NGSS科学学习的三个维度

柏毅 东南大学脑与学习科学系

1. 了解下一代科学标准（NGSS）是K-12科学内容标准。标准为学生应该了解和能够做的事情设定了期望。NGSS由各州开发，旨在改善所有学生的科学教育。开发NGSS的目标是创建一套基于研究的、最新的K-12科学标准。这些标准使本地教育工作者可以灵活地设计课堂学习体验，从而激发学生对科学的兴趣，并为他们进入大学、就业和公民身份做好准备。2. 为什么科学以及科学教育对所有美国人的生活至关重要。高质量的科学教育意味着学生将对内容有深入的了解，并发展关键技能（沟通、协作、探究、解决问题和灵活性），这将为他们的整个教育和职业生涯提供服务。3. 实施NGSS呼吁对K-12科学教学采取三维方法。这代表了从先前国家标准的重大转变。这就是为什么有效实施需要州、地区、学校、教师和学生之间进行大量协作和耐心的原因。周到、协调的实施方法将使教育工作者能够激发学生的科学素养，这就是NGSS的愿景。我们将提供一系列高质量的资源，使教育工作者、管理人员、父母和一般公众有能力将这一愿景变为现实。

在下一代科学标准（NGSS）中，学习科学具有三个不同且同等重要的维度。这些维度被组合起来以形成每个标准或性能期望，并且每个维度与其他两个维度一起工作，以帮助学生随着时间的推移建立对科学的理解。维度1：学科核心概念

学科核心概念（DCI）是科学中的关键概念，在多个科学或工程学科之内或之间具有广泛的重要性。随着学生升入年级水平，这些核心概念相互依存，并分为以下四个领域：物质科学，生命科学，地球与空间科学和工程。学科核心概念具有将K – 12门科学课程、教学和评估重点放在科学最重要方面的能力。要被视为核心，这些创意应至少满足以下两个条件，理想情况下应满足所有四个条件：在多个科学或工程学科中具有广泛的重要性，或者是单个学科的重要组织概念； 提供用于理解或调查更复杂的想法和解决问题的关键工具；与学生的兴趣和生活经历有关，或与需要科学或技术知识的社会或个人关注点相关；使受教育者的学习日益深入，同时其复杂程度分布在多个等级。维度2：科学与工程实践

科学与工程实践描述了科学家为调查自然界所做的工作以及工程师为设计和构建系统所做的工作。这些实践可以更好地解释和扩展科学中的“探究”及其所要求的认知、社会和亲历实践的范围。学生从事实践，以建立、深化和运用他们对核心概念和跨领域概念的认识。这些实践描述了科学家在研究和构建有关自然界的模型和理论时所从事的行为，以及工程师在设计和构建模型与系统时使用的关键工程实践。国家研究委员会（NRC）使用实践一词代替“技能”一词来强调从事科学调查不仅需要技能，还需要每种实践所特有的知识。NRC的部分目的是更好地解释和扩展科学中的“探究”及其所需的认知、社会和亲历实践的范围。尽管工程设计与科学探究相似，但仍存在显著差异。例如，科学探究涉及提出可以通过调查回答的问题，而工程设计涉及提出可以通过设计解决的问题。加强下一代科学标准的工程方面将为学生阐明科学、技术、工程和数学（四个STEM领域）与日常生活的相关性。维度3：跨学科概念

跨学科概念可帮助学生探索科学的四个领域之间的联系，包括物质科学，生命科学，地球与空间科学以及工程设计。当向学生明确这些概念（例如“因果”）时，它们可以帮助学生建立连贯的、基于科学的对周围世界的看法。跨学科概念在科学的所有领域都有应用。因此，它们是联系不同科学领域的一种方式。它们包括：模式，相似性和多样性；因果; 规模，比例和数量；系统和系统模型；能量和物质；结构和功能；稳定与变化。该框架强调，必须为学生明确这些概念，因为它们提供了一种组织架构，用于将来自各个科学领域的知识相互关联成一个连贯且基于科学的世界观。国家研究委员会（NRC）的框架描述了精通科学意味着什么；它基于科学的观点，认为科学既是知识的主体，也是基于证据的模型和理论构建不断扩展、完善和修改知识的过程。它提出了三个维度，将这些维度组合起来以形成每个标准。东南大学百研工坊：21世纪是我国创新型人才培养的关键期。东南大学百研工坊（儿童发展与教育研究所）结合信息技术、生物医学工程、脑科学技术，进行青少年科学素养的国际比较研究和学生核心概念掌握水平的评测系统的研究与开发，我们的目标是：（1）面向中小学学生综合能力发展的steam研究；（2）通过实证教育研究，探究科学素养的本质及有效的培养途径；（3）将科学素养的传统评测方法与现代信息技术相结合，探究基于ECD模型的学生科学素养评测方法研究；（4）运用ERP、EEG和眼动等脑科学技术，开展对学生核心概念熟练掌握程度的评测研究。