标准 (NGSS)

由《K-12科学教育框架》研究而发展来的《新一代K-12科学教育标准》(以下简称《新标准》)概述了对学习科学以及工程专业学生的广泛期望。该项研究提出以三个维度来传递不同年级的科学和工程教育需要构建的核心思想和实践:

  1. 跨学科概念:通过科学与工程的共同应用,统一科学研究
  2. 科学与工程实践
  3. 学科核心概念:物质科学,生命科学,地球与空间科学,工程、技术和科学运用

《新一代科学教育标准》的设计旨在帮助实现一种对科学及工程教育的美好愿景,即学生经过在校期间多年的学习,能够积极参与进科学及工程实践并运用跨领域概念来加深自己对这些领域核心概念的理解。

 

《新一代科学教育标准》的进步

科学与工程实践以及跨学科概念须结合教学情境理解,而非空洞的教授概念。因此,《新一代科学教育标准》鼓励每年都要对多个核心概念进行整合。

科学概念的构建贯穿学生K-12的各个年龄阶段。《新标准》强调,知识点应贯穿每个年级,呈现出一种集中且连贯的渐进式知识习得过程,使学生在整个K-12科学教育过程中,能够逐渐构建起知识框架,并从该框架中展现出科学学习的动态过程。

除此之外,对于一些学生在高中毕业时应该掌握和了解的学科核心概念,《新标准》也给予了一定的重视,认为学生应该对其进行更深的了解以及运用。

在K-12科学课堂教学中,通过把工程设计提升到与科学研究同等水平,以及通过强调工程设计的核心概念和科学的运用,我们便可将工程与科学教育合二为一。

《新标准》里的内容主要围绕培养学生为今后的大学及职业生涯做准备而展开。在年级水平及认知需求标准方面,《新标准》将与美国公共核心州立标准中的英语语言艺术及数学标准对齐。这样使得科学既能成为儿童综合教育的一部分,又能确保该领域的所有内容学习顺序一致。三个维度的标准概念就能很好地重叠,并且通过有意义的和实质的方式相互加强。

K-12科学课堂实践准则
  1. 提出问题(从科学方面),明确需要解决的难题(从工程方面)
  2. 建立及使用模型
  3. 计划及实施调查研究
  4. 分析及解释数据
  5. 运用数学计算思维
  6. 构建解释(从科学方面),设计解决方案(从工程方面)
  7. 展开基于证据的辩论
  8. 获取,评估及交流信息

跨学科框架七大概念

贯穿所有科学学科的七大科学和工程概念:

  1. 模式: 从形式及事件中观察出模式,将其运用到组织与分类中。且思考何种因素以及关系影响该模式进行运作。
  2. 原因与结果: 机制与解释。事出皆有因,时而简单,时而复杂。所以关于科学学习的一个重要环节便是调查和解释所产生的因果关系及其机制。并可结合背景检测所得出的机制是否正确,并运用于预测和解释新背景中的事件。
  3. 尺度,比例及数量: 在考虑和研究现象时,能够学会识别大小、时间和能量的不同度量值相关的信息,并认识到尺度、比例或数量的变化是如何影响到系统的结构或性能的是十分关键的。
  4. 系统与系统模型: 在学习及研究之后定义系统—划分出其界限并做出一个明确的系统模型—为理解和测试应用于科学与工程中的想法是否正确而提供模型工具。
  5. 能量与物质: 流动,循环及守恒等。跟踪能量和物质在系统内外、系统间的传输,有助于人们理解系统的可能性和局限性。
  6. 结构与功能: 物体或生物形成的方式,其结构决定其性质和功能。
  7. 稳定性及变化: 对于自然和已建成的系统,稳定性条件,系统变化率或进化率的决定因子是研究的关键因素。
核心概念

K-12科学教学核心概念:

1.能跨越多门学科或工程领域的具有明显重要性的概念,或是一个具体学科知识组织中的关键概念

2. 能提供对于理解和研究更复杂概念和解决问题的关键工具

3.能与学生的兴趣和生活经验相关,或能连接需要科学和技术知识的社会或个人问题。

4.通过增加深度和复杂性,能在持续的在多个年级中教和学。也就是说这种概念既能被年轻的学生所接受,又足够宽泛,以至于可进行持续多年的调查研究。

地球与空间科学的相关核心及构成概念

地球与空间科学1(ESS1)核心概念:宇宙中的地球位置

ESS1.A: 宇宙及其恒星

ESS1.B: 地球与太阳系

ESS1.C: 地球的历史

地球及空间科学2(ESS2)核心概念:地球系统

ESS2.A: 地球物质与系统

ESS2.B: 板块构造与大规模地质作用

ESS2.C: 水在地球表面中的作用

ESS2.D: 天气与气候

ESS2.E: 生物地质学

地球及空间科学3(ESS3)核心概念:地球与人类活动

ESS3.A: 自然资源

ESS3.B: 自然灾害

ESS3.C: 人类对地球系统的影响

ESS3.D: 全球气候变化

生命科学的相关核心及构成概念

生命科学1(LS1):从分子到生命体:结构与过程

LS1 A: 结构与功能

LS1 B: 生物体的成长与发育

LS1 C: 生命体里的物质与能量流动的组织方式

LS1 D: 信息加工

生命科学2(LS2):生态系统:相互作用,能量与动力

LS2.A: 生态系统中的相互依存关系

LS2 B: 生态系统中的物质与能量循环

LS2 C: 生态系统动力学、功能和复原力

LS2 D: 社会交往与群体行为

Core Idea LS3: 遗传:性状的遗传与变异

LS3 A: 性状的遗传

LS3 B: 性状的变异

生命科学4(LS4):生物进化:统一性与多样性

LS4 A: 共同祖先与多样性的证据

LS4 B: 自然选择

LS4 C: 适应性

LS4 D: 生物多样性与人类

自然科学的相关核心及构成概念

自然科学1(PS1)核心概念:物质及其相互作用

PS1 A: 物质的结构与特点

PS1 B: 化学反应

PS1 C: 核作用

自然科学2(PS2)核心概念:运动与静止:力及其相互作用

PS2 A: 力与运动

PS2 B: 力的相互作用

PS2 C: 物理系统的稳定性与不稳定性

自然科学3(PS3)核心概念:能量

PS3 A: 能量的定义

PS3 B: 能量守恒与能量转换

PS3 C: 力与能量

PS3 D: 化学反应中的能量与日常生活中的能量

自然科学4(PS4)核心概念:波及其在信息传递技术中的应用

PS4 A: 波的性质

PS4 B: 电磁辐射

PS4 C: 信息技术与仪器