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中美科学教育课程标准的比较研究

发布时间:2023-01-28 14:09
目录
1•绪论 1
1.1问题的提出 1
1.2研究的问题 1
1.3研究的意义 2
1.4研究设计 2
1.5核心概念的界定 4
2.文献综述 6
2.1中美科学教育的历史发展 6
2.2中美科学教育课程标准的研究现状 8
2.3总结 13
3.理论基础 15
3.1 “和而不同”的哲学思想 15
3.2实证主义比较教育学 15
4.中美科学教育课程标准的词频统计 16
4.1研究对象的选择与简介 16
4. 2研究方案的制定 20
4. 3研究工具的选择 20
4.4词频统计的结果 21
5.中美科学教育课程标准的宏观比较 24
5.1中美科学课程理念的比较研究 24
5.2中美科学课程标准中课程目标的比较 29
5.3中美科学课程标准中内容结构的比较 33
6.中美科学教育课程标准的微观比较 38
6.1中美科学课程标准中课程内容的比较 38
6.2中美科学课程标准中课程评价的比较 51
7.结论与启示 56
7.1比较研究的结论 56
7. 2比较研究的启示 57
&不足与展望 59
附录 60
参考文献 76
致谢 80
1.绪论
1.1问题的提出
2003年初,教育部颁布了《普通高中物理课程标准(实验稿)》,随后全国各省(直辖 市、自治区)开始了新一轮的高中物理新课程改革。在2012年秋,教育部组织的课程标准 的实施团队对课程标准的实施情况展开了普遍调研。调研结果显示,在十余年间的课程改 革中,高中物理课程标准的基本理念为广大物理教师和学生所接受。但是在实际的实施中, 也出现了三维目标操作性不强,选修系列教学实施困难,教学内容衔接不足等问题。这些 问题的出现说明了原有的课程标准己经不能适应时代发展和学生的需要,课程标准需要在 新时代下做出相应的变革和调整。于是,教育部于2013年启动了高中物理课程标准的全面 修订工作。在此期间,2014年3月,教育部下达了《关于全面深化课程改革 落实立德树 人根本任务的意见》(以下简称《意见》),明确提出了建立学生发展核心素养体系,以实现 立德树人的根本任务。2016年9月以林崇德先生为首的研究团队,公布了学生发展核心素 养的总体框架。《意见》和核心素养体系,也为新课程标准的制定提供了依据和指导方向。 最终于2018年1月,教育部公布了《普通高中物理课程标准(2017年版)》(以下简称“2017 高中物理课程标准”),新课程标准体现了我国“立德树人”的教育方针和物理教育研究的 最新成果,为新教材的编写和高中物理课程的改革提供指导。
我国新课程标准体现了我国科学教育的理念以及科学教育研究的最新成果,需要得到 理论和实践的两方面检验。实践中的效果需要根据新课程实施的结果进行实证研究,而理 论价值则需要在放眼于国际领域,与国际上具有代表性的科学课程标准进行比较研究。从 国际领域看,美国在科学技术的发展一直处于国际领先的地位,是科学教育改革发源地之 一,其中美国的科学教育课程标准也具有一定的代表性。美国国家研究理事会在2011年7 月颁布了《K—12年级科学教育框架》(A Framework for K~12 Science Education,以下 简称《K-12框架》)。该框架作为新一次美国科学教育课程改革的纲领性文件,构建了科学 课程愿景,提出了三个课程维度。随后2013年美国颁布了《下一代科学教育标准》(以下 简称NGSS),该课程标准代表了美国教育科学研究的最新成果,注意学科间的横向整合和 年级间的学习进阶,受到各国科学教育研究者的一致支持和好评。
那么与美国科学课程标准相比,我国的新课程标准有哪些特点,又存在哪些差异?本 研究选择2017高中物理课程标准和NGSS进行比较研究,通过量化研究和质性研究比较出 中美科学课程标准的共同点和差异。分别根据两国的历史背景和教育现状对于中美科学课 程标准的共同点和差异进行深入分析,在立足于我国国情和教育现实的基础上,借鉴美国 科学课程标准中的优秀成果,得出对于我国物理课程标准的修订和实施一些启示和建议。
1.2研究的问题
本研究主要解决以下三个问题:
(1)中美科学教育课程标准的关注点分别是什么?
(2)中美科学教育课程标准在宏观理念和微观内容上都有哪些异同?
(3)通过比较美国科学教育课程标准,对我国物理课程标准的编写和实施有哪些启示?
1.3研究的意义
1.3.1理论意义
(1)丰富课程标准的研究理论
本研究采用内容分析法对中美科学课程标准进行比较研究,通过词频统计等分析方法, 可以为课程标准的研究提供一种新的量化研究的思路。
(2)立足国际视角丰富完善科学教育理论
2017高中物理课程标准是新时代背景下我国科学教育的研究成果,而NGSS代表肴美 国最新的科学教育成果。本研究通过中美课程标准的比较,提供了从国际范围内审视我国 科学教育的视角,促进了我国科学教育理论的进一步发展完善。
1. 3. 2实践意义
(1)为物理课程标准的修订提供借鉴
现阶段新版高中物理课程标准和小学科学课程标准的修订已经完成,然而下一步初中 科学课程标准的修订正在筹备阶段。通过本研究对于中美课程标准的比较研究,将会为高 中物理课程标准的的修订和实施产生一定的启示作用和借鉴意义。
(2)为高中物理教材的编写和选用提供依据
课程标准作为教材编写的重要依据之一,对教材编写和修订具有明显的指导作用。在 新课程标准问世之后,高中物理新教材也处于编写和修订状态。本研究的比较对于高中物 理新教材的编写和修订也有一定的借鉴意义。
(3)为广大科学教师的教学实践提供参考
新课程标准颁布后,还需要广大的一线教师在教学中的真正实施。本研究通过比较中 美科学课程标准所得出的启示和结论,帮助高中物理教师更全面深刻的理解新的课程标准, 为高中物理课程标准在课堂教学中的实施提供有意义的参考。
1.4研究设计
1. 4. 1研究思路
本研究选择美国的NGSS和我国的2017高中物理课程标准作为研究对象,参考《义务 教育小学科学课程标准(2017年版)》(以下简称“2017小学科学课程标准”)和相关文献, 进行科学教育课程标准的比较。本研究采用量化研究和质性研究相结合的方式,首先通过 文献调研和整理确定比较维度和研究方法,利用内容分析软件得出各个维度的词频和分布。 结合词频分布结果,对中美课程标准的课程理念、课程目标及内容结构进行宏观比较;然 后以具体内容为例,对中美课程标准的课程内容以及课程评价进行微观比较。最后得出中 美课程标准的比较结论,并根据比较结论为我国高中课程标准的编写和实施提供一些建议。 1.4.2研究方法
(1)内容分析法:内容分析起源于传播学领域,是对大众传播信息等的内容做出客观、 系统和量化描述的一种研究方法。该研究的目的是将一种用语言表示而非数量表示的文献 转换为用数量表示的资料,并将分析的结果用统计数字描述。后来随着计算机的普及和应 用,内容分析方法逐渐从纯粹分析内容发展到具有统计推理的较为复杂的统计分析过程。 根据分析的过程,内容分析大致可分为定量分析和定性分析两种。定量分析是利用规范的 方法,将分析对象中的信息编码为定量数据;通过在有意义的类目下进行的数据分析,以 此来表征文本信息的某些特征。定性分析则是研究者在充分理解分析材料的基础上,对分 析材料进行解读、判断和比较的研究。
本研究将内容分析中的定量研究和定性研究相结合,利用定量分析中的词频统计法, 对比中美科学教育课程标准中正文和各个部分的词频,以此作为中美科学教育课程标准的 关注点和内容比较的依据。再结合文本分析等定性分析方法,总结出中美课程标准的课程 理念和结构框架,结合词频分析结果比较中美科学教育课程标准中的异同。
(2)比较研究法:比较法是根据一定的比较标准,将某些研究对象放在一起考察其相 同点或不同点的方法。通过比较可以找出普遍规律及特殊本质,得到符合客观事实的普遍 规律。本研究将通过内容分析的结果,对NGSS、我国高中物理课程标准和小学科学课程标 准进行宏观理念和框架的比较,以及微观内容和评价的比较。得出中美科学教育科学标准 在各个维度的异同,最后得到对我国高中物理课程标准修订和实施的启示。
1.4. 3研究框架图
 
研究的不足与展望
1.5核心概念的界定
1. 5.1科学教育
对于科学教育的定义,有广义和狭义之分。
从广义上看,科学教育泛指促进人类科学文化传播的一切活动,它既包括学校科学教 育,也包括校外科学教育(科学普及、科学传播等)。科学教育是以提高全民科学素养为宗 旨,将科学知识、科学思想、科学方法和科学精神融为一体,使其最终内化为受教育者的 信念和行为的教育过程。
狭义的科学教育即为学校科学教育,通常指的是以课程形式进行的自然科学的教学活 动。这种学校科学教育也包括分科课程和综合课程两种形式,分科课程的一般包含物理、 化学、生物及地理等科目。
1. 5. 2课程标准
对于课程标准的概念,在中美两国各有不同。
美国将其课程标准定义为学术标准,分为国家级、州级以及学区级三个等级,通常包 括内容标准、表现标准和学习机会标准。内容标准规定了学生应当知道和理解的内容。表 现标准通常由多个熟练水平构成,表述了为达成内容标准的要求学生展现的技能和能力。 学习机会标准描述了各级教育机构为达到内容标准的要求为全体学生所提供的条件和资 源。
我国对于课程标准的定义为:在一定课程理念的指导下,根据培养目标和课程方案以 纲要形式编制的关于教育科目内容、教学实施建议及课程资源开发等方面的指导性文件。 它包括说明部分、课程目标部分、内容标准部分和课程实施建议部分。我国的课程标准是 国家基础课程的纲领性文件,由教育部统一组织编写修订和发行。
综上所述,本研究将课程标准定义为是国家对于学生学习表现的期望和要求,是规范 以及测量评价课程要素的标准和尺度。
1.5.3科学教育课程标准
科学课程标准作为课程标准的一个分支,是对科学教育的内容和进程进行的安排。它 规定了各级各类教育机构进行科学教育的目的、性质、内容、评价与实施,是科学教育领 域具有权威性、法规性、纲领性和指导性的重要文件。
2.文献综述
2.1中美科学教育的历史发展
2.1.1中国科学教育的历史发展与演化
我国古代教育时期并没有科学课程,直至19世纪末在“西学东渐”的影响下,我国引 入了西方的自然科学和科学教育。从那时发展至今,科学教育的历史仅有百余年。根据王 永斌等人的划分,我国科学教育的发展可以划分为四个时期:萌芽时期(1866——1904年)、 体制形成时期(1905——1948)、本土化探索时期(1949——1977)以及全面发展时期(1978 以后)[,:o
(1)萌芽时期(1866——1911年)
我国最早的科学课程出现于清朝末年的“西学东渐”,一些新式学堂开始开设“格致课” 或“博物课”讲授物理化学等自然科学知识,当时我国的科学课程体系尚未建立,也没有 科学课程标准的出现。1904年,张之洞主持修订的《奏定学堂章程》,并设置了中小学教 育的学制和需要开设的12门课程,其中科学课程有三门,分别是博物、物理和化学。章程 中规定了这三门课程的基本内容,强调学科之间的交叉融合以及与实际生活的联系。这标 志着我国近代教育制度的确立,也成为我国科学教育的开端。
(2)体制形成时期(1912——1948年)
民国建立后,我国科学教育不断发展,科学教育制度在借鉴国外经验的基础上逐渐建 立。1912年民国教育总长蔡元培借鉴日本的教育制度制定了壬子一癸丑学制。该学制规定 在小学阶段设置综合科学课程,即“理科”课程;在中学阶段设置“物理”和“化学”两 门分科课程。而后的十年间,在美国的科学教育思想以及“五四运动”中科学主义思潮的 影响下,我国的课程设置中倡导综合科学课程,尊重个性发展并强调儿童本位。在1922年 颁布的壬戌学制中,在小学和中学开设综合科学课,称为“自然”;在高中阶段以物理、化 学、生物、地理等分科课程为主,也开设科学概论课程,包括科学史、科学精神以及科学 方法。总体而言,这一阶段的科学课程的发展已经粗具雏形,已经出现了综合科学课程的 模式并且注重了科学史和科学思想方法的教育。但这些科学课程模式大多来自于国外经验 的借鉴,并未结合我国国情进行本土化改造。
(3)本土探索时期(1949——1977年)
从新中国成立到改革开放前,我国的科学教育是在借鉴苏联科学教育的基础上逐步探 索本土化的教育模式。1956年,教育部颁布了新中国成立之后的第一个自然教学大纲。教 学大纲规定科学课程以分科课程为主,小学在四五年级开设自然和地理科目,初中和高中 则分别开设物理、化学、生物、植物、动物和地理等科目。这一阶段的教学内容庞杂,教 师单纯注重知识,学生学习负担很重。而后在60年代初期,进行了一定的调整,精简科学 教育的内容,强调科学教育为生产服务,注重基础知识和基本技能的教学。而后“文革”
⑴王永斌.中国科学教育的历史分析与发展对策研究[叨.西北师范大学,2003.
的十年间科学课程遭到极大的削弱。这一阶段的发展中,我国不断探索科学教育的本土化 发展,取得了一定的课程改革经验和教训。
4•全面发展时期(1978年以后)
改革开放以后,邓小平正式提出“科学技术是第一生产力的论断”,所以在全国范围内 再次掀起了科学教育的浪潮。教育部分别在1986年、1988年和1992年,颁布了三份教学 大纲。其中92年颁布的《九年义务教育全日制小学、初级中学课程计划(试行)》最具有 代表性。这一时期的科学教育目标继续强调“双基”,并要求科学教育面向全体学生,不断 由“精英教育”向“大众教育”转型。在课程内容上进一步结构化和系统化。要求从小学 一年级开设“自然课”,在初高中阶段开设物理、化学、生物、地理等科目,并在一些地区 开展了综合理科课程的探索.进入21世纪以后,我国基础教育新课程改革正式启动,教育 部先后颁布了《全日制义务教育科学(3-6年级)课程标准(实验稿)》和《全日制义务教 育科学(7-9年级)课程标准(实验稿)》。新课程以培养全体学生的“科学素养”为目的, 在课程设置上,小学阶段以综合课程为主,初中阶段将分科课程与综合课程相结合,高中 阶段以分科课程为主;并且在科学课程中设置科学探究活动以及融入STS的观点。2011年 对于初中科学课程标准进行了修订,并对课程标准的实施情况展开调研。2013年《意见》 的明确提出“立德树人”的根本任务,随着2017小学科学课程标准和高中各科课程标准的 出台,标志着我国新一轮课程改革的开始。改革开放后的40年间,我国的科学教育在改革 和探索中不断发展,我国本土化的科学教育体系基本形成。
2.1.2美国科学教育的历史与演化
美国的科学教育开始于20世纪初期,并在20世纪中叶之后伴随着几次科学教育的改 革蓬勃发展。根据廖伯琴教授的观点,20世纪中叶以后,美国的科学教育的发展可以分为 以下几个时期,包括:改革启动阶段(1950——1980),改革发展阶段(1980——2000), 基本成熟阶段(2000至今)
(1) 改革启动阶段(1950——1980)
20世纪50年代之前,美国的科学教育一直受到“进步主义教育思潮”的影响,一味 强调学生的活动和科学课程的实用性。1957年10月,苏联成功发射第一颗人造卫星,对 美国产生了巨大的触动。美国政府开始认识到自己和苏联在科学和技术方面的差异,认识 到科学教育在国际竞争中的重要作用,开始进行科学教育的改革。1958年,美国颁布《国 防教育法》,强调加强自然科学等基础知识的教育,增拨大量的教育经费。在法案颁布后的 60年代,受到布鲁纳“结构主义课程观”和“发现学习”的影响。美国进行了一系列包括 物理、化学、生物和地理等课程科学课程改革,提出了探究式教学等方法。通过这次教育 改革美国的科学教育基本完成现代化,产生了一系列如PCCS物理课程、CHEMS化学课程、 BSCS生物课程等有代表性的新课程。
(2) 改革发展阶段(1980一一2000)
■'1廖伯琴.科学教育学[M].科学出版社.2013. 27-33.
由于50年代的科学教育改革并未完成预期的目标,到了 20世纪80年代,科学教育 改革还在进一步推进,关注的焦点也由精英主义科学教育变成大众科学教育。1985年,美 国科学促进协会等12个机构提出的“2061计划”将培养学生的科学素养视为科学教育的 基本任务。1989年,美国科学促进协会提出的“为了所有美国人的科学”,文件中对于科 学素养作出了详细的描述,并且提出STS以及环保教育等理念。1996年初,美国科学教师 协会(NSTA)和国家科学研究院(NRC)共同出版了《国家科学教育标准》(简称NSES)O这 是美国教育历史上第一份全国性的科学教育标准,详细列出了 K-12年级科学课程的教学 目标、教学内容和评价标准。在NSES中不但对学生科学素养作出规定,并大力推行STS理 念下的综合科学课程的建设。此外,由于受到建构主义的影响,科学教育的方法也不断更 新,产生了合作学习、情境教学等新方法。
(3)基本成熟阶段(2000至今)
进入新世纪后,社会的迅猛发展和知识经济时代的到来对美国科学教育产生了很大的 冲击。美国经济和国际地位的下滑,在国际学业测评(PISA测试)中持续表现不佳等因素 一致呼吁新的科学教育课程标准的制定与实施。此外,美国国家研究理事会(NCR)对于认 知科学的研究成果和国际科学教育的比较为新课程标准的制订奠定了基础。2010年NCR联 合其科学教育机构,启动了下一代科学教育课程标准的研发。在2011年7月达成公司颁 布了《K—12年级科学教育框架》,而后经过两年的修订,最终在2013年颁布了最新的科 学教育标准一一NGSSo NGSS中提出三维学习目标,兼顾横向学科融合和纵向的学习进阶, 体现了美国科学教育研究的最新成果。
2.2中美科学教育课程标准的研究现状
近年来随着我国及世界范围内科学课程标准的修订,关于各国科学课程标准的研究以 及科学课程标准的比较研究也与日俱增。这里选择与研究相关的NGSS,我国科学课程标准 以及中美科学课程标准的比较研究现状进行文献综述。
2.2. 1关于美国科学教育课程标准的研究
在NGSS出版后至如今的五年中,国内外学者分别都对NGSS进行了研究。总体看来我 国尚未出现研究NGSS的专著,亦无NGSS的中译本问世,我国关于NGSS的研究多集于期 刊论文中的描述性研究。而国外已经出版了一系列关于NGSS的指导文件和书籍,研究呈现 出一定的多样化特点。就研究内容而言,我国学者对于NGSS的研究集中于产生背景、课程 理念、内容框架等方面,最近的研究也关注了 NGSS的实施和评价。而国外学者对于NGSS 的研究则集中于课程理念、内容解读、实施效果和课程评价等。根据文献的梳理和本研究 的需要,将从产生背景,课程理念,课程内容,课程实施,课程评价这几个方面综述关于 NGSS的国内外研究现状。
(1)产生背景
我国学者对于NGSS的产生背景的研究开展较早,并取得了一定的成果。2012年,王 磊和黄鸣春研究中将NGSS的产生背景归结为“四大外因”一一“经济滞后、PISA表现不 
佳、国内就业形势分析、提高公民科学素养”;“三大内因” 一一 “需要体现15年来美国的 科学进步、科学课程标准的国际比较研究、数学和语言的标准的兴起”。这种归因综合考虑 了美国国内和国际的背景因素,被后续的研究不断引用⑴。2013年,谢绍平和董秀红将美 国研制NGSS的主要背景归纳为以下三点:“原有科学课程标准存在的问题,科学技术与科 学教育的变革和发展,民众对新课程标准的希望”。这种分类方式虽然和王磊等人有所不同, 但是涵盖的背景因素大同小异⑵。2014年,吴成军和李高峰在“四大外因、三大内因”基 础上又提出了三条内因,即“美国新世纪人才观的变革、美国教育的反思精神以及不断增加 的课程内容与有限的教学时间之间的矛盾” Ko 2017年,王保艳和冯永刚在研究中发现, 国际科学教育改革、科技成果的推动和提高公民科学素养的要求是美国修订NGSS的重要 背景因素⑷。虽然归因方式不同,但这三点背景因素在王磊等人的研究中均有体现。所以 关于NGSS制定背景的研究中,以美国国外因素和国内因素的分类为主,综合考虑了科技发 展、政治经济水平、社会状况以及人才培养等因素,形成了丰富的研究成果。
(2)勰理念
对于NGSS设计理念的研究,最早以《K-12框架》中的设计理念为依据,在此基础上 国内外学者展开了丰富的研究。2012年,王威等人通过对《K-12框架》的研究总结了美国 新一次课程改革的理念“培养学生学习科学能力,关注实践与知识的结合,联结学生的兴 趣和经验和促进教育公平"⑸。2013年,Achieve公司在Next Generation Science Standards: For state, By state一书的附录A中,首次提岀了 NGSS课程理念的"七大 转变”。同年,郭玉英和姚建欣等人在对NGSS的述评中介绍了这“七大转变”,即为“科学 教育要反映真实社会中科学的相互联系,用表现预期评价学生学习结果,构建K-12进阶的 科学概念,注重科学知识的理解和运用,将科学知识与工程实践整合,为学生今后发展奠 定基础,与《州核心标准(语言和数学)》保持一致性”阪。后来闫守轩等学者的研究中也 引用了这“七大转变”。2014年,刘兴然在研究中通过对于NGSS指导原则的分析,将NGSS 的设计理念归纳为三点“通过实践活动整合科学和工程教育,以探究性和发展性的方式进 行科学教育,将核心概念整合为四大学习领域” mo 2015年,胡玉华通过对《K-12框架》 和NGSS的指导思想研究得出以下三条理念“以实践中的表现为评价取向,在三个维度中制 定具体课程目标,关注各种联系”曲。所以在NGSS的课程理念的研究中,学者们以《K-12 框架》的设计理念和NGSS的指导思想为基础,从宏观领域上归纳了 NGSS的课程理念。
(3)课程内容
m王磊,黄鸣春,刘恩山.对美国新一代《科学教育标准》的前瞻性分析一一基于2011年美国《科学教育的框架》和 1996年《国家科学教育标准》的对比[JJ.全球教育展望,2012(6):83-87.
何谢绍平,董秀红.美国新《K-12科学教育框架》解读[J].外国中小学教育,2013(04):55-61.
a吴成军,李高峰.重视核心概念发展实践能力——《美国新一代科学教育标准》的分析及启示[J].中学生物教学, 2014(1):7-10.
同王保艳,冯永刚.美国《新一代科学教育标准》探析[J]冲国教育学刊,2015(04):96-100.
冋吴文静,王威,何瑞.美国NGSS对我国修订生物学课程标准的启示[J].现代交际,2017(16):152.
回 NGSS. Next Generation Science Standards: For States, By States [MJ. National Academies Press, 2013:534.
⑺刘兴然.美国《新一代科学教育标准》的编制框架与特点卩].外国教育研究,2014⑸:115・122.
【町胡玉华.美国《新一代科学教育标准》的设计理念及启示卩].中小学管理,2015(8):27-29.
对于NGSS课程内容是研究的重要领域之一,国内外学者分别从学科整合、课程目标、 学科核心概念等角度展开了研究。2013年,郭玉英和姚建欣等人从课程内容整合的角度对 NGSS展开述评,以“表现期望”为核心来阐明实现三维课程目标的整合,作为横向整合; 接着解读基于“进阶矩阵”设计的核心概念从幼儿园到12年级的进阶发展,作为纵向整合 C1:o 2014年,RW Bybee等在论文中阐述了科学教育课程标准的重要性,重点介绍内容标准 中“基础框”和“联系框”的功能和作用,最后给出科学教师必备的综合素质和研究能力 [2:o同年,邓阳和王后雄对NGSS在研究中总结了 NGSS的主要特点,从课程目标的角度主 要强调了表现预期的可操作性,三维目标的整合以及学习进阶的设计"J 2015年,美国学 者Foster从学生概念转变的角度介绍了 NGSS的三维课程目标,并结合课堂实例证明了 NGSS课程内容具有“相关性、严谨性和连续性”的特点2016年,熊国勇选择NGSS的 DCI版本进行研究,主要分析了内容框架的组成以及学科核心概念的选择标准扳。同年,刘 玲在研究中对NGSS的内容体系进行分析,肯定了 NGSS课程内容具有连贯性,学科概念精 炼以及重视科学与工程实践的特点厲。所以课程内容的研究虽然比较多样,但是我国学者 多注重于宏观领域的介绍性研究,而国外学者结合应用实例研究较为深入。
(4)课程实施
对于NGSS的实施,我国学者研究较少,而美国根据实施经验开展了一系列的研究,取 得了丰富的成果。2013年,Richard A Duschl等人在论文中,强调了 NGSS中科学与工程 实践中“计划和实施调查”的重要性,提出了基于科学实践理念下的5D学习模式,并且证 明了这种模式更有利于科学实践教学的开展,缩小学生在理论建模和科学实践中的鸿沟⑺。 2015年Achieve公司出版了《下一代科学教育标准的实施指南》〈Guide to Implementing the Next Generation Science Standards'),该书中针对于NGSS的实施,给出了关于课 堂教学、教师进修学习、教材选用、教育评价、教学资源和政策宣传等方面的建议区。2016 年,我国学者李凯在研究中对NGSS实施指南进行了解读,分别对NGSS实施指南中的7条 实施理念和6点专门化实施建议进行了分析,得出了对我国科学教育实施的启示曲。2018 年Achieve公司继续出版《下一代科学标准教学材料的设计、选择和实施:研讨会论文集》
(Design, Selection, and Implementation of Instructional Materials for the Next Genera lion Science Standards: Proceedings of a Workshop), 该书是关于近年来 NGSS 实施中教学素材选择的论文综述,主要介绍了关于NGSS理念的教学素材的选择,教学模式 的选用以及教学的实施,还给出了一些小组合作学习的实例。该书汇集了 NGSS在课程实施
⑴郭玉英,姚建欣,彭征•美国《新一代科学教育标准》述评卩]•课程•教材•教法,201333(08):118-127,
⑵ Bybee R.W.NGSS and The Next Generation of Science Teachers[J]. Journal of Science Teacher Education, 2014(2):211-221.
⑶邓阳,王后雄科学教育的新篇章:美国《下一代科学教育标准》及其启示[J].教育科学研K 2014⑸:69・74.
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⑺ R. A. Duschl, R. W. Bybee. Planning and carrying out investigations: an entry to learning and to teacher professional development around NGSS science and engineering practices[J]. International Journal of STEM Education, 2014, l(l):l-9. [可 Council N. Guide to Implementing the Next Generation Science Standards[M].Science & Children. 2015, 53.
A】李凯.美国科学教育标准实施的新动向——基于《新…代科学教育标准实施指导弔》的内容分析卩].教学与管理, 2016(34):80-82.
以及教学资源开发的最新成果⑴。
(5)课程评价
对于NGSS的评价,美国学者将其视为研究的重点内容,取得了丰富的理论成果。我国 学者仅有一些介绍性研究以借鉴国外经验。美国在NGSS颁布不久即成立了 “K-12科学学 习评定研制委员会"(Committee on Developing Assessment of Science Proficiency in K-12),并于2014年编制了《为下一代科学教育标准开发评定》〈Developing Assessment for the Next Generation Science Standards') 一书。该书中根据 NGSS 的理念提供了丰 富的发展性评价方法和评价案例,从“评价设计及有效性”、“课堂评价”、“评价监控”、“设 计评价系统”和“实施科学评价系统”几个方面阐释了评估的开发和实施区。2015年,我 国学者蔡敏等人对《为下一代科学教育标准开发评定》一书做了详细的解读,介绍了基于 NGSS的学业评价整体设计,包括:运用BAS设计出评定系统,包括:建构概念图,设计测 试题,编制评分指南,检验测试模型。接着从内部评价和外部评价两个方面介绍了 NGSS的 学业评价体系反。2016年,Angela H DeBarger等人在论文中提出了基于NGSS的理念设计 针对初中学生科学课程教学的评价手段,采用以证据为中心的评价设计框架。作者通过编 制科学评价测试和研究测试结果,对NGSS的评价设计提供了一定的参考
2. 2. 2关于中国科学教育课程标准的研究
相比于NGSS,我国新版科学课程标准颁布时间仅有一年,所以对于新课程标准研究的 相对较少,但是已经呈现出蓬勃发展的趋势。
(1)关于2017高中物理课程标准的研究
2017高中物理课程标准出台后,陆续出现了关于课程标准的理念和内容解读,后续也 出现了一些关于新旧高中物理课程标准的比较研究。在新课标出台后,廖伯琴教授作为主 要的修订人,主编了《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》并发表了一系列关于高 中物理课程标准的研究。其中包括,旧版高中物理课程标准存在的问题,新课程标准的课 程结构设置,物理学核心素养的解读。廖伯琴老师总结了新课程标准修订的“五大特点”, 包括“凝练物理学核心素养,优化课程结构,加强科学实践,制定学业质量标准,引导教 师关注核心素养” Ko另外一些新旧高中物理课程标准的比较研究也开始出现。赵竖和马 亚鹏将17版高中物理课程标准和03版的课程标准作了对比,分别从课程框架、课程性质、 课程目标和课程结构等方面进行了对比,总结了新高中物理课程标准的特点和实施建议。 曹宝龙以高中物理课程标准中的学业质量标准为依据提出高中物理课堂教学的改革,从目 标的建立、课堂教学的实施、学生评价改革与学生作业改进等几个方面,全面落实培养学生
⑴ Holly G. Rhodes. Design, Selection, and Implementation of Instructional Materials for the Next Generation Science Standards: Proceedings of a Workshop[M]. Washington, DC: National Academies Press, 2018.
⑵ Erduran S. Developing Assessments for the Next Generation Science Standards[M]. Washington. DC: National Academies Press. 2014, 38:1-3.
⑶蔡敏,马永双.美国基于《新一代科学教育标准》的学业评定系统探析[J].教育科学,2015,31(3):75-80.
【4】DeBarger. Angela Haydel|Penuel, William R.|Harris. Christopher J.〔Kennedy” Cathleen A. Building an Assessment Argument to Design and Use Next Generation Science Assessments in Efficacy Studies of Curriculum Interventions.[J]. American Journal of Evaluation, 2016. 37(2).
⑸佚名.为国富民强培养物理人才一一访普通高中物理课程标准修订组负责人廖伯琴[JJ.基础教育课程.20I8(zl). 学科核心素养的课程理念,促进学生学业质量的全面提升。单俊豪和王晶莹通过词频分析 的方法对新旧高中物理课程标准进行比较研究,通过新旧高中物理课程标准整体的高频词 分析、词频突变分析以及各部分的词频分析,总结出新课标的变化趋势和特点⑵。随着课 程标准的实施和开发,将会有更多关于科学课程标准的研究。
(2)关于2017小学科学课程标准的研究
2017小学科学课程标准颁布后,教育部也出版了《义务教育小学科学课程标准(2017 年版)解读》,该书梳理了课程标准实施十多年来的经验和问题,阐述了小学科学课程改革 的设计思想,从课程目标、课程内容、教学和评价建议和课程资源等方面,讨论了教师专 业发展,对小学科学教育的未来改革进行了展望。除此之外,一些学者先后对2017小学科 学课程标准展开研究。比如王秋芳和王鹏在研究中总结了小学科学新课程标准的“五大特 点”,包括本土立场、核心素养、概念统领、跨科融合和学习进阶,然后又从教学团队、教 学资源、教学设计和教学评价等方面给出了一些实施建议胡继飞介绍2017版义务教育 小学科学课程标准,从开课年级、学科地位、课程理念、课程目标、课程内容和课程实施 等六个方面总结了新版小学科学课程标准的特点胡进则对2017小学可续课程标准和香 港科学课程标准进行了比较,分别从课程理念、课程目标、课程结构、课程内容以及课程 评价方面展开了分析,得出了香港和内地小学科学课程标准的关注点和特点[5;=
2. 2. 3关于中美科学教育课程标准的比较研究
由于我国新课程标准出版仅有一年,对于新课程标准与NGSS的比较研究未见于发表。 但一些关于以前版本的中美科学课程标准的比较研究值得综述和比较,对本研究有一定的 借鉴意义。
早先的研究大多选择美国课程标准的NSES和我国2001或2011年版的科学课程标准 进行比较。早在2003年,孙宏安在从基本思想、体系结构、具体内容和表达方式等四个方 面对NESE和2001版义务教育科学课程标准进行了比较,认为两者的基本思想较为相同, 虽然在宏观结构不同但在微观内容表现出一致性曲。2006年,沈小娟等选择同样的中美科 学课程标准的比较版本,在比较维度上增加了教学标准和评价标准两个方面;比较研究关 注中美课标在不同比较维度的共同点和差异点,最后得出对于中国科学教学的三点启示"o 2015年刘晓明等人的研究中的比较对象中增加了 2011版《义务教育初中物理课程标准》, 其中比较维度中增加了课程实施情况维度,最后得出对于我国科学教育课程标准实施的几 点建议,包括重视意义学习和关注不同地区学生的差异性等
2013年以后,随着NGSS的颁布,学者们开始选择NGSS和我国2011版科学课程标准
E赵坚,马亚鹏.普通高中物理课程标准对比分析与教学启示卩].物理通报.201&37(5):2-7,
[2]单俊豪,王晶莹.面向核心素养的新旧高中物理课程标准比较研究卩].教师教育论坛,2018.31(06):17-20.
⑷王秋芳.王鹏.试析我国小学科学课程标准之“新”与“行” [J].上海教育科研.2018(02):61-64.
⑷胡继飞.我国新版小学科学课程标准探微[J].中小学教师培训,2017(06):28-32.
冈胡进.我国内地及香港小学科学课程标准比较与评析[J].教育测量与评价,2018(1):39-45.
冋孙宏安.中美《科学课程(教育)标准》比较[J].比较教育研究,2003. 24(10):45-50.
[7)沈小娟,应莺,陈斌.中美科学教育标准比较研究【J].外国教育研%. 2006⑸:28-32.
冋刘晓鸣,赵义泉.中小学科学课程发展趋势——屮美两国科学课程标准的比较[J]. 口城师范学院学:报.2014(4):101- 105.
进行比较。2015年,闫守轩等选择了 NGSS和2011版《义务教育小学科学课程标准》进行 比较,将比较维度分为设计理念、主体结构、学科内容和评价标准,最后给出注意工程教 育的渗透和科学内容的多维整合等建议"。2017年,曲鹤和王晶莹等人选择NGSS和2011 版《义务教育科学课程标准》为对象进行研究,以中美课程标准中能量单元为例,详细比 较了我国课程标准中的内容结构。最后给出加强学科联系和提高实践权重等启示比。2018 年,赵瑶对21世纪以来中美科学教育的课程改革进行了比较,比较的三个维度分别是改革 目标、改革重点和改革实施,最后得出了四条对于我国教育改革的启示和建议此。还有一 些硕士论文,也以中美科学课程标准作为选题进行了研究。2013年,西南大学的李淑淑选 择NGSS和2001版小学科学课程标准进行比较分为课程和内容两个维度进行比较2016 年,华中科技大学的王和美选择NGSS和我国2011版小学科学课程标准进行比较,分别从 课程目标、课程理念、内容体系和主体结构这四个方面进行了比较旳。2017年,辽宁师范 大学的贾翠雅选择2011版初中科学课程标准和NGSS进行比较,在比较时加入了历史背景 和修订过程和实施建议的比较,分析了中美科学课程标准的实施的影响因素曲。
综上所述,对于中美科学教育的比较研究比较集中于宏观理念和内容的比较,得出了 一些对于我国科学课程标准修订和课程改革等有意义的结论。这些比较研究所比较的维度 对本研究有一定的借鉴意义,但是研究范式和研究内容单一,研究方法也以文本比较研究 的质性研究为主,缺乏量化的研究方法。
2.3总结
根据以上的文献综述和研究现状分析,本研究总结出中美科学教育课程标准的比较研 究中的成果和问题如下:
2. 3.1.关于NGSS的研究:国外的研究值得借鉴,我国的研究尚需深入
我国学者对于NGSS研究多为介绍或宏观性的比较,集中于研究NGSS的产生背景、课 程理念、内容框架等,意在为我国的课程改革提供一些借鉴和启示。而国外学者对于NGSS 的研究层次较多,虽然也不乏理论层面的论证和介绍,但很多研究关注于NGSS的实施和评 价、相关的教师教学水平以及教育公平的问题。国外学者研究手段相比于国内呈现一定的 多元化趋势,已经出现一些实证性的案例研究和调查研究方式。相比之下,我国的研究多 停留在表层,缺乏具体内容和实施评价的研究。
由于NGSS颁布至今已经有五年时间,国内外已经积累了大量的研究成果。所以本研究 可以借鉴国内外的研究成果,同时吸收国外优秀研究的经验和方法。
2. 3.2关于我国科学课程标准的研究:目前数量较少,研究视角较为单一
由于我国新课程标准颁布至今只有一年的时间,所以对于我国课程标准的研究和解读
E闫守轩.宋林锋.中美小学新科学课程(教育)标准的比较及启示[J].教育科学.2015. 31(1):85-89.
121曲鹤,王晶莹,边均萍.中美科学标准改革内容结构解读卩].中小学教师培训,2017(7):74-7&
[3]赵瑶.21世纪以来屮美科与:教冇课程改苹比较研究[J].教育现代化.2018(7).
同李淑淑国内外小学科学课程标准目标和内容的比较研究[D].西南大学.2013.
⑴王和美.中美小学科学课程标准比较研究[D].华中科技大学,2016.
问贾翠雅.中美初中科学课程标准的比较研究[D].辽宁师范大学.2017. 尚未开始。但是按照以往对于课程标准的研究的和现阶段发表的对于课程标准解读的研究 来看,对于新课程标准的研究应该会成为研究的热点内容。而且随着新教材的编写和新课 程改革的实施,新课程标准的研究不止局限于课程标准的解读和比较,对于新课程标准的 实施和对于评价方式的变革应该是我国课程标准进一步研究的热点。
2. 3.3关于中美科学课程标准的比较研究:比较研究的维度值得借鉴,但是研究方法有待 革新
近年来由于我国课程标准的修订,对于中美课程标准的比较研究受到一定的重视。这 些中美课程标准的比较对象虽然不同,但是比较维度集中于课程理念、结构框架、课程内 容和课程实施和评价等领域,也都结合我国的科学教育改革的特点给出了一定的启示。这 些比较维度和启示对本研究比较维度的确定具冇一定的借鉴意义。但是我国的课程标准的 研究方法以定性的宏观比较为主,比较方法具有一定局限性,本研究力图在已有中美课程 标准比较研究的基础上增加一些定量比较和实证研究的内容。
3.理论基础
3.1 “和而不同”的哲学思想
“和而不同”出自《论语》中的“君子和而不同,小人同而不和”,代表着我国古代哲 学的重要理念和处世智慧。这里的“和”可以代表着去掉民族和阶级成分的普世价值,比 如公平、自由、平等等人类社会的普遍观念。“和而不同”代表在追求普世价值的道路上可 以体现不同个体的创造性。根据王长纯先生的观点,“和而不同”可以作为我国教育改革和 比较教育研究的基本理论取向。即对于国外教育经验在深入分析的基础上加以借鉴,立足 于本国教育研究和发展的现状,发现我国教育改革和发展的切入点,从而达到促进创新和 教育改革的目的
本研究立足于“和而不同”的哲学理念,在比较研究时,深入分析中美科学课程标准 的差异和原因。在考虑到我国科学教育的实际情况的基础上,借鉴美国科学课程标准中的 优秀成果,得出对于我国高中物理课程标准修订的启示和建议。
3.2实证主义比较教育学
在比较教育学兴起之初,历史研究法和因素分析一直是该领域中主要的研究方法。在 20世纪初,受到实证主义社会学方法和实验教育学的影响,比较教育学开始从历史主义研 究范式向实证主义研究转型。乔治.贝雷迪(Geoge乙F.Bereday, 1920-1983)就是实证主 义比较教育学的代表人物之一。贝雷迪主张通过跨国的比较教育研究找出教育内部各要素 之间的关系以及教育子系统之间的关系,并采用自然科学研究中的描述法和统计法等,通 过严密的资料收集和数据分析等,建立一种可以反复检验的教育科学理论。而且贝雷迪在 专著《教育中的比较法》(Comparative Methods in Education)中将实证比较教育分为四 个步骤:描述(description)、解释(interpretation)、并置(juxtaposition)和比较 (comparison)。贝雷迪提出的比较实证教育的理论和方法具有很强的操作性,更加强调定 量分析的使用并与定性比较分析相结合区。
本研究借鉴了贝雷迪的比较教育的实证理论和步骤,通过词频分析进行量化比较。再 结合贝雷迪的比较教育中四个步骤的划分,确定比较维度和量化分析的基础上,进行课程 标准的宏观和微观比较。
”王长纯.和而不同:中国教育改革的文化动力(论纲)一一和而不同取向之比较教育补论卩].外国教育研究.2018(3). 0陈时见.比较教育学[M].重庆:西南师范大学出版社.2012. 42-45.
4.中美科学教育课程标准的词频统计
4.1研究对象的选择与简介
根据现阶段中美科学课程标准的使用情况,本研究选择NGSS以及相关文件作为美国 科学教育课程标准的研究对象;选择2017高中物理课程标准作为我国科学课程标准的研 究对象。考虑到高中物理课程标准的学科性,又选择了 2017小学科学课程标准作为参考, 下面分别对这三份课程标准的产生背景和基本结构进行介绍。
4. 1. 1《下一代科学教育标准(NGSS)》简介
(1)产生背景
自1996年由美国国家研究理事会(National Research Council,简称NRC)颁布第一 部《国家科学课程标准》(National Science Education Standards,简称NSES)至今的 十多年以来,随着社会的变革,知识经济时代的到来给K-12年级科学教育以较大的冲击。 从国际形式来看:美国经济和国际地位的下滑,在国际学业测评(PISA测试)中持续表现 不佳,以及美国国内对于提高科学教育质量的诉求,一致呼吁新的科学教育课程标准的制 定与实施。
美国国家研究理事会在2011年7月颁布了《K—12年级科学教育框架》(A Framework for K-12 Science Education)。该框架作为美国科学教育课程改革的纲领性文件,构建了 科学课程愿景,提出了三个课程维度:学科核心概念(Disciplinary Core Ideas)、科学 工程实践(Science and Engineering Practice)和跨学科概念(Crosscutting Concepts)o 随后在卡内基基金会的资助下,由达成公司(Acheive)主导,美国国家研究委员会(NRC)、 美国国家科学教师协会(NSTA)、美国科学促进协会(AAAS)联合美国26个州的41位专业 人员组成的研究团队花了近两年的时间,征求各种建议并反复修订,最终在2013年4月 正式颁布《下一代科学教育标准》(Next Generation Science Standards,简称NGSS),再 次引起了全球科学教育界的轰动。
(2)基本结构
NGSS体现了科学教育的一致性和整合性的特点,从幼儿园的到高中设计一贯性的科学 课程。NGSS围绕四大科学学科领域(物质科学、生命科学、地球与空间科学和工程与技术) 和13个核心概念展开。每一部分的内容标准通过"表现预期Performance Expectation)
"基础框"(Foundation Boxes)和"联系框"(Connection Boxes)的模式构成,其中"基 础框”又从科学与工程实践,学科核心概念和跨学科概念三个维度展开。从内容特征和编 排框架代表了美国科学教育的最新成果。
本研究选择的NGSS的版本为2013年8月美国国家学术岀版社出版的《下一代科学教 育标准:源于各州,面向各州》(Next Generation Science Standards: For state, By state),该书主要包括前言介绍、课程标准和附录三个主要部分。其中课程标准部分提供 了两种模式的文本,第一种是按照“学科核心概念”组织的文本(Arranged by Disciplinary Core Ideas,简称DCIs版本);另一种以科学实践“主题”组织文本,即主题模式(Arranged
 
by Topic,简称Topic版本)。附录部分包括13个对NGSS的说明和解释文件。NGSS的框 架结构如表4-1所示。
表4-1《下一代科学教育标准:源于各州,面向各州》框架结构
第一卷:课程标准一一
"学科核心概念模式"
和“主题模式” 冃U s
国家研究理事会对NGSS的评论
鸣谢
引言
如何阅读NGSS
词汇表
NGSS的学科核心概念模式(DCIs版)
NGSS的主题模式(Topic版)
第二卷:附录 附录A: NGSS中的概念转变
附录B:对公开意见稿的回应
附录C:大学与职业准备
附录D: “所有标准,所有学生”让NGSS适用于全体学生
附录E: NGSS中学科核心概念的进阶
附录F: NGSS中的科学与工程实践
附录G: NGSS中的跨学科概念
附录H:理解科学事业:NGSS中的科学本质
附录I: NGSS中的工程设计
附录J:科学、技术、社会与环境(STSE)
附录K:基于NGSS的初高中模块课程规划
附录L: NGSS与《州共同核心标准(数学)》的联系
附录M: NGSS中科学技术主题与《州共同核心标准(英语)》的 联系
此外,由于NGSS中只包含内容标准和部分课程理念,考虑到不同维度的比较研究的需 要,本研究也会采用NGSS系列的其他文件。本研究主要用到《K—12框架》和《为下一代 科学教育标准开发评定》(Developing Assessment for the Next Generation Science Standards)两份文件。
4. 1.2《普通高中物理课程标准(2017年版)》简介
(1)产生背景
2003年教育部颁布了《普通高中物理课程标准(实验稿)》,该课程标准对高中物理课 程教学与改革具有一定的指导作用,但是在实施过程中也面临一定的问题。比如三维目标 表述不具体,选修系列教学实施困难,教学内容衔接不足,科学探究和综合实践活动实施 程度不一等。2013年教育部启动了普通高中课程标准的修订工作,结合10个国家的课程 标准比较成果和物理课程改革经验,最终于2018年1月颁布了《普通高中物理课程标准 (2017年版)》。
(2)基本结构
新版高中物理课程标准体现了时代性、基础性和选择性。在课程设置和结构中进一步 优化模块化课程,将课程结构分为必修课程、选择性必修课程和选修课程三级,在保证物 理学知识体系完整的基础上体现了一定的选择性。在课程目标设定中,凝练了物理学核心 素养,包括四个维度“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”、“科学态度和责任”。物理学 核心素养体现了物理学特色和育人功能,同时解决了 2003版中“三维目标”操作性不足的 问题。在内容标准中,新课标中加强了科学实践,注重物理学与实际生活的联系,增加了 实验教学的比重,在必修和选择性必修中遴选出学生必做的21个实验。而月.依据物理学科 核心素养制定了五个水平的学业质量标准。学业质量标准是物理学核心素养的具体表达, 为水平考试提供命题依据。高中物理新课标为物理课程的实施和改革提供的方向,符合时 代的要求和科学教育的发展理念。2017高中物理课程标准的框架结构如表4-2所示。
表4-2 "2017高中物理课程标准”框架结构
■ 1 /-
冃U s
一、课程性质与基本理念 1.课程性质
2.基本理念
二、学科核心素养与课程目标 1.学科核心素养
2.课程目标
三、课程结构 1.设计依据
2.结构
3.学分与选课
四、课程内容 1.必修课程
2.选择性必修课程
3.选修课程
4.学生必做实验
五、学业质量 1.学业质量内涵
2.学业质量水平
3.学业质量水平与考试评价的关系
六、实施建议 1.教学与评价建议
2.学业水平考试与命题建议
3.教材编写建议
4.地方和学校实施本课程的建议
附录 附录1物理学核心素养的水平划分
附录2教学与评价案例
4.1.3《义务教育小学科学课程标准(2017年版)》简介
(1) 产生背景
2001年教育部颁布了《义务教育小学科学课程标准(实验稿)》,后来在2004年针对 小学科学课程标准的修订广泛的征求意见,并开始对课程标准进行修订。2011年2月完成 了《义务教育小学科学课程标准(修订稿)》,但并未正式发布。2013年,小学科学课程标 准在《意见》以及核心素养理念的指导下进行第二轮修订,最后于2017年2月正式由教育 部发布。
(2) 内容结构
2017小学科学课程标准中力求体现小学科学课程的基础性、实践性和综合性。从课程 年限上恢复从小学一年级开始设置科学课程,符合国际科学教育的整体趋势和我国科学教 育一贯制的整体安排。在课程目标中,将小学科学的目标设为科学知识、科学探究、科学 态度和STSEo在课程内容的安排上,将小学的年级段分为低中高三个阶段,保障了课程内 容的一致性,融入了学习进阶的理念和成果。新课标中的课程内容以主题的形式展开,一 共分为四个主题:物质科学、生命科学、地球与宇宙科学和技术工程领域。新课标遴选了 小学阶段科学的18个核心概念和75个学习内容,并且强调了跨学科学习和工程实践,在 整体上体现了我国科学教育十余年间的发展和成果。2017小学科学课程标准的框架结构如 表4-3所示。
表4-3 “2017小学科学课程标准”框架结构
一、刖B 1.课程性质
2.课程基本理念
3.课程设计思路
二、课程目标 1.课程知识目标
2.科学探究目标
3.科学态度目标
4•科学、技术、社会与环境目标
三、课程内容 1.物质科学领域
2.生命科学领域
3.地球与宇宙科学领域
4.技术与工程领域
四、实施建议 1.教学建议
2.评价建议
3.教材编写建议
4.技术与工程领域
附录:教学案例 案例1认识空气
 
案例2水沸腾现象的观察
案例3西瓜虫有“耳朵”吗
案例4观察月相
案例5暗盒里有什么
案例6水火箭
4.2研究方案的制定
4. 2.1研究思路的设计
首先对三份课程标准的内容结构进行分析,根据比较研究的维度选取需要进行词频分 析的部分。将这些部分提取出来,并统一文件格式。比较不同的词频分析软件,并对这些 软件进行校准,选择恰当的词频分析软件进行词频分析。对词频分析的结果分类汇总并进 行整理。
4. 2. 2词频统计方案的制定
(1) 确定研究内容
根据研究思路以及对三份课程标准框架结构的分析,本研究将通过对于正文词频的分 析来比较中美科学课程标准中的课程理念,通过对于具体内容的词频分析来比较中美科学 课程标准的中的内容标准。本研究选择美国科学课程标准NGSS中的DCI版进行词频分析, 分别选择出NGSS的正文部分(去掉引言和目录)、小学部分、高中物质科学部分进行分析; 选择2017高中物理课程标准和2017小学科学课程标准进行词频分析,分别选择出两份课 程标准中的正文部分(去掉序言和目录)以及内容标准部分进行分析。
(2) 统一文件格式
从课程标准中提取所需的8个部分,并统一文件格式。文本格式可以有pdf、doc、txt 等很多格式,根据预分析发现,同一份文本采用不同的格式,会对词频分析的结果产生很 大影响。而相关的研究表明,txt属于纯文本格式,可以排除掉格式文件字符等对词频分 析产生的干扰,所以本研究将所需的分析的格式统一为txt的纯文本格式。
(3) 选择词频分析软件
根据文献调研选择几种适合本研究所用的词频分析软件,选择一段特定的文本,先对 这段文本进行人工词频分析,再利用这些词频分析软件对该段材料进行词频分析,通过与 人工分析结果的比较选择词频分析软件。
4.3研究工具的选择
4. 3. 1词频分析的原理及工具
词频分析属于内容分析领域中一种重要的研究方法。它是根据特定词出现的频次进行 统计分析,以此来确定热点和变化趋势。词频分析有助于研究人员在定性研究的基础上, 从定量的角度迅速确定研究热点。根据文献调研不难看出,词频分析方法不仅仅应用于文 献计量学以及图书情报等领域,近些年在社会学和教育学等领域也有了广泛应用"。
在词频分析过程中,选择词频分析软件尤为重要。即使对于同一分析对象选择不同的 词频分析软件统计结果也会产生很大差异。根据已有的文献调研,词频分析工具可大致分 为以下三类:第一,自主开发软件,即研究人员利用Java、Python等大型软件编写程序实 现词频分析功能。比如单俊豪和王晶莹在比较新旧高中物理课程标准时,就采用了 Python 语言自主开发词频检索软件并且采用征询专家意见建立的课程标准词库。该方法要求研究 人员具有一定的编程能力以及学术水平。第二,利用其它软件功能实现,即研究者利用SPSS、 Excel、OneNote, Word等非词频统计工具的相关功能来实现词频分析。该方法操作简单, 但统计结果需要汇总和整理,而且对于统计结果的进一步可视化分析造成一定的困难。第 三,利用已开发的词频分析软件,即利用研究人员利用CiteSpace、ROST-CM6、Nvivo、SATI 等词频统计工具直接进行词频分析。这些软件功能强大,操作简单,并且可以将分析结果 用图谱等形式呈现。
4. 3. 2词频分析工具的选用
根据本人的研究能力,本研究选择利用已开发的词频分析软件。根据文献调研与试测, 本研究初步选用了 Nvivo、ROST-CM6和Excel三个软件。
根据词频试测和文献调研的结果,英文文本以词为单位,词频分析较为容易,所以用 不同软件进行词频分析的结果差异性较小,这里不再做论述。而中文文本以字为单位,需 要借助“分词系统”才能完成词频分析,所以不同的词频分析软件中不同的“分词”或“断 句”会对词频分结果造成巨大差异。所以有必要对于不同的词频分析软件进行校准,选择 合适的词频分析软件。
对于不同词频分析软件,本研究采用的校准方法如下:选用2017小学科学课程标准中 的一段话作为词频校准材料,并将其格式转为txt版。首先人工对这段材料进行词频统计, 将其作为比较标准。然后分别利用Nvivo、R0ST-CM6和Excel软件进行词频统计。将统计 结果进行汇总和比较。
根据统计结果的直观判断,Nvivo的结果最为准确,R0ST-CM6次之,Excel统计结果 最差。然后本研究选择人工词频统计结果为效标,将统计结果分别录入SPSS22.0,计算三 个词频分析软件的统计结果与人工统计结果的Spearman相关系数。相关系数越高,表明统 计结果越准确。结果表明,r (Nvivo) =0. 823, r (R0ST-CM6) =0. 724, r (Excel) =0. 655。 鉴于Nvivo统计结果的准确程度高,故最终本研究选择Nvivoll (中文版)软件进行词频 统计。
4.4词频统计的结果
确定Nvivoll为词频软件,按照研究方案对三份课程标准进行整体和部分的词频分析。 然后人工对词频分析结果进行整理,去掉无意义的虚词,最终整理的词频分析结果如表4- 4和4-5所示。(这里只展示排名前20的高频词,完整的词频分析结果见附录1)
1'1左丽华.词频分析及常用工具比较研究卩].图书馆学刊.2016,38(06):38-41.
 
表4-4中美科学课程标准的正文词频统计结果(前20高频词)
2017高中物理课程标 准 NGSS (DCI 版) 2017小学科学课程标 准
单词 计数 E 单词 中文翻 译 计数 E 单词 计数 加权百 分比
(%)
物理 411 2.41 evidence 证据 440 0.56 学生 677 2.18
学生 409 2.4 science 科学 416 0.53 科学 577 1.86
了解 227 1.33 energy 能量 372 0.47 学习 525 1.69
实验 212 1.25 information 信息 300 0.38 物理 411 1.32
课程 210 1.23 data 数据 287 0.37 了解 334 1.08
科学 208 1.22 use 使用 286 0.36 内容 306 0.99
问题 194 1」4 ideas 观点 275 0.35 课程 278 0.9
学习 172 1.01 by 通过 272 0.35 探究 267 0.86
内容 146 0.86 solutions 解决方 法 268 0.34 实验 261 0.84
发展 139 0.82 assessment 评价 266 0.34 问题 250 0.81
探究 122 0.72 students 学生 266 0.34 教学 210 0.68
学科 119 0.7 natural 自然的 251 0.32 教师 206 0.66
素养 106 0.62 core 核心 238 0.3 活动 195 0,63
核心 104 0.61 system 系统 236 0.3 生活 183 0.59
应用 103 0.6 model 模型 235 0.3 发展 180 0.58
评价 102 0.6 earth 地球 221 0.28 知道 178 0.57
教学 99 0.58 engineering 工程 218 0.28 评价 164 0.53
认识 99 0.58 connections 联系 214 0.27 物体 148 0.48
要求 98 0.58 design 设计 209 0.27 观察 148 0.48
水平 89 0.52 scientific 科学的 209 0.27 方法 144 0.46
 
 
表4-5中国科学课程标准中内容标准的词频统计结果(前20高频词)
2017高中物理课程标准内容标准部分 2017小学科学课程标7 隹内容标准部分
单词 长度 计数 加权百分 比(%) 单词 长度 计数 加权百分 比(%)
了解 2 209 3.08 学习 2 177 2.4
实验 2 128 1. 88 内容 2 123 1.67
应用 2 71 1. 05 物体 2 115 1. 56
知道 2 69 1.02 年级 2 108 1.47
生活 2 68 1 观察 2 83 1. 13
运动 2 64 0. 94 知道 2 82 1. 11
现象 2 62 0. 91 生活 2 68 0.92
认识 2 60 0. 88 学生 2 63 0.85
物理 2 58 0.85 描述 2 63 0.85
分析 2 54 0. 8 活动 2 63 0.85
学生 2 54 0.8 不同 2 59 0.8
 
 
问题 2 53 0. 78 了解 2 56 0. 76
定律 2 52 0. 77 植物 2 56 0. 76
发展 2 49 0. 72 动物 2 54 0. 73
方法 2 49 0. 72 地球 2 51 0. 69
内容 2 48 0. 71 物质 2 51 0. 69
物理学 3 42 0.62 变化 2 50 0. 68
体会 2 41 0.6 教师 2 50 0. 68
要求 2 40 0. 59 指导 2 46 0. 62
资料 2 38 0. 56 生物 2 41 0. 56
 
 
表4-6美国科学课程标准中内容标准的词频统计结果(前20高频词)
NGSS高中物质科学部分(总体) NGSS小学科学部分(总体)
单词 中文翻译 计数 加权百 分
(%) 单词 中文翻 译 计数 加权百 分
(%)
PS 物质科学 129 1. 36 science 科学 135 0. 57
energy 能量 104 1. 1 evidence 证据 131 0. 55
system 系统 54 0. 57 information 信息 131 0. 55
assessment 评价 47 0. 5 Is 生命科 学 115 0. 48
can 能够 47 0.5 ess 地球空 间科学 114 0.48
evidence 证据 44 0. 46 PS 物质科 学 113 0.47
using 使用 41 0. 43 solutions 解决方 法 113 0.47
information 信息 40 0. 42 using 使用 107 0. 45
models 模型 39 0.41 include 包括 102 0. 43
include 包括 37 0. 39 grade 年级 98 0.41
science 科学 37 0. 39 connections 联系 94 0. 39
data 数据 35 0.37 ideas 观点 89 0. 37
students 学生 35 0.37 patterns 模式 85 0. 36
ideas 观点 34 0. 36 assessment 评价 84 0. 35
design 设计 30 0. 32 core 核心 84 0. 35
mathematical 数学的 30 0. 32 by 通过 83 0. 35
scientific 科学的 30 0. 32 experiences 经验 83 0. 35
matter 物质 29 0. 31 data 数据 81 0. 34
understandin
g 理解 28 0. 3 natural 自然的 81 0. 34
objects 物体 27 0. 28 engineering 工程 76 0. 32
5.中美科学教育课程标准的宏观比较
5.1中美科学课程理念的比较研究
课程理念是课程标准编写的前提和依据,反映了编写者的课程价值观。它直接影响着 课程目标的制定,课程结构设计和课程内容的选择。从课程理念的比较中可以发现中美科 学教育的关注重点和核心思想。中美科学课程标准中均有关于课程理念的表述,这一部分 可以采用文本分析进行质性研究。由于高频词的结果也可以体现课程标准的设计理念,所 以亦可采用词频分析的定量研究结果加以佐证。本节将两者结合,比较中美科学课程标准 中课程理念的差异。
5.1.1中美科学课程理念的文本分析
根据三份课程标准的文本分析,我国2017高中物理课程标准在第一章“课程性质和基 本理念”中,明确提出了五条基本理念;同样2017小学科学课程标准在第一部分“前言” 中也提出了四条基本理念。NGSS的正文中并无课程理念的表述,在附录A中也提到了七条 课程理念转变。具体内容如表5-1所示。
表5-1中美科学课程理念的比较
2017高中物理课程标准 NGSS 2017小学科学课程标准
课程理 念 1.注重体现物理学科本 质,培养学生物理学科核 心素养 1.K-12科学教育应该反 映科学与现实世界中的 实践经历相互联系的本 质 1.面向全体学生
2.注重课程的基础性和 选择性,满足学生终身发 展需求 2.用表现期望评价学习 结果 2.倡导探究性学习
3.注重课程的时代性,关 注科技进步和社会发展 需求 3.构建K-12进阶的科学 概念 3.保护学生的好奇心和 求知欲
4.引导学生自主学习,倡 导教学方式多样化 4.注重深入理解和实际 运用 4.突出学生的主体地位
5.注重过程评价,促进学 生核心素养的发展 5.将科学知识与工程实 践整合
6.为学生今后发展(大 学学习、工作和职业选 择)奠定基础
7.与《州核心标准(语言 和数学)》保持一致性
通过文本分析不难看出,中美科学课程的基本理念各有侧重。我国科学课程标准的基 本理念强调以下三点:
第一,强调学生的主体性。“强调学生学习的主体地位”是2003年课程改革中的重要 理念,在本次课程改革中有所延续。无论在2017高中物理课程标准还是小学科学课程标准 中都着重强调学生的主体地位,2017小学科学课程标准中的第4条已经明确指出,2017高 中物理课程标准中“引导学生自主学生” “满足学生终身发展” “促进学生核心素养发展” 等表述也突出了学生的主体地位。此外由于小学科学教育处于义务教育阶段,所以2017小 学科学课程标准以“面向全体学生”的课程理念来突显义务教育中的公平性。
第二,倡导学习方式的多样化。我国新课程标准的理念试图突破我国目前单一的讲授 教学模式,为学生创造个性化的学习环境。2017高中物理课程标准中第4条己经明确指出, 而2017小学科学课程标准中的2、3条的具体解释中也有所体现。
第三,培养学生的核心素养。2013年教育部在《意见》中明确提出培养学生的核心素 养,实现立德树人的根本任务。在该文件的指向下,“培养学生的核心素养”成为了本次课 程标准修订的重要任务。2017高中物理课程标准中的1、5条都提到了物理学科核心素养, 小学科学虽然在具体条目中没有出现,但是理念的解释中也提到了 “培养学生科学素养” 和“立德树人的要求”等。而且我国的两份课程标准中都强调关注学生的终身发展,这也 是“核心素养”理念的体现之一。
美国课程标准强调以下三点:
第一,注重科学实践。1996年NSES中提出的“科学探究”风靡一时,然而NGSS中最 突出的变化是将“科学探究”改为“科学实践”。根据唐小为等学者的研究,美国发现“科 学探究”在实施过程中出现了 “教条化的科学方法”等问题。NGSS强调科学实践,其实是 通过真实的理论性探究和社会性活动来体现科学教育的本质[i: o所以在课程理念的描述中, NGSS在第1条和第5条都强调了 “科学与工程实践”。
第二,强调科学知识的整合和联系。按照郭玉英教授的研究,NGSS的整合性设计可以 分为横向整合和纵向整合这两个维度。横向整合即为跨学科概念以及科学与工程实践的横 向学科整合,纵向整合则为K-12对于核心概念的学习进阶区。从NGSS的理念上看这种整 合性设计表现突出,第5条强调了这种横向整合,第3条强调了纵向K-12的学习进阶。另 外第7条特别强调了与语言和数学课程标准的联系,这也是注重科学课程与其他课程联系 的重要体现。
第三,关注表现预期和实际应用。NGSS中课程目标的设定以表现预期为核心,整合三 维课程目标,并依据此评价学生的学习结果。该观点在NGSS的设计理念中的第2和4条 均有体现。
5. 1. 2中美课程理念的词频分析
巾唐小为,丁邦平.“科学探究”缘何变身“科学实践” ?——解读美国科学教育框架理念的首位关键词之变[耳 教育 研究,2012(11):141-145.
【2〕郭玉英,姚建欣.彭征.美国《新一代科学教育标准》述评[J].课程•教材•教法.2013.33(08):118-127.
 
文献计量学的研究表明,文献中的高频词代表着文本对该词的重视程度,可以反映作 者的理念和设计意图。所以本研究利用三份课程标准中词频分析的结果,来分析中美科学 课程理念。正文词频分析的结果如表5-2所示。
表5-2中美科学课程标准的正文词频统计结果(前20高频词)
物准
自一
犀 一 i+r E
中译 -
一数 一计 E
F… 加权百 分比
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以上词频分析的结果,可以间接反映我国科学课程的基本理念:
第一,“学生” 一词体现了学生主体的课程理念。无论在2017高中物理课程标准还是 2017小学科学课程标准中,“学生”…词出现的频率最高,这也再次证明我国本次改革中 体现“学生主体”的课程理念。然而,根拯词频分析结果不难发展,除了 “了解”“知道” 等行为动词,以学生为主语的动词词频不高。而且通过文本分析,发现在2017课程标准的 其他章节缺乏对于“学生主体”的方法论设计。据此可以推测出,“学生主体”的科学课程 理念实际上仍旧停留在理论和愿景层面,缺乏方法论指导和实施保障。对此,邢红军教授 也认为:“学生”这一高频词更多是受到政治因素的影响,而非学术层面的论证"。邢老师
^2018年9月7日,邢红军教授在天津师范大学主持“物理教育论坛”,本人将词频分析结果与邢老师进行交流,邢老 的说法恰好可以解释“学生主体”课程理念与具体课程内容的脱节。
第二“实验”“探究”“活动”等高频词证明了学习方式的多样化。根据词频分析的结 果,在2017高中物理课程标准和小学科学课程标准中,虽然“学习” “课程”词频较高, 但是“探究”也占有很高的词频,而且在高中物理中的高频词“实验”,以及小学科学中高 频词“活动” “观察”都体现了教学方式多样化的倾向。
第三,“了解” “知道”“理解”“应用”等高频词,体现了我国课程标准中知识本位的 课程取向。根据布鲁姆教育目标分类理论,教学目标可以根据行为动词分为认知目标、情 感目标和动作技能目标这三大领域。根据布鲁姆的分类理论审视我国科学课程标准中的行 为动词,不难发现“了解” “知道”“理解”“应用”这些高频词都属于认知领域的目标,其 他领域的目标均未进入高频词中。特别是在两份课程标准中“了解”词频均很高,说明我 国科学课程标准中对于知识的识记要求极为重视。这恰恰是我国“知识本位”课程理念的 具体体现。
同时,NGSS中的高频词也能反映美国科学课程的理念。
第一,高频词“证据”体现了美国实证主义的传统及归纳推理的学习方式。通过词频 分析,NGSS中最高频的词汇是“证据”。对此邢红军教授认为“证据” 一词体现了 NGSS基 于实证主义的编写理念"。然而,哥伦比亚大学的Ruth Vinz教授认为“证据”体现了对 于学生不同学习方式的尊重。学生通过不同的方式和途径收集证据,则可以产生不同种类 的证据,然后教师可以利用学生的不同证据来评价学生学习过程以。因为美国科学课程采 用更加接近科学发现过程的归纳推理,所以需要学生在搜集大量证据的基础上得出结论。 此外,其他“信息”、“数据”、“观点”和“模型”等也体现了 NGSS不仅仅强调科学事实, 更重要的是依据证据得出科学结论的过程。NGSS期望学生能构建基于实证的解释,甚至能 基于证据展开不同观点的辩论。
第二,高频词“工程”“地球”“自然的”体现了 NGSS的整合性与联系。根据词频分析, 虽然“联系” 一词词频不算太高,但是“工程” “地球”“自然的”等词也能反映出科学与 技术和工程的联系。根据丁邦平等学者的研究,自从上世纪70年代提出STS课程理念后, 美国一直延续的科学、技术和工程教育的整合模式。这种课程模式在新课程标准NGSS中继 续沿用。
第三,“观点”“设计”“解决方法”等词体现了美国“学生本位课程”的设计理念。与 我国科学课程标准明显区别的是,NGSS中高频词均未出现“学生”“学习”“课程”等词汇,
“认识”“理解”“应用”等词的词频也不高。这再次说明NGSS的课程理念并不属于“知识 本位”。而其他高频词汇“观点” “设计” “解决方法”等说明NGSS中存在以学生为主体的 活动设计,然而这种活动并不是无目的学生活动,而是在一定目的引导下的科学实践活动。
师对于"学生”和“证据”高频词作出了解释。
"2018年9月7 H,邢红军教授在天津师范大学主持“物理教育论坛”,本人将词频分析结果与邢老师进行交流,邢老 师对于“学生”和“证据”高频词作出了解释。
何2018年10月23日,Ruth Vinz教授在天津师范大学进行“教育实证研究”的报告,本人在报告后将词频分析结果与 Vinz教授交流,Vinz教授对于“证据” 一词给予解释并且介绍了美国NGSS的实施现状。 所以NGSS的课程理念并不是单纯的“知识本位”或“学生本位”,它是将两种理念融为一 体的“学生本位课程”理念。根据丁邦平教授的研究,“学生本位课程”是在核心概念统合 下,以建构主义课程观为基础的新型课程"。“学生本位课程”具有整体性,综合性和创造 性等特点,这些特点在NGSS中均有体现。
5. 1. 3中美科学课程理念的比较研究
通过文本分析和词频分析,可以得岀我国科学课程标准与NGSS存在一定的共同特点, 主要表现在以下几个方面:
(1)强调学生学习的主体性
学生学习的主体性是我国科学课程标准和NGSS的共同课程理念。我国新版课程标准 中通过高频词“学生”以及在课程理念的表述中明确指出了学生学习的主体地位。NGSS虽 然没有具体描述,但是也在课程理念中强调面向全体学生,并且以学生为主体设计了实践 活动。强调学生的主体地位是国际科学教育的发展趋势,这一点在中美科学教育中都得到 了足够的重视。
(2)着眼于学生的未来发展
中美科学课程理念中均有关于学生未来发展的理念。我国2017课程标准中强调的培 养学生“核心素养”,强调学生的科学观念、必备品格和关键能力对于学生终身发展的重要 作用。而NGSS中也强调为今后的学习、就业和公民生活做准备的课程理念。这也是国际教 育理念的重要体现,无论是“终身教育”理念还是2018PISA测试增加的“全球素养”都指 向学生的未来发展。
(3)注意科学课程的时代性与开放性
中美科学课程理念都注意了科学课程的时代性,在科学课程中加入现代科技发展的最 新成果,让学生感受科学发展对人类社会的影响。并且注意科学与实际生产生活的联系。 无论是美国“科学实践”的学习方式,还是我国“倡导学习方式多样化”的理念,均倡导 建立一个开放性的课程系统。在这样的课程系统中,便于利用校内外丰富的课程资源,增 加了科学课程的灵活性。
通过研究,不难得出中美科学课程理念在以下几个方面存在差异。
(1)我国注重学科内容与结构,美国注重整合和联系
从科学教育的历史发展来看,我国的科学课程有着很强的分科课程传统,而且受到“结 构主义课程”的影响较大,十分强调按照学科逻辑结构安排课程和组织教学。虽然在近年 来的历次课程改革中不断倡导“综合科学课程”和“去学科化”,特别是小学科学课程标准 中也体现了不同学科的整合特点。但是在纵向的整合方面并不理想,各个学段的科学课程 彼此分立;而且在高中阶段呈现明显的学科特点,不同科学学科中联系不多。而在NGSS中, 用“学科核心概念”“跨学科概念”以及“科学与工程实践”整合各个学科,并且K-12的 科学课程以核心概念为主题呈现进阶的顺序。除此之外,NGSS还注重与数学和语言课程标
[>1 丁邦平,顾明远.学科课程与"活动课程”:分离还是融合一一兼论“学生木位课程”及其犢征卩].教育研究, 2002(10):31-35.
准的联系。
(2)我国科学课程沿袭“知识本位课程”的理念,美国则体现“学生本位课程”的理 念
由我国的课程理念以及高频词的分析不难看岀,我国的课程理念中仍然注重学科知识 结构,将知识的掌握放在了重要的位置,这与我国一贯的教育传统相符。而NGSS将“知识 本位”与“学生本位”融为一体,以“学科核心概念”统合课程,并重视“科学与工程实 践”,体现了 “知行合一”的教育宗旨。
(3)我国的更加注重科学知识的掌握与应用,而美国更强调科学知识的获得过程
在马克思主义认识论中,强调人类认识过程的“两次飞跃”,第一次是从经验到理性认 识的飞跃,是理论知识的抽象和形成过程。第二次飞跃是从应用理论知识指导实践,强调 理论知识在实际情景中的应用。从认识论的观点分析,我国的科学课程标准更加注重“第 二次飞跃”而相对忽视了“第一次飞跃”,即重视科学知识的掌握和应用过程,但是对于科 学知识的形成过程关注较少。这种过度强调知识掌握和运用的课程理念,与我国理科教学 “题海战术”现象有很大的关系。而美国则非常注重“第一次飞跃”,他们认为科学知识只 是相对真理,而理论知识的形成过程和科学研究方法则是受益终身的。
5.2中美科学课程标准中课程目标的比较
课程目标属于教育目标系统中的中观概念,是国家教育目的在各个学科的具体化表现, 也影响着学校的培养目标以及教师教学目标的设定。课程目标是课程理念的具体体现,它 对课程框架、课程内容、课程实施和课程评价等都有一定的指导意义。在本研究中,2017 高中物理课程标准和2017小学科学课程标准中都有课程目标的专门章节,分别有关于课 程总体目标以及分目标,分目标是将课程目标分为不同维度,并且直接指导课程内容中的 表现目标。NGSS中并无关于课程总目标的概述,但在前言和附录中都有关于不同维度课程 目标的阐述。所以本研究将通过分析不同维度下的课程目标,比较中美科学课程目标的异 同。
5. 2.1 NGSS中的课程目标
NGSS中的课程目标分为三个维度,经过文本分析,表5-3列出了 NGSS中的课程目标 及其分目标。
表5-3 NGSS的课程目标
课程目标 科学与工程实践 学科核心概念 跨学科概念
分目标 提出并界定问题 物质科学 模式
建立和使用模型 生命科学 原因和结果
设计和实施调查 地球与空间科学 尺度、比例和数量
分析和解释数据 工程、技术和科学应用 系统与系统模式
运用数学和计算思维 能量和物质循环、流动 和守恒
 
形成科学解释和设计工 程方案 结构和功能
展开基础证据的研讨 系统的稳定和变化
获取、评价和交流信息
 
通过整理不难看出,从《K-12框架》的设定到NGSS, —直强调基于“科学与工程实践” “学科核心概念”和“跨学科概念”这三个维度下的课程目标,并通过表现期望加以统合。 下面分别从这三个维度进行阐述:
“学科核心概念”处于三个维度中的核心地位,它来源于国际科学教育中强调的“核 心概念”和“大概念”(Big Ideas)。NGSS按照“学科核心概念”将科学课程划分为4大 领域和13个核心概念,下面还有44个子概念。NGSS的编者期望通过少而精的核心概念, 使学生在K-12阶段完成对于核心概念的深度学习。“跨学科概念”是在科学乃至数学和工 程技术领域不断出现的重要概念,属于比“学科核心概念”更上位的概念。跨学科概念在 理解事物本质、形成理论以及实践中意义重大。通过“跨学科概念”的学习,学生不再将 科学视为孤立的个体,而将科学思想方法与其他学科整合,帮助学生建立跨学科的思维方 式以解决实际问题。“科学与工程实践”体现了 NGSS注重实践的特点,被认为是重科学学 习的主要方式。该目标希望让学生参与科学或工程有关的设计与实践活动中,在实践中运 用所学的科学知识,锻炼问题解决能力,激发对于科学和工程领域的研究兴趣。
5. 2.2 2017高中物理课程标准中的课程目标
2017高中物理课程标准中的课程目标,被凝练为“物理学科核心素养”。具体的课程 目标和分目标如表5-4所示。
表5-4 2017高中物理课程标准的中的课程目标
课程目
物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任
分目标 物质观念 模型建构 问题 科学本质
运动和相互作用 观念 科学推理 证据 科学态度
能量观念 科学论证 解释 社会责任
质疑创新 交流
 
在《意见》中“立德树人”的基本方针和学生发展核心素养的理念影响下,2017高中 物理课程标准团队建立了物理学科核心素养,并将其作为高中物理课程目标。根据廖伯琴 教授的解读,物理学科核心素养是学生在物理学习过程中逐步形成的有利于个人和社会发 展的价值观念、必备品格和关键能力,是学生科学素养的重要组成部分。物理学科核心素 养主要包括“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”以及“科学态度与责任”。
其中“物理观念”是知识维度的目标,也是国际“核心概念”“大概念”等理念的体现。 物理观念强调物理知识的内化,是学生从物理学科的视角下解释自然现象和解决实际问题 的基础。科学思维和科学探究属于关键能力的要求。其中“科学思维”指的是基于物理学 科的视角对于客观世界及其相互作用的认知能力,是基于经验事实建构物理模型并将分析 综合、推理论证等方法灵活运用的思维品质。而“科学探究”是重要的学习方式,是以证 据为依托,基于科学事实提出问题、形成假设、设计实验方案、基于证据得出结论并对结 果进行交流的过程。“科学态度和责任”属于必备品格,是在认识科学本质,理解STSE关 系的基础上形成的科学价值观和社会责任感。
在2017高中物理课程标准中,物理学科核心素养是学科育人价值的集中表现,它不但 是课程目标也是学业质量评价标准。
5. 2.3 2017小学课程课程标准中的课程目标
2017小学科学课程标准的总目标是培养学生的科学素养,为学生的后续学习成为合格 公民以及终身发展奠定基础。具体的课程目标及分目标如表5-5所示。
表5-5 2017小学科学课程标准中的课程目标
课程目 标 科学知识 科学探究 科学态度 科学、技术、社会 与环境
分目标 物质科学 提出问题 研究兴趣 科学技术与日常
生活的联系
生命科学 作岀假设 实事求是 科学技术与社会
发展的联系
地球与宇宙科学 制订计划 追求创新 人类与自然和谐 相处
技术与工程 搜集证据 合作分享
处理信息
得出结论
表达交流
反思评价
 
小学科学课程目标包括“科学知识”、“科学探究”、“科学态度”以及“科学、技术社 会与环境”。“科学知识”是其他目标的基础,学生通过小学阶段的科学学习,应该在“物 质科学” “生命科学” “地球与宇宙科学”以及“工程与技术领域”掌握与认知水平相适应 的科学知识。“科学探究”是能力培养的必要途径,是学生获取科学知识的重要方式。学生 需要基于问题设计研究方案,收集和分析信息形成证据,得出基于证据的结论并表达观点。
“科学态度”以及“科学、技术、社会与环境”属于品格和态度层面的培养。“科学态度” 希望学生保持好奇心和求知欲,形成实事求是的科学态度,具有创新性思维并善于交流合 作。“科学、技术、社会与环境”强调科学与自然界和人类社会的联系,在科学学习的过程 中树立环保意识和社会责任感。
2017小学科学课程标准中的每一个维度又分为整体目标和学段分目标,总体目标用来 描述小学阶段学生在科学学习中需要达到的标准和水平,而分目标用来描述不同主题和随 着年级阶段的增加所需达到的不同要求。
5.2. 4中美科学课程标准中课程目标的比较研究
通过三份课程标准中的比较得出,中美科学课程目标存在一定的共同点,主要体现为:
(1)中美科学课程目标都关注了不同维度的全面性
中美科学课程目标都有一定维度的划分,这些课程目标涉及认知、实践、能力、情感 态度等不同领域。中美科学课程目标的设定体现了一定的全面性,符合现代课程论的要求, 有利于学生的全面发展。
(2)中美科学课程目标都注重科学与实际的联系
根据现代科学教育的观点,强调科学的社会性和整体性,应该在教育中反映科学的进 步以及对现代社会的影响。中美科学课程标准在课程目标的设置上都关注了这一点,NGSS 用“跨学科概念”实现科学思维方法与其他学科的整合,“科学与工程实践”目标也体现了 科学发展在工程技术中的应用。而我国2017高中物理课程标准中的“科学态度与责任”以 及小学科学课程标准中的“科学、技术、社会与环境”等目标都强调正确处理科学与自然 界以及人类社会的关系。
通过分析也不难看出中美课程目标存在一定的差异,主要表现为:
(1)美国的科学课程目标设计具有一致性,中国的科学课程目标体现学段特点
NGSS中的三维课程目标的主体是贯穿K-12年级的科学课程中的,具体目标随着年级 的增长不断深化。我国的科学课程目标只在固定的学段具有一致性,但是各个阶段的课程 目标却表述不同,缺乏总体设计。比如2017高中物理课程标准和小学科学课程标准中仅有 “科学探究”目标保持了一致性,但其中各自包括的科学研究过程和必备要素又不相同。 而且我国的科学课程目标在初高中阶段呈现出明显的分科特点,物理、化学、生物和地理 等学科分别建立了不同的课程目标(学科核心素养)。这些学科核心素养有一些表述相同的 部分,比如“科学探究”“科学精神”等,但更多体现的是各个学科的特点。如果将科学领 域(包挤物理、化学、生物和地理以及通用技术)的核心素养总结在一起,一共有22种, 已经失去了所谓核心素养的凝练性。而且这些学科核心素养与林崇德先生研究的“学生发 展核心素养”中的“科学精神”是否具有一致性还不得而知。所以我国科学教育课程目标 还需要一定的整合和总体规划。
(2)美国的课程目标在课程内容中贯彻良好,而我国的课程目标在内容标准中体现 不足
NGSS不仅在前言和附录中有关于三维目标理念和内涵的介绍,而且在课程内容标准的 中也按照年级和课程内容将基础目标设定为以上三个维度。这对于课程目标的实施以及教 师教学目标的设定有一定的指导作用。我国2017小学科学课程标准也注意在内容标准中 各个主题课程目标的设定,虽然相比于NGSS而言,这种课程目标的划分较为粗略。但是在 2017高中课程标准中,只有在学业质量评价标准中体现了学科核心素养不同维度的划分, 内容标准中按照课程结构由必修到选修进行编排,并没有按照物理学核心素养的维度划分。 这样并不利于科学课程目标的贯彻和落实。
5.3中美科学课程标准中内容结构的比较
内容标准是课程标准中的重要部分之一,是对科学课程标准中主要内容的详细规定。 内容标准是我国科学课程标准中的重要章节之一,而NGSS中的主体部分就是以核心概念 整合和主体整合的两份内容标准。所以在本节将通过文本分析的方式,通过分析内容框架 对中美科学课程标准的内容结构进行宏观比较。关于具体课程内容的微观比较将会在下一 节中详细展开。
5.3.1中美课程标准中内容主题的比较研究
(1) NGSS中的课程内容主题
NGSS中以学科核心概念作为主要的编写依据,以四大学科领域下的16个学科核心概 念的顺序编写。在幼儿园和小学阶段(K-5)每个年级涉及3-6个学科核心概念,在小学结 束后学生已经接触到了所有的核心概念。初、高中的内容也包括了全部的核心概念,并力 图在小学的基础上实现逐级进阶。NGSS中具体年级和主题分布如表5-6所示。
表5-6 NGSS中的主题分布
课程领 域 核心概念 年级
幼儿 园 1年 级 2年 级 3年 级 4年 级 5年
初中
(6-
8年 级) 高中
(9-
12年 级)
物质科 学(PS) PS1.物质及其相互作 用
PS2.运动与静止:力与 力的相互作用 7
PS3.能量 V 7
PS4.波及其在信息传 播的应用 V 7
生命科 学(LS) LSI.从分子到生物体: 结构与进程 7 7 7 7 7
LS2•生态系统:相互作 用、能量和动力学 7 7 7
LS3.遗传:性状的遗传 与变异 7 7 V
LS4.生物进化:统一性 与多样性 7 7 7
 
 
地球与 空间科 学
(ESS) ESS1.地球在宇宙中的 位置 7 7 7 7 7
ESS2.地球系统 7 7 V
ESS3.地球与人类活动
工程、 技术与 科学应 用
(ETS) ETS1.工程设计
ETS2.工程、技术、科学 与社会的联系 7
 
(2) 2017高中物理课程标准中的内容主题
2017高中物理课程标准的内容结构延续了 2003版实验稿中的编写顺序,是按照模块 的方式组织。新课标按照“必修课程”、“选择性必修课程”和“选修课程”呈现。必修课 程包括三个模块,共计6学分;该课程包括物理学中最核心、最基础的知识,是所有学生 必须修读的课程,对应着学业水平考试的要求。选择性必修课程包括三个模块,共计6学 分;该课程是在必修课程基础上进行系统性的提升,学生在学习完成后可参加高等学校招 生录取的等级性考试。选修课程同样包括三个模块,共计6学分;该课程充分体现了选择 性,分别从社会发展、技术应用以及近代物理的角度为学生提供多元发展的空间。其中具 体课程结构如表5-7所示。
表5-7 2017高中物理课程标准中的内容主题
课程性质 课程内容 考核标 准
选修课程 选修1 (2学分)物理 选修2 (2学分)物 选修3 (2学分) 学与社会发展 理学与技术应用 近代物理学初步 自主考 核
选择性必修
课程 选择性必修3 (2学分):固体、液体和气体,热力学定律,原 子与原子核,波粒二象性 等 级 性 考 试
选择性必修2 (2学分):磁场,电磁感应及其应用,电磁震荡 和电磁波,传感器
选择性必修1 (2学分):动量与动量守恒定律,机械振动与机 械波,光及其应用
必修课程 必修3 (2学分):静电场,电路及其应用,电磁场与电磁波初 步,能源与可持续发展 合 格 性 考 试
必修2 (2学分):机械能及其守恒定律,曲线运动与万有引力 定律,牛顿力学的局限性与相对论初步
必修1(2学分):机械运动与物理模型,相互作用与运动定律
 
 
(3) 2017小学科学课程标准中的内容主题
2017小学科学课程标准,借鉴了 NGSS中的课程结构,也按照核心概念的顺序进行编 写。新课程标准中一共划分了四大学科领域和18个核心概念,力求精简科学内容并提高学 生学习的效率,培养学生科学素养的同时促进他们的终身发展。另外新课程标准中将小学 科学课程分为三个阶段(1-2年级为低段,3-4年级为中段,5-6年级为高段),分别在内 容标准中设计了不同阶段的路径,体现了学习进阶的特点。具体结构如表5-8所示。
表5-8 2017小学科学课程标准中的内容主题
课程领域 核心概念
物质科学 1.物体与材料的特性
2.水是重要的单一物质
3.空气是重要的混合物质
4.物体运动的描述
5.力可以改变物体的运动状态
6.机械能、声、光、热、电、磁是能量不同的表现形式
生命科学 7.地球上生物种类的多样性
&植物的性质以及对环境的适应性
9.动物的性质以及对环境的适应性
10.人体的系统和组成
11.动植物繁衍后代
12.动植物之间、动植物与环境的相互依存
地球与宇宙科 学 13.太阳系中天体的运动
14.地球上的物质与地球内部结构
15.地球与人类生存
技术与工程 16.技术与人工世界
17.技术与发明创造
1&产品设计与工程技术
(4)中美科学课程标准中内容主题的比较研究
所以通过三份课程标准的内容主题的比较不难看出以下几点:
首先中美课程标准中都注意内容结构的完整性,注意螺旋式设计课程。无论NGSS还是 2017高中物理课程标准和小学科学课程标准,基本涵盖了全部的科学内容主题,并且在课 程设置时围绕着这些核心内容呈现螺旋式上升。
其次,美国的科学课程标准按照核心概念整合内容,我国小学阶段的科学课程标准也 采用了学科核心概念的方式,而高中阶段并未采用。NGSS中围绕着“学科核心概念”对于 K-12年级的科学课程给出了详细的表现期望,而我国2017小学科学课程标准也借鉴NGSS 的理念,选取学科核心概念整合内容。但我国2017高中物理课程标准仍然延续了模块课程 的传统,即按照物理学的知识体系组织课程。说明我国的科学课程也在积极探索“核心概 念”为主要依据的编写方式,在小学阶段取得了一定的成果,在高中阶段的分科课程以及 考试评价的影响下,建立“核心概念”困难重重。
再次,我国科学课程标准的主题设计与教材编写和考试评价息息相关;而NGSS只体现 了共同的学业表现预期,对于教材的选用和考试评价等表现出很大的灵活度。我国2017高 中物理课程标准的课程结构是教材编写的重要依据,并且与学生各个阶段的学业评价相吻 合。而NGSS中只对共同学习的结果提出规定,但是对于教科书以及考试评价等学习过程和 评价方式并不做出统一的规定,学校和教师对于教材选用和课程设计拥冇一定的自主权。 其原因可能与两国课程标准的定位以及课程管理制度存在一定的关系。
5. 3. 2中美课程标准中呈现方式的比较研究
(1) NGSS中内容标准的呈现方式
虽然NGSS的内容标准分为“学科核心概念模式”(即DCIs版)和“主题模式”(即Topic 版),但内容标准采用一致的表框格式呈现。NGSS的呈现方式具体为“表现预期+基础框+ 联系框”的模式,即“表现预期”描述学生在该阶段学习后应该达到的预期表现,通过“基 础框”中的三维目标具体呈现,并在最后的联系框中建立与其他年级的科学概念或其他课 程标准之间的关系。具体来说,“表现预期”不仅仅将三维课程目标整合起来,而且给出的 并不是学生需要理解的科学内容,而是学生根据科学内容的理解而产生的行为表现。“表现 预期”的表达格式为“详细说明+评价界限”,通过举例说明的方式具体阐述表现预期的要 求,并且针对不同年级的评价标准进行界定。“基础框”分为“科学与工程实践”、“学科核 心概念”和“跨学科概念”三个维度展开,是对表现预期更具体的陈述。“联系框”将与“表 现预期”相关的其他标准建立联系,其中联系框也包含三个维度:“与同年级核心概念的联 系”、“与跨年级核心概念的联系”以及“与州共同核心标准数学和语言的联系”。具体呈现 结构如表5-9所示。
表5-9 NGSS中内容标准的呈现方式
表现预期 表现预期描述+[详细说明(Clatification 界限(Assessment Boundary)] Statement) ] +[评价
(
Expec Performance
itions)
基础框 科学与工程实践 学科核心概念 跨学科概念
(
Boxes) Foundation 目标描述
(与科学本质的关
系) 次级概念表述 跨学科概念描述
(与工程、技术和科 学应用之间的关系)
联系框 与同年级其他核心概念的联系
( Connection 与跨年级的其他核心概念的联系
Boxes) 与州共同核心标准数学或语言的联系
(2)我国科学课程标准中内容标准的呈现方式
根据对于2017高中物理课程标准和小学科学课程标准的文本分析,两者的呈现方式 如表5-10所示。
表5-10我国科学课程标准中内容标准的呈现方式
2017高中物理课程标准 2017小学科学课程标准
呈现方式 模块主题 领域主题(核心概念+知识结构图)
内容要求 内容要求(学习内容+学习目标)
活动建议 活动建议
教学提示
学业要求
 
我国科学课程标准在“内容标准”的呈现方式上具有一定的一致性,均按照“单元主 题+内容要求+活动建议”的方式编写。其中“单元主题”是对单元内容的总体描述,“内容 要求”是用行为动词描述学生应该掌握的课程内容,“活动建议”是对学生学习过程和方式 的建议。除了共性之外,我国的高中物理课程标准和小学科学课程标准在呈现方式上也有 各自的特点。2017高中物理课程标准在呈现方式上力图做到课程目标、内容标准和评价标 准的统一,所以在每一模块后都有“教学提示”和“学业要求”。在这两部分中都从物理学 核心素养的四个维度出发,对教师的教学和学生的学业评价做出了规定。而2017小学科学 课程标准在领域主题中总结了单元的核心概念以及科学内容的知识结构图,然后在内容要 求中采用框图的方式列出核心概念的内容要求,从学习内容和学习目标两个方面规定了不 同年级的学生对于核心概念的掌握程度。
(3)中美科学课程标准中内容目标呈现方式的比较研究
通过比较研究发现,中美科学课程标准中的内容目标在呈现方式上有如下特点:首先, NGSS采用框图方式,便于不同维度课程目标的详细陈述与整合。而我国课程目标主要采用 文本叙述的方式,不利于不同维度课程目标的具体实现。尽管2017小学科学课程标准已经 采用了框图和知识结构图,但是仍然缺乏对于内容或主题的目标维度划分。其次,NGSS在 内容标准中呈现的是以学习行为为指向的表现预期,并不规定具体的学习方式和教学方式; 而我国科学课程标准是以知识掌握为指向的内容要求,内容陈述十分具体,并给出了组织 教学活动的建议。再次,NGSS的内容呈现体现了美国课程标准的系统性和整合性,但是我 国科学课程标准有待提高。NGSS中的“学科核心概念”可以在框图设计中体现为横向整合 和纵向联系,而我国小学科学课程标准虽然也按照“核心概念”进行设计,但是核心概念 较为独立,并未形成体系且缺乏联系。
6.中美科学教育课程标准的微观比较
6.1中美科学课程标准中课程内容的比较
在对内容标准进行结构框架的宏观比较的基础上,本节将从微观的视角上,更深入的 比较中美科学课程标准中课程内容的异同。由于中美科学课程标准中的课程内容众多且存 在一定的差异,不能采用直接比较的方式一一列举。所以本节将采用“点面结合”的方式 进行比较。首先采用定量研究的结果进行整体分析,即对于三份课程标准中课程内容的词 频统计结果进行分析;然后选择“力和相互作用”这一有代表性的主题,从具体内容的研 究中比较中美科学教育课程内容的异同。
6. 1. 1课程内容词频分析结果的比较
这里选择了 2017高中物理课程标准和小学科学课程标准的“内容标准部分”进行词频 统计,以及NGSS的DCIs版正文的词频进行统计。由于NGSS涵盖K-12年级的所有内容标 准,为了精确比较又提取了 NGSS中的DCIs版的与高中物理相符的部分(高中的物质科学 部分)以及与小学科学相符的部分(1-5年级)进行词频统计,词频整理结果如表6-1和 6-2所示。
表6-1中美课程标准高中物理部分的词频统计结果(前20高频词)
2017高中物理课程标准内容标# 宦部分 NGSS (DCIs版)高中物理内容标准(详细)
单词 长度 计数 加权百分 比(%) 单词 中文翻
计数 加权百分 比(%)
了解 2 209 3. 08 PS 物质科 学 126 1.53
实验 2 128 1.88 energy 能量 84 1.02
应用 2 71 1.05 system 系统 45 0. 54
知道 2 69 1.02 evidence 证据 43 0.52
生活 2 68 1 data 数据 33 0.4
运动 2 64 0. 94 models 模型 32 0. 39
现象 2 62 0.91 using 使用 32 0. 39
认识 2 60 0. 88 science 科学 31 0. 38
物理 2 58 0. 85 inforinatio
n 信息 30 0. 36
分析 2 54 0.8 mathematic al 数学的 27 0. 33
学生 2 54 0. 8 design 设计 25 0. 3
问题 2 53 0.78 scientific 科学的 25 0. 3
定律 2 52 0. 77 boundary 边界 23 0. 28
发展 2 49 0. 72 clarificat ion 阐明 23 0. 28
方法 2 49 0. 72 statement 说明 22 0.27
内容 2 48 0. 71 examples 例子 21 0.25
物理学 3 42 0. 62 matter 物质 21 0.25
 
 
体会 2 41 0. 6 objects 物体 21 0. 25
要求 2 40 0. 59 limited 限制 20 0. 24
资料 2 38 0. 56 computat io nal 计算的 19 0. 23
 
 
表6-2中美课程标准小学科学部分的词频统计结果(前20高频词)
2017小学科学课程标准内容标? 隹部分 NGSS (DCIs版)小学科学内容标准(详细)
单词 长度 计数 加权百分 比(%) 单词 中文翻 译 计数 加权百分 比(%)
学习 2 177 2.4 science 科学 129 0. 59
内容 2 123 1.67 informatio
n 信息 125 0. 57
物体 2 115 1. 56 evidence 证据 124 0. 56
年级 2 108 1.47 Is 生命科 学 113 0. 51
观察 2 83 1. 13 ps 物质科 学 111 0. 5
知道 2 82 1. 11 ess 地球空 间科学 110 0. 5
生活 2 68 0. 92 solutions 解决 107 0.49
学生 2 63 0.85 using 使用 99 0.45
描述 2 63 0. 85 connection
s 连接 94 0.43
活动 2 63 0. 85 experience
s 经验 83 0. 38
不同 2 59 0.8 grade 等级 79 0. 36
了解 2 56 0. 76 natural 自然的 76 0. 35
植物 2 56 0. 76 patterns 模式 75 0. 34
动物 2 54 0. 73 ideas 观点 74 0. 34
地球 2 51 0. 69 data 数据 73 0. 33
物质 2 51 0. 69 engineerin
g 工程 70 0. 32
变化 2 50 0. 68 core 核心 69 0. 31
教师 2 50 0.68 dcis 学科核 心概念 62 0. 28
指导 2 46 0.62 text 文本 62 0. 28
生物 2 41 0. 56 builds 建造 60 0. 27
 
根据词频分析不难看出,我国的科学课程标准在“内容标准”中行为动词的比例很高, 高频词主要由行为动词和包含学科内容的名词组成,也有一些涉及到学科应用和学习过程 的词汇,比如“生活”、“定律”、“发展”、“方法”。NGSS的DCIs版中,学科内容的词频和 行为动词词频比例一般,而一些涉及到科学学习过程和方法的词频很高,比如“系统”、“数 据”、“模型”、“信息”。所以下面将通过内容词汇分析,行为动词分析以及其他高频词的分 析,比较中美科学课程内容的异同。
(1)内容词频的一致性分析
在中美科学课程标准中,课程内容的高频词具有一致性。这里选择中美高中物理和小 学科学课程标准中能够代表课程内容的高频词进行分析与讨论。
从中美高中物理课程内容来看:在中美高中物理共同的内容有“物质”、“运动”、“相 互作用”和“能量”进行词频高低的比较。其中,NGSS中词频由高到低的顺序为“能量” “物质” “相互作用”和“运动”;我国的词频顺序依次为“运动” “能量”“物质”“相互作 用”。首先,这一词频顺序可以看出:在中美高中物理课程标准中“能量”概念具有很高的 地位。从现代物理学的角度来看,“能量”是比“力和相互作用”更上位的观点,所以中美 物理课程标准中对于“能量”的重视彰显出了物理学科的发展以及时代的进步。所不同的 是,在NGSS中“能量” 一词具有更高的词频。NGSS中“能量”一词的词频比例为1. 1%, 而我国高中物理课程标准中仅为0. 38%。因为这里能量不止强调物理学中力和运动的观点, 也注重能量在其他科学领域的应用。比如在高中“能量”单元的学习中,不但涉及到能量 与力和运动的联系,甚至包括用能量的观点来分析生物体内的能量转化以及化学过程中的 能量变化。其次,在我国的课程标准中“运动” 一词具有更高的词频,而在美国科学课程 标准中“物质”词频更高。因为我国课程标准中将“运动学”视为力学中、乃至物理学中 最基本的领域之一。2017高中物理课程标准就是从“机械运动”开始讨论物理模型的建立 以及运动的描述。而美国则将“物质与相互作用”作为基础内容,要求学生在从原子和分 子的构成和功能中建立“物质观”,并注重“物质”与“化学反应原理”的联系。
从小学科学的知识内容来看:中美小学科学的学科领域具有一致性,大体上都分为“物 质科学”、“生命科学”、“地球与宇宙科学”以及“技术与工程”四个领域。通过词频分析 比较得出,NGSS中这四个词的词频顺序为“生命科学”、“地球与空间科学”、“物质科学” 和“技术与工程”,与我国2017小学科学课程标准的排序基本一致。这样的领域构成符合 学生的认知发展,根据皮亚杰的认知发展理论,学生在该阶段属于从前运算阶段过渡到具 体运算阶段,需要在直观形象事物的帮助下认识规律。所以在小学阶段对于“生命科学” 和“地球与空间科学”等相对形象直观的领域内容安排较多,而“物质科学”等相对抽象 的领域安排较少。其中“技术与工程”需要涉及到特定科学知识和技术手段的应用,所以 在小学阶段只需了解工程设计的理念,以及进行工程设计的简单体验与实践。
从内容总体来看,我国和美国的科学内容具有一定的一致性。中美在科学课程中均注 重时代性并适应学生的发展规律。但是具体学科中高频词顺序的差异也体现了各自特点和 传统。我国的课程内容在一定学科体系中展开,强调基础性;美国的课程内容则打通学科, 强调学科之间的整合与联系。
(2)内容词频的差异性分析
中美科学课程标准的内容词汇也表现出一定的差异。这里选择中美科学课程标准中词 频差异较大并受到国际科学教育广泛关注的词汇进行分析和讨论。
首先,在NGSS的词频统计中,与数学和计算机相关的词汇都占有较高的词频。比如 “数学” “计算的” “信息”和“数据”等词汇在高中物理和小学科学部分分别占比1.32% 和1.16%。而在我国高中物理课程标准和小学科学课程标准中,并无“数学” 一词,甚至 在小学科学中并无“计算”“数据”等词。剩下的“信息” “数据”和“计算”等词汇在高 中物理和小学科学中分别占比0. 45%和0. 05%。这一结果体现了美国科学课程发展走向,在 科学课程中强调数学方法的运用和计算机技术的使用。该结果也与近期STEM教育的政策 不谋而合。2018年12月美国科学技术委员会(NSTC)颁布了 STEM教育计划的报告《制定 成功路线:美国STEM教育战略》中重点强调“计算思维”,并表示“使计算思维成为各类 教育中的重要组成部分,使每个学习者都具备评估信息、分解问题的能力并利用数据和逻 辑推理寻求解决问题的方案” [\而我国受到分科教学传统的影响,虽然在高中物理课程 中也用到不少数学方法,但并未脱离数学学科而上升为一种思维能力的培养,而且对于计 算机以及数字化实验等现代技术的应用依旧不足。
此外,“实验”在我国高中物理和小学科学课程标准中都具有较高词频,而在NGSS中 并未出现“实验” 一词。我国高中物理课程标准在表述中也经常出现“通过实验”这个状 语,并在内容标准后更是规定了 21个学生必做实验。新课程标准中重视实验可能与我国实 验教学的传统和现实有关。在我国物理教学论和科学教学的研究中,“实验教学”一直作为 一个重要研究领域存在,作为学生学习基本实验技能和科学方法的重要途径。同时,“探究 性实验”也是科学探究的重要方式之一。但如今,在一线教学中,在应试取向下用“讲实 验”“背实验”代替“做实验”的现象屡屡发生,所以我国课程标准中加强实验教学具有一 定的现实意义。而美国科学标准的定位是对学习过程的表现结果做出规定,尊重学生多样 化的学习方式。所以在NGSS中用“设计”“分析” “构建模型”等表现评价词汇代替了 “实 验”。
另外在NGSS中“工程”具有较高词频,在STEM的四个要素中强调最多。而在我国2017 高中物理课程标准中,虽然“技术”的词频也很高,但是“工程”的词频为零。从这一结 果来看,美国的科学教育越来越脱离“纯科学”的教育,呈现出“工科化”的倾向。这可 能受到中美两国学校教育制度、课程设置以及国情的影响。首先,从两国学制的角度来看, 我国实行“分支学制”而美国采用“单轨学制”,这可能是导致我国普通高中缺乏工程和技 术教育的重要原因。在我国的“分支学制”中,学生在初中毕业时会面临“分流”,即进入 普通高中接受学术性教育或进入职业中学进行专业技术教育。这样的教育制度中,我国普 通高中的物理课程更加注重理论学习,而职业技术学校更加注重工程技术教育以及实践能 力。在美国的“单轨学制”中,学生在K-12年级接受一贯性的学校教育模式,所以将技术 和工程教育融入普通高中的科学课程有一定的合理性。其次从课程模式来看,我国具有长 期分科教学的传统,而美国则采用STS整合模式。高中采用分科课程的模式,将科学与工 程技术分科开设。所以在我国普通高中的物理课程中,注重理论知识的学习,并仅限于科
^Committee on Stem Education of the National Science & Technology Council. Charting a Course for Success: America's Strategy for STEM Education[R]. 201 & 12.
学领域中技术的应用;而在另一门“通用技术”的课程中,强调“工程思维”和“物化能 力”的培养,属于普通技术和工程教育。美国则在上世纪70年代就提出了 STS教育,并长 期采用科学技术教育整合模式。近年来又大力推进STEM教育并力求更深度的学科整合。最 后,从中美国情而言,中美对于工科领域的需求也影响了工程和技术教育在科学教育中的 发展。对此丁邦平教授表示:“美国的大学近年来STEM专业'遇冷',国家不断面临STEM 领域的人才危机。所以从大学领域积极推动科学教育的改革,通过加强科学教育与工程技 术的整合而不断吸引理工科人才;而我国理科(数学和自然科学)领域依旧作为基础学科 和大学专业选择的热点,所以我国通过加强职业技术教育的政策来解决技术和工程领域的 人才危机。” l,-
(3)行为动词的词频分析
根据布鲁姆的教育冃标分类理论,教育目标可以根据行为动词分为不同领域和不同层 次。所以对于行为动词的分析可以直接反映出中美科学课程标准中不同课程目标的设定, 并间接反映教学方式的异同。所以表6-2对三份课程标准中行为动词的词频进行比较,分 别列出排名前十的高频行为动词。
表6-3中美科学课程标准中行为动词的词频统计结果(前10高频词)
2017高中物理课程标准 NGSS (DCIs 版) 2017小学科学课程标准
单词 计数 加权百 分比(%) 单词 翻译 计 数 加权 百分 比(%) 单词 计数 加权百 分比(%)
了解 209 3.08 use 使用 268 0. 36 观察 83 1. 13
应用 71 1. 05 design 设计 209 0. 27 知道 82 1. 11
知道 69 1.02 understanding 理解 189 0. 24 描述 63 0.85
认识 60 0. 88 experiences 体验 172 0. 22 了解 56 0.76
分析 54 0.80 builds 建构 163 0. 21 形成 29 0. 39
体会 41 0. 60 describe 描述 161 0.21 利用 27 0. 37
探究 37 0. 54 support 支持 152 0. 20 认识 27 0. 37
研究 35 0. 52 demonstrate 证明 121 0. 16 设计 27 0. 37
查阅 34 0. 50 construeting 形成 111 0. 15 开展 26 0. 35
解释 31 0. 46 develop 发展 105 0. 14 产生 25 0. 34
 
根据布鲁姆的教育目标分类理论,我国2017高中物理课程标准中以认知领域的行为 动词为主。在2017高中物理课程标准中识记领域的课程目标最多,包括“了解”、“知道” 和“认识”三个词语总共占比4. 98%;然后依次为理解领域、应用领域、分析领域和综合
E2018年11月29日,本人在与丁邦平教授的通话中询问了中美科学教育中技术和工程教育的差异,对此丁邦平教授 给岀了上述解释。
领域。其中也包含“体会”等情感领域目标的设定,但是缺乏动作技能领域目标的设定。 而2017小学科学课程标准几乎涵盖了三个领域的课程目标,同样以识记、知觉等低层次的 目标为主。其中“观察”、“知道”、“ 了解”和“认识”共占比4.21%,然后为理解领域和应 用领域。NGSS中也涵盖了三个领域的课程目标,其中最重要的是综合领域,然后依次为理 解、应用和识记领域,其中识记层面的目标描述仅占比0.21%。
对教学目标的差异,应该受到两类课程标准定位及设计理念的影响。词频分析的结果 显示我国2017课程标准的更强调识记领域目标的达成,即更加注重知识的掌握。根据《普 通高中物理课程标准(2017年版)解读》一书的表述:“知识学习是能力发展的基础,按 照物理学知识体系学习有利于提升学生的科学思维能力。虽然有很多以实际生活中主题组 织课程内容的尝试,但是作为国家课程的考虑,物理学科课程标准还是按照知识框架来编 写。” 所以根据国家课程的定位以及物理知识框架的编写顺序,我国的课程目标注重知识 掌握也在情理之中。而NGSS更注重能力目标达成,其中在内容目标中对于知识达成的相关 表述很少,都以学生学习后表现出的实践能力来评价学习的结果。根据《K-12框架》中的 表述“应该尊重不同学生对于科学概念理解的差异性,用同样的内容标准评价学生对于科 学知识的掌握程度是有失公允的在该理念的指导下,NGSS并不设置共同的知识标准, 而是用不同能力下的行为表现来评价学生是否达到课程标准的要求。所以在内容目标的设 置中更加注重能力目标的达成。
(4)从词频分析结果来看中美课程标准中课程内容的异同
从课程内容词频分析的结果来看,中美科学教学课程标准存在着以下方面的特点:
首先,中美的科学课程内容存在着一致性。中美的科学内容均表现出一定的时代性并 尊重学生发展的规律。只是我国在一定的学科背景下展开,强调基础性;而美国强调不同 学科的整合性。
其次,中美科学内容也存在一定的差异。美国的科学课程呈现出综合化的的发展趋势, 在科学课程标准中整合STEM教育,并呈现出科学教育“工科化”的发展特点。而我国的课 程内容仍旧延续“纯科学”的教学内容,强调学科体系和实验教学。
最后,从行为动词中分析中,我国更强调知识目标的达成,并以此作为能力发展的基 础;而美国更强调能力表现目标的达成,并尊重学习过程的多样性。
6.1.2以“力和相互作用”为例,分析中美课程标准中的课程内容
因为中美科学课程标准中涉及的课程领域很多,这里只能选择有代表性且有可比性的 课程内容进行比较。由于“力和相互作用”属于重要核心概念之一,在2017高中物理课程 标准和小学科学课程标准以及NGSS中均有涉及。所以这里选取三份课程标准中的“力和运 动”相关内容进行比较研究。
(1)我国科学课程标准中“力和相互作用”的内容分析
1')廖伯琴.普通高中物理课程标准(2017年版)解读[M].北京:高等教育出版社,201&
⑵ National Research Council. A Framework for K-12 Science Education: Practices. Crosscutting Concepts, and Core Ideas[M].Washington, DC: National Academies Press.2012.
 
这里选择我国2017高中物理课程标准中必修1以及小学科学课程标准中“物质科学” 领域作为研究对象,并具体选择高中物理课程标准中的1.2“相互作用与运动规律”,以及 2017小学科学课程标准中“物质科学”领域的第五节“力作用于物体,可以改变物体的形 状和运动状态”两节的内容标准。具体内容如表6-3所示。
表6-4我国2017课程标准中关于“力和相互作用”的内容标准
2017高中物理课程标准 2017小学科学课程标准
内容要求 1.2.1认识重力、弹力与摩擦力。通过实 验,了解胡克定律。知道滑动摩擦和静摩 擦现象,能用动摩擦因数计算滑动摩擦 力的大小。
例1调查生产生活中所用弹簧的形状 及使用目的。
例2制作一个简易弹簧测力计,用胡 克定律解释其原理。
1.2.2通过实验,了解力的合成与分解, 知道矢量和标量。能用共点力的平衡条 件分析生产生活中的问题。
1.2.3通过实验,探究物体运动的加速 度与物体受力、物体质量的关系。理解牛 顿运动定律,能用牛顿运动定律解释生 产生活中的有关现象、解决有关问题。通 过实验,认识超重和失重现象。
1.2.4知道国际单位制中的力学单位。 了解单位制在物理学中的重要意义。
学习内容 学习目标
1-2年级 3-4年级 5-6年级
5. 1有的力 直接施加在 物体上,有 的力可以通 过看不见的 物质施加在 物体上。 •知道推力 和拉力是 常见的力。
•知道力可 以使物体 的形状发 生改变。 •知道日常 牛活中常 见的摩擦 力、弹力、 浮力等都 是直接施 加在物体 上的力。 •知道地 球不需 要接触 物体就 可以对 物体施 加引力。
5.2物体运 动的改变和 施加在物体 上的力有 关。 •举例说明 给物体施 加力,可以 改变物体 运动的快 慢,也可 以使物体 启动或停 止。
活动建议 (1)调查生产生活中利用或尽量避免摩 擦的实例。
(2)通过各种活动,例如乘坐电梯、到 游乐场参与有关游乐活动等,体验失重 与超重。
(3)根据牛顿第二定律,设计一种能显 示加速度大小的装置。 教师应指导学生,通过观察和实验,感知常见 的力,了解力对物体形状和运动状态的改 变。
在教学中,教师可以指导学生开展以下活动。
(1)观察磁铁吸引回形针,了解磁力可以隔 着一段距离产生作用。(学习内容5.1)
(2)通过实验,观察常见的推力、拉力、摩
 
 
擦力、弹力、浮力和重力,了解这些力对物体 的作用,以及对物体体积和形状的改变,如弯 曲、拉伸等。(学习内容5.1)
(3)尝试用推、拉的方式让物体启动、加速、 减速或停止,观察力可以改变物体的运动状 态。(学习内容5.2)
教学提示 让学生经历建构速度、加速度、力等重要 物理概念的过程,了解测量这些物理量 的方法,进而学习定量描述生活中物体 运动和相互作用的方法;通过探究物体 间相互作用与运动状态的变化等实验, 引导学生运用控制变量等研究方法设计 实验方案,学会分析和处理实验数据的 方法,提高科学探究能力。
学业要求 1.能对物体的受力和运动情况进行分 析,得出结论。能从物理学的运动与相互 作用的视角分析自然与生活中的有关简 单问题。
2.知道证据是物理研究的基础,能使用 简单直接的证据表达自己的观点。
3.会做“探究加速度与物体受力、物体质 量的关系”等实验。能明确科学探究实验 所要解决的问题,知道制订实验方案是 重要的,有控制变量的意识。会使用基本 的力学实验器材获取数据,能用物理图 像描述实验数据,能根据数据得出实验 结论,知道实验存在误差。能表达科学探 究的过程和结果。
4.通过直线运动和牛顿运动定律的学习, 认识物理学是对自然现象的描述与解释, 具有学习物理学的兴趣。
 
通过内容的比较分析,不难看出我国2017高中物理和小学科学课程标准在结构安排 上具有一致性。两份课程标准均在内容要求部分详细规定了对于学生知识掌握的要求,并 且在活动建议中给出教学实施建议的补充。所不同的是,高中物理课程标准中加入了 “教 学提示”和“学业要求”两部分,体现了课程内容、教学内容和评价标准的一致性。而小 学科学课程标准中将“学习内容”按年级分成了不同阶段的要求,注重学生对于核心概念 的理解和思维的进化。
此外,就课程内容而言,两份课程标准在“力和相互作用”主题中包含的主要内容共 有两点:基本性质力和相互作用;力和运动之间的关系。这两部分共同内容分别涉及到力 学中“基本力的概念”以及“动力学的基本规律”。就活动建议而言,2017新课程标准在 教学设计中注重实践性,为学生提供了许多亲身参与体验和动手实践的活动机会。这些探 究活动在不同阶段有所侧重,在小学阶段更注重学生亲身观察和体验,比如“观察磁铁吸 引回形针,了解磁力可以隔着一段距离产生作用”以及“观察常见的推力、拉力、摩擦力、 弹力、浮力和重力,了解这些力对物体的作用,以及对物体体积和形状的改变,如弯曲、 拉伸等”;在高中阶段更注重在实践中运用知识,比如“自制弹簧测力计,并用胡克定律 解释原理”。特别是在高中物理课程标准中,2017新课程标准体现了以“成果制作”为目 的的探究活动,比如“根据牛顿第二定律,设计一种能显示加速度大小的装置”。这是相比 于2003版课程标准在“科学探究”教学中做出的突破。
(2) NGSS中“力和相互作用”的内容分析
在美国NGSS的Topic版中,“力和相互作用”也是“物质科学”领域的重要主题,分 别在幼儿园、3年级、初中和高中阶段出现。这里选择与我国科学课程标准中对应的3年 级和高中Topic版中的“力和相互作用”的内容进行比较。具体内容如表6-4和6-5所示: 表6-5 NGSS中3年级“力和相互作用”的内容标准
3.力和相互作用
理解的学生能够:
3-PS2-1.计划并进行调查,以提供平衡力和不平衡力对物体运动影响的证据。[详细说 明:例子可能包括球的一侧的不平衡力可以使其开始移动;并且,从两侧推动箱子的平 衡力根本不会使箱子产生任何运动。][评价界限:评价仅限于一次改变一个变量:力的 数量,大小或方向。评价不包括定量描述力的大小,仅包括定性描述和相对性。评价仅 限于将重力作为拉动物体的下落的力来处理。]
3-PS2-2.对物体的运动进行观察和/或测量,以提供证据说明模式可用于预测物体未来的 运动。[详细说明:具有可预测模式的运动示例可包括儿童在秋千中摆动,球在碗中来 回滚动,以及两个儿童在跷跷板上的运动。][评价界限:评估不包括技术术语如周期和 频率。]
3-PS2-3.提出问题以确定两个不相互接触的物体之间的电或磁相互作用的因果关系。 [详细说明:静电力的例子可以包括:带电气球对头发的力以及带电棒和纸张之间的静电 力;磁力的例子可包括两个永久磁铁之间的力,电磁铁和钢制架子之间的力,以及一个 磁铁施加的力相对于两个磁铁施加的力。原因和结果关系的例子可以包括物体之间的距 离如何影响力的强度以及磁铁的方向如何影响磁力的方向。][评价界限:评估仅限于由
 
可以被学生操纵的物体产生的力,与电有关的力只限于静电力。]
3-PS2-4.定义一个简单的设计问题,该问题可以通过应用关于磁铁的科学理论来解决。
* [详细说明:问题的例子可能包括构建一个闩锁以保持门关闭,或设计一个装置防止两 个运动的物体相互接触。]
上述表现预期是使用NRC文件“K-12科学教育框架”中的以下要素制定的:
科学与工程实践 学科核心概念 跨学科概念
提出问题和定义问题
在3-5年级提出问题和定义问 题建立在K-2年级经验的基础上, 并进展到详细说明定性关系的基 础上。
提出可以根据原因果关系等 模式进行调查的问题。(3-PS2-3) 定义一个可以通过开发新的 或改进的对象或工具来解决的简 单问题。(3-PS2-4) 规划和开展调查
建立在K-2经验和进展的基础上,
3-5年级规划和开展调查以回答 问题或测试问题的解决方案;并 进展到包括控制变量的调查,并 提供证据支持的解释或设计解决 方案。
使用控制变量和考虑的次数 的公平测试,制定计划和进行调 查,通过合作产生数据并以此作 为证据的基础。(3-PS2-1)
进行观察和/或测量以产生数 据,并把它作为解释现象或测试 设计解决方案的证据的基础。(3- PS2-2) PS2. A:力和运动
每个力作用于一个特定的物 体,并具有大小和方向。静止的 物体通常受到多个力的作用,但 是它们在物体上的合力为零。合 力不为零会导致物体速度或运 动方向发生变化。(边界:在此级 别使用定性和概念,但不是定量 描述力的合成。)(3-PS2-1)
可以观察和测量物体在各种 情况下的运动模式;当过去的 运动表现出规则的模式时,可以 从中预测未来的运动。(边界:技 术术语,例如强度,速度,动量 和矢量,不在该年级引入,但可 以培养一些量需要描述大小和 方向的观念。)(3-PS2-2) PS2.B:相互作用的类型
接触的物体相互施加力。(3- PS2-1)
一对物体之间的静电力和磁 力不需要物体接触。每种情况下 的力的大小取决于物体的性质 和它们之间的距离,并且对于两 个磁体之间的力与它们相对于 彼此的取向。(3-PS2-3 ), (3 - PS2-4) 模式
变化模式可用 于进行预测。(3- PS2-2) 原因和结果
通常会确定原 因和结果关系□ (3- PS2-1)
原因和结果关 系经常被确定,测 试并用于解释变 化。(3-PS2-3)
与工程,技术和科 学应用的联系
科学,工程和技术 的相互依赖
关于自然世界 的科学发现通常可 以产生新的技术和 改进的己有的技 术,这些技术是通 过工程设计过程开 发的。(3-PS2-4)
与科学本质的联系
科学知识基于经验的证据
科学发现是基于认识模式基
 
 
础上的。(3-PS2-2)
科学调查使用各种方法
科学研究使用各种方法,工具
和技术。(3-PS2-1)
与三年级其他DCIs的联系……
与其他年级DCIs的联系……
与国家共同核心标准数学/语言的关系……
 
 
表6-6 NGSS高中“力和相互作用”的内容标准
HS.力和相互作用
理解的学生能够:
HS-PS2-1.分析数据以支持牛顿第二运动定律的观点,描述宏观物体上的合力、质量和加 速度之间的数学关系。[详细说明:数据示例可包括表格或作出受到不平衡合力的物体的 位移一时间和速度一时间函数的图像。例如坠落物体,滚下斜坡的物体或在恒力作用下 运动的物体。][评价界限:评估仅限于一维运动和以非相对论速度运动的宏观物体。
HS-PS2-2.使用数学表示来支持系统动量的说法:当系统受到合力为零时系统的总动量保 持守恒。[详细说明:重点强调相互作用中动量的定量守恒和该原理的定性含义。][评 价界限:评价仅限于在一个维度上移动的两个宏观物体的系统。]
HS-PS2-3.应用科学和工程思想来设计,评估和改进设备,以最大限度地减少碰撞过程中 宏观物体所受到的力。* [详细说明:评估和改进的示例可包括确定设备在保护物体免受 损坏方面的成功并修改设计以改进它。设备的示例可以包括橄榄球头盔或降落伞。][评 价界限:评价仅限于定性评估和/或代数操作。]
HS-PS2-4.使用牛顿的万有引力定律和库仑定律的数学表示来描述和预测物体之间的引 力和静电力。[详细说明:重点是引力场和电场的定量和概念描述。][评价界限:评估 仅限于具有两个对象的系统。]
HS-PS2-5.计划并进行调查,以提供证据以证明电流可以产生磁场并且变化的磁场可以产 生电流。[评价界限:评价仅限于使用提供的材料和工具进行设计和调查。]
上述表现预期是使用NRC文件“K-12科学教育框架”中的以下要素制定的:
科学与工程实践 学科核心概念 跨学科概念
规划和开展调查
建立在K-8年级经验的基础上,在9- 12年级计划和开展调查以回答问题 或测试问题的解决方案,并进展到为 概念、数学、物理和经验模型提供证 据和测试的调查。 PS2. A:力和运动
牛顿第二定律准确地预测 了宏观物体运动的变化。(HS- PS2-1)
动量是针对特定参照系定 义的;它是物体质量乘以物 模式
可以在研究系 统的每个尺度上 观察到不同的模 式,并且可以在 解释现象的因果
 
 
单独和协作地计划和进行调查,以 生成数据作为证据的基础,并在设计 中:确定产生可靠测量所需的数据的 类型,数量和准确性,并考虑对数据 精度的限制(例如,试验次数,成本, 风险,时间),并相应地改进设计。(HS- PS2-5) 分析和解释数据 在K-8年级经验的基础上,在9~12年 级分析数据,并进展到引入更详细的 统计分析,数据集的一致性比较,以 及使用模型生成和分析数据。
使用工具,技术和/或模型(例如, 计算机,数学)分析数据,以便提出 有效和可靠的科学主张或确定最佳设 计解决方案。(HS-PS2-1) 使用数学和计算思维 在K-8年级经验的基础上,在9-12年 级使用数学和计算思维;并逐步进展 到使用代数思维和分析,包括使用一 系列线性和非线性函数、三角函数、 指数和对数,以及用于统计分析的计 算工具分析,表示和建模数据。 基于基本假设的数学模型创建和使用 简单的计算模拟。
使用现象的数学表示来描述解释。 (HS-PS2-2), (HS-PS2-4) 构建解释和设计解决方案 在K-8年级经验的基础上,在9-12年 级中构建解释和设计解决方案;并进 展到进行解释和设计,这些解释和设 计由多个或独立学生生成的证据来源 支持,符合科学思想,原则和理论。
应用科学思想解决设计问题,同时 考虑可能出现的意外影响。(HS-PS2-
3)
与科学本质的联系
使用科学模型,定律,机制和理论解 释自然现象
理论和定律提供了科学的解释。(HS-
PS2-1), (HS-PS2-4)
定律是对可观察现象之间关系的陈述
或描述。(HS-PS2-1), (HS-PS2-4) 优先于其他标准(处理)的决 策。(继HS-PS2-3之后)
与高中年级其他DC Is的联系……
与跨年级其他DCIs的联系……
与国家共同核心标准数学/语言的关系……
 
NGSS中内容标准在呈现形式上具有更完备的一致性。以“表现预期”整合三维课程目 标,并重视与“科学本质”以及“技术、工程和应用科学的联系”两对联系,其中也包括 与其他DCIs以及数学和语言课程标准的联系。在课程内容的选择上也具有一致性,包括了 力的基本性质,接触力和非接触力,力和运动的关系,力和能量的关系的内容。有些内容 已经超越了经典物理学中力学的范畴,将场的观点、能量的观点渗入其中。在教学实施的 层面,NGSS中同样注重概念和规律的形成过程以及在实践中应用。在多条标准中强调“分 析数据”、“收集证据”、“计划并实施调查”,这是注重科学概念和规律形成的体现。同时 NGSS在“科学实践”包括以“规律探究”和“产品制作”为取向的两类实践活动,并在每 一节都有所体现。比如“定义一个简单的设计问题,该问题可以通过应用关于磁铁的科学 理论来解决”,“应用科学和工程思想来设计,评估和改进设备,以最大限度地减少碰撞过 程中宠观物体所受到的力”,“使用牛顿的万有引力定律和库仑定律的数学表示来描述和预 测物体之间的引力和静电力”等。虽然中美科学课程标准中均包括两种类型的探究活动, 但明显美国的探究活动更具有开放性和创造性。而且NGSS中对于“产品制作”类的实践活 动明显的体现了 “模型建构”、“计算思维”以及“工程设计”的某些思想。
(3)从“力和相互作用”中比较中美课程标准中课程内容的异同
根据内容分析,中美科学课程标准在内容标准中具有以下几点共同特点:
第一,关注了教学目标的一致性。在“力和相互作用”这个主题中,中美科学课程标 准在内容标准中的设计尊重了一致性。中美课程标准从小学到高中阶段的主题保持一致, 并在这些主题中进行深入的学习。这反映了两国科学课程标准都根据学生的认知规律设计 课程,并采用螺旋式的方式组织课程内容。
第二,重视理论知识与实践的结合。在中美课程标准中都出现了一定具有实践性和体 验性的内容标准,也包括两种类型的研究或实践活动。比如“自制弹簧测力计,并用胡克 定律解释原理”以及“评估或改进设备,最大限度减小碰撞过程中所受的力”等教学建议, 都重视培养学生在实际场景中运用知识的能力。
也不难发现,中美科学课内容标准在以下方面存在较大差异:
第一,我国重视内容细节,美国重视核心概念的深度学习。以“力”的概念为例,我 国2017高中物理在内容标准中详细描述了对于基本性质力的要求,包括弹力和摩擦力的 要求,以及摩擦力的分类。在2017小学科学内容标准中也出现了 “通过弹力、摩擦力和浮 力认识性质力”的表达。由此可见,我国的内容标准更加具体内容和细节的掌握。而NGSS 在内容标准中只强调了最基本的万有引力和库伦力,并没有关于弹力、摩擦力等接触力作 出过多的要求。而是从这两种力出发,让学生逐步认识非接触力,最终建立“场”这一更 抽象的概念。所以我国的内容标准涉及了更多的科学内容和细节,但是美国科学课程标准 则按照“少而精”的设计理念,舍弃了很多内容细节,追求对于少量的“核心概念”的深 入学习。
第二,我国将“科学探究”作为学习的方式,而美国的“科学与工程实践”既是目的 又是方式。我国2017高中物理和小学科学课程标准都有关于“科学探究”的表现标准和活 动建议,也包含两类探究模式。但我国科学研究为探究规律或应用规律服务,而且科学研 究的具体要素在内容标准中并未充分体现。而美国的“科学与工程实践”具有一定的开放 性,既追求实践环节中规律的形成,也关注最后任务结果的达成,并且在过程中整合了“工 程设计”的理念。
第三,我国强调科学课程的系统性,美国强调科学课程的整合性。以我国2017高中物 理课程标准为例,其中按照物理学的体系力、热、电磁、光和原子组织内容,比如在必修 一中的“力和相互作用”中只包含基本性质力和牛顿运动定律,万有引力定律则在必修二 曲线运动中出现,库伦定律在必修三的电学中出现,动量以及磁场的概念则包含在选择性 必修中。但是NGSS中重视整合性,打破了学科体系的界限,按照核心概念组织课程。所以 在“力和相互作用”的主题下包含了不同领域的相关内容。这种现象产生的原因可能由于 我国受到“结构主义”课程编写理念的长久影响,强调科学知识结构的系统性。而美国则 受到“建构主义”等理念的影响,注意在学生经验的基础上整合课程内容。
6.2中美科学课程标准中课程评价的比较
学业评价,又称为学习评价;是在课程与教学目标的指引下,运用有效和恰当的工具, 对学生的知识和能力水平做出价值判断的过程。在科学教育中,学业评价也是课程改革的 关注点之一,评价理念和方法的改革己经引起国际科学教育领域的广泛关注。美国在《K- 12框架》中就有关于学业评价的建构设想,在NGSS颁布之后,又出版了《为下一代科学 教育标准开发评定》(Developing Assessment for the Next Generation Science Standards,以下简称NGSS评定指南)。而我国新课程标准也将评价改革作为重要一环,其 中在2017高中物理课程标准中建立了 “学业质量标准”,在小学科学课程标准中也注重评 价方式的变革。所以在本节将对中美科学课程标准中的学业评价进行比较研究,重点关注 两国科学教育的评价原则和评价体系。
6.2. 1中美科学课程标准中评价原则的比较研究
评价原则和评价理念对学生学业评价具有一定的指导意义和借鉴作用,我国的高中物 理和小学科学课程标准中在“评价建议” 一节中都提到了学业评价的原则,美国在NGSS评 定指南中也有关于评价原则的阐述,具体内容如表6-7所示。
表6-7中美科学课程标准中的评价原则
2017高中物理课程标准 NGSS 2017小学科学课程标准
评价原则 1.以促进学生核心素养 提升和能力提高为目的 1.学业评定应指向“三 维学习目标” 1.必须以国家素质教育 方针为指导
2.评价符合学生实际情 况,真实有效。 2.学业评定应服务于 不同的群体 2.学习评价必须做到主 体多元、方式多样
3.全面检查基础知识和 基本技能,深入考察学生 核心素养。 3.学业评定应具有一 致 3.必须覆盖本标准规定 的各个方面的目标要 求;对学生的科学素养 进行综合评价
4.评价主体和方式多样
5.发挥评价激励学生发 展和促进学生进步的功 能
通过比较可以看出中美科学课程的评价理念在以下两个个方面具有共同性:
首先,强调评价与课程目标的一致性。中美科学课程标准中都开宗明义地强调了评价 需要符合课程目标,并且以课程目标为目的制定了学业评价的维度,注意学业评价的全面 性。
其次,强调评价的主体和评价方式的多元性。传统的教育评价的主体是教师,评价方 式采用单一的纸笔测评。这种评价具有一定的片面性,不利于学生的全面发展,评价的多 样化发展正是国际科学教育发展的主流。中美科学课程的学业评价在评价理念上都顺应了 多元化的发展趋势。
同时,中美科学课程的评价理念在以下几个方面存在差异:
第一,我国的科学学业评价关注学生,美国的科学学业评价关注不同群体。我国的科 学学业评价充分体现了评价对于学生发展的激励和促进作用,而NGSS中强调学业评价的 多目的性,不但服务于学生也应该为教师、家长、教育政策制定部门、管理部门、教育投 资者提供不同水平的有效信息。本人认为该差异可能由于两国的评价体制所致。我国长期 以来注重总结性评价的甄别和选拔功能,而忽视了过程性评价的对于学生发展的促进功能 所致。而美国的联邦政府对于教育并没有绝对意义上的主导权,州政府和各级群体表现出 对于教育的支持与关注。所以教育的评价应该为各级教育的制定者、管理者和参与者提供 有效信息。
第二,我国的科学课程标准关注评价内容的全面性,美国强调评价结果的一致性。我 国的学业评价原则强调对于各个维度的教育目标进行全面而综合的考察,但是NGSS强调 各级学业评价结果的一致性。这种差异的原因也是因为我国传统的纸笔测评可能更加重视 知识维度的教育目标而相对忽视其他维度的教学目标,所以新课程改革需要突出学业评价 的全面性;而NGSS则考虑到评价结果在州政府和不同学校间的可能造成的差异,所以更加 强调评价结果的一致性。
6.2. 2中美科学课程标准中评价设计的比较研究
虽然在中美两国新课程标准理念下的科学学业评价并未彻底实施,但课程标准中对于 科学课程评价体系已有总体的规划,这里将采用“NGSS评价指南”中的关于评价系统的设 计以及2017高中物理课程标准中评价建议中的“评价任务设计”进行比较研究。
(1) NGSS中学业质量评价的设计
KT2科学学业评定委员会采用BEAR评价体系(BEAR Assessment System)流程开发 科学学业评定体统。该系统由四个环节构成:建立概念图示,设计测试题目,编制评分指 南,检测测量模型。四个变量组成首尾相连的循环系统,如下图所示。
 
图6-1 BEAR评价体系
建立概念图示是评价系统设计的开端,主要任务是明确评价内容,并且构架学生对于 该特定内容中不同的知识和能力表现。其中,评价者要将学生的科学概念图示分为不同水 平,并详细描述每个水平学生的能力和知识表现。然后依据概念图设计测验试题,这里试 题的设计应该以某一个科学概念下的情境性任务为主,并兼顾不同学生的发展水平。接着 编制评分指南。评分指南是量化学生测验中具体表现的评价指标,它应该包括前两个环节, 既能准确的判断学生在该情景下的表现,又能反映出学生不同水平的概念图示。最后是检 测测量模型,即利用统计学的方法对测试结果进行分析,并检验测验的信度和效度。便于 教师掌握学生的学习水平,并不断完善测验。这就构成了一个循环系统。
(2)我国2017高中物理课程标准中的评价设计
我国高中物理课程标准在“评价任务设计” 一节中,将我国高中物理学业评价分为三 个阶段,第一阶段为根据物理学核心素养和学业质量水平,制定评价目标。评价目标的制 定应该具体可测并具有一定的概括性。第二阶段为根据评价目标和课程内容设计评价内容。 这里的评价内容应包括物理学核心素养的四个维度,并且应该是有利于学生讨论的真实的 问题情境。第三,根据物理学科的学业质量水平制定评价指标。这里的评价指标应该针对 具体内容和学业质量水平进行描述。
(3)中美科学学业质量评价设计的比较研究
通过比较,可以看出中美科学课程标准的评价设计具有以下共同点。
首先,中美科学学业评价设计都注重评价指标的建构。中美科学课程评价中都注重评 价指标的设计,并且将评价指标作为一个重要的系统。
其次,中美科学学业评价设计注意区分不同阶段的学习学习水平。无论是NGSS中“概 念图示”的设计还是2017高中物理课程标准中的“评价目标”,都是根据课程及教学目标 制定了不同的层次的学习水平,并针对学生不同发展水平给出更具体的评价表现。
通过比较也不难得出中美科学学业评价设计存在以下的差异。
第一,美国倾向于采用任务型评价,而我国只强调真实情景下的评价。在编制试题阶 段,NGSS建议采用情境性任务作为评价方式。因为NGSS的表现预期是能力导向,学生的 能力需要在具体的任务中表现和评判。而我国2017高中物理课程标准只强调真实情景下 的问题。由于国情和教育公平性的考虑,我国的学业评价仍旧采用纸笔测试的方式。在试 题的编制中会出现一些与实际情况相悖的“假问题”,所以我国课程标准中强调在真实的问 题情境中培养学生的核心素养。
第二,美国注意评价的有效性和反馈功能,我国则缺乏这方面的设计。相比于NGSS中 的BEAR四部法,我国的学业评价设计缺少了“检测测量模型”这一阶段。原因可能由于美 国强调评价工具的有效性和发展性,而我国则关注评价结果,而缺乏关于评价过程以及评 价工具的评估和改进。
6.2. 3中美科学课程标准中的评价方式的比较研究
中美科学教育课程标准中,具有关于评价方式的设计和描述。在“NGSS评价指南”中 有关于K-12评价方式的描述,而我国2017高中物理课程标准和小学科学课程标准中都有 关于"评价方式”的叙述。所以这里将2017高中物理和小学科学课程标准中的要求整合在 一起,总结出的中美科学课程标准中的评价方式如下表6-8所示。
表6-8中美科学课程标准中评价方式的比较
美国 中国
过程性评价 课堂观察 课堂问答
课堂提问 书面评语
自我评价和同伴评价 自我评价与同伴评价
阶段性检测 阶段性测试
终结性评价 基于要求的评价(书面评价+表现 型任务) 合格性考试(学业水平测试)
课堂嵌入式评价 等级性考试(升学考试)
作业样本与学习档案
通过比较可以得出中美两国的科学学业评价方式呈现出一定的共同特点。
首先,中美科学学业评价中注重评价方式的多样化。在评价方式中,两国都重视过程 性评价和终结性评价。特别是注意过程性评价的丰富性,关注过程性评价对学生发展的促 进作用。其次,评价主体也体现出了多元化的特点。在中美两国评价的主体也具有一致性, 包括教师、学生和国家教育部门。
然而,比较也发现中美两国的科学学业评价存在着一定的差异。
首先,在终结性评价中,美国评价方式较为多样,而我国仍采用书面评价这种单一方 式。美国在终结性评价中除了书面测评这种单一方式,还采用了课堂嵌入评价和学习作业 评价这两种方式。而我国只有纸笔测试这一种方式。其次美国强调基于任务和主题的评价, 而我国在这些方面没有关注。美国的评价十分重视基于任务和主题下的能力表现,并且将 它作为终结性评价中的重要组成部分。我国的科学课程标准中虽然在过程性评价中也有基 于项目和主题的评价,但是这种评价方式并未出现在终结性评价中。这可能由于美国更加 注重评价的全面性,用任务型评价考查学生的实践能力;而我国的终结性评价,特别在高 中阶段,具有高利害性,所以只能采用纸笔测验这种相对封闭的方式去保障公平。
7.结论与启ZK
7.1比较研究的结论
7.1. 1中美科学教育课程标准的关注点
根据中美科学课程标准的整体词频分析结果,结合课程理念部分的比较研究。我们可 以从中分析出中美科学课程标准分别的关注点。
我国2017高中物理课程标准和小学科学课程标准突出了时代性和基础性;以促进学 生终身发展为主要目的,着力突显学生的主体地位;关注科学知识的掌握与应用;关注学 科逻辑结构和科学知识的系统性;关注课程评价方式的多样化发展。
美国的NGSS强调整合性与关联性;着力构建K-12阶级的科学概念,并将科学知识打 科学工程实践相整令;关注科学概念形成的过程以及在真实场景中的应用;关注表现性评 价并强调评价的…致性。
7.1. 2中美科学教育课程标准的共同点
根据上一章宏观比较及微观比较的结果,本研究发现中美科学课程标准具有以下共同 点。
(1)在课程理念上,强调学生学习的主体性,着眼于学生的未来发展
中美科学课程标准都强调了科学教育的公平性,强调科学教育面向全体学生,并关注 学生的未来发展;强调学习方式的多样化,体现学生的主体地位。
(2)在课程目标上,关注了不同维度课程目标的设置,注重课程目标的全面性
中美科学课程目标体系设置中都考虑到课程目标的全面性和完备性,包括知识、技能、 能力、情感态度等不同维度的课程目标。
(3)在内容结构上,关注了课程内容的全面性和系统性,注意螺旋式设置课程
中美科学课程设置内容广泛,并且注重不同学科领域课程的系统性;且均以重要概念 为核心,采用螺旋上升的方式设计课程内容。
(4)在课程内容上,关注课程内容与评价的一致性,注重科学知识在实践中的应用
两国的内容标准都要求保持和课程目标以及评价标准的一致性;注意科学规律在真实 场景中的应用,强调科学与技术进步与人类生活的联系。
(5)在课程评价上,强调学业评价标准的一致性,注重评价方式的多元性
中美科学课程标准中的学业评价均注重公平性,强调评价标准的一致性。并且注意评 价方式的多样化发展。
7.1.3中美科学教育课程标准的差异
总结上一章比较研究的结果,本研究可以发现中美科学课程标准在以下方面存在差异。
(1)在课程理念上,我国强调学科特点和结构,而美国注重整合和联系
我国科学课程有很强的分科传统,所以更加强调学科特点与知识的系统性,不同阶段 和不同学科的课程之间缺乏整合和联系。而美国的科学课程强调不同领域的联系以及不同 学段的整合。
(2)在课程目标上,我国课程目标注重知识掌握,美国课程目标关注能力表现
我国认为科学知识掌握是能力培养的基础,所以关注知识的掌握;而美国科学尊重对 于科学问题的不同解释,注重学生能力的养成和在具体任务中的表现。
(3)在内容结构上,我国以学科逻辑结构组织课程,美国以科学核心概念整合课程
我国的科学课程仍然体现结构主义的编写理念,按照学科的逻辑结构组织课程内容。 而美国的科学课程按照核心概念编写,注重不同学科的整合以及不同年级的联系。
(4)在课程内容上,我国强调科学基础知识的掌握与运用,美国注重在科学课程中整 合STEM教育
我国的科学内容重视基础科学知识掌握以及在对于真实情境下的问题解决;而美国在 科学课程中整合了 “计算思维”和“工程设计”,关注学生在科学与工程实践中的应用和创 造能力。
(5)在课程评价上,我国注重纸笔测评,美国关注任务型评价
我国的科学课程学业评价在终结性评价中依旧采用纸笔测评的方式,并且关注评价对 于学生的发展的作用;而美国的科学学业评价在各个阶段都倾向于采用任务型评价,并且 关注评价对于不同主体的反馈作用。
7.2比较研究的启示
根据中美科学课程标准的比较研究结论,在借鉴美国科学课程标准中的优点和立足于 我国科学教育的基础上,本研究的结论对于我国高中物理课程标准的制定和修订具有以下 启示。
7.2.1凝练学科核心概念,提供不同版本的科学课程标准的编写形式
长期以来,我国的高中物理课程标准一直采用模块化的编写模式,按照物理学科的知 识体系组织教学。但在强调知识学习的同时,也应对学生概念的学习给予足够的重视。科 学教育不应该只呈现大量事实和理论的堆砌,应该是围绕核心概念的深入理解。所以这里 可以参考NGSS中设置不同版本课程标准的模式,在我国高中物理课程标准中也提供不同 版本的组织模式。由于我国的分科课程的考虑,我国的高中物理课程标准并不适合按照主 题去组织课程内容;但是可以精选物理学科的核心概念,在现有版本的基础上另外提供按 照“物理学核心概念”编写的模式。
7.2. 2细化课程目标的要求,根据课程目标的要求组织编排课程内容
NGSS以三维学习目标为核心,在各个主体内容下的“表现预期”按照三个维度分别展 开详细描述。并且在“表现预期”中给出了要求掌握的程度和评价界限,便于教师的理解 和实际教学中的操作。我国2017小学科学课程标准也做到了这一点。而2017高中物理课 程标准,虽然确定了 “学科核心素养”为课程目标,但在内容标准中缺乏不同维度课程目 标的设定。所以应该根据课程目标的要求组织和内容标准,并且详细描述学生的掌握程度 和评价界限。
7.2. 3注意课程标准的连贯性与一致性,重视科学内容的整合以及学习进阶
我国科学课程标准一向重视系统性,忽视了课程标准的连贯性与一致性。这里主要应 该体现两个维度的整合,融合不同学科和科学实践的横向整合,以及在不同年级间保持一 致性的纵向整合。所以科学课程标准的制定应该从全局考虑,保持不同学科领域课程目标 的一致性,整合科学知识与实践。并且根据学习进阶的理论,在各个年级提供与学生认知 水平相符的学习内容,并让学生的思维水平不断进步。
7.2. 4关注科学结论的产生过程,重视证据与科学论证
我国科学课程标准强调物理概念和规律的应用,虽然在“科学思维”的二级指标中有 关于“物理模型”和“科学论证”等相关表述,但是在内容标准中体现不足;而且“科学 探究”的四个要素也未得到充分体现。而NGSS中十分关注科学概念和规律的建立过程,重 视提供支持结论的证据以及论证过程。所以我国高中物理课程标准需要落实“科学思维” 等课程冃标,就应该在课程标准中加强对于物理概念和规律产生过程的要求。
7. 2.5细化学业评价指标,适当在学业评价中引入任务型评价
我国2017高中物理课程标准中虽然给出了学业质量评价标准,但这种标准还需要进 一步细化,开发出针对具体科学内容下学生不同水平表现的评价指标。而且我国在过程性 评价中适当引入给予任务的表现型评价方式,来测评学生在实际情景中的知识运用能力。
8.不足与展望
本研究获得了一些有意义的结论和启示,但是由于课程标准的实施情况以及本人学术 水平的制约,仍存在以下不足之处:
&1缺乏关于课程标准实施的研究
在课程标准中,课程实施也是重要内容之一。虽然NGSS颁布以来国内外学者已经对于 课程实施进行了一定的研究,但是在课程资源开发、师资培训和教材编写方面仍在进行不 断的探索。而我国2017高中物理和小学科学课程标准的颁布仅有一年,新教材的尚未正式 颁布,新的评价体制和课程改革也在探索阶段。由于中美科学课程标准实施程度存在差异, 所以在论文中并未出现关于课程实施的探讨。
& 2评价体系并未完全建立,评价部分的论证不足
在课程评价的角度上,本文重点关注了中美科学学业评价原则和评价体系的建构。但 是由于在中美新课标理念下的评价体系并未完全建立,在微观层面的比较仅仅采用两个课 程标准中的例子来比较中美科学教育中指标体系的确定,例证不够充分。
8.3我国科学课程标准学段不足,应该再加上初中科学课程标准
NGSS涉及的是K-12年级一贯的科学课程标准,但我国的科学课程标准则是分学段的。 这里只选择了我国本次新课程改革理念下的高中物理课程标准和小学科学课程标准来进 行比较,并没有把2011版的初中科学课程标准放在其中。也正是由于空缺了初中这一阶 段,所以也缺少年级间的纵向比较研究。
正如Stephen L. Pruitt对NGSS所评论的那样:“科学教育不是目的地,而是旅程。” 中美科学课程标准可以被视为是这场旅行的“路线图”,接下来的科学教育改革与课程标准 的实施将踏上漫漫征程。本人也会继续关注中美科学课程标准的修订与实施,不断思考以 上问题并继续完善本研究的内容。
附录
附录1:中美科学课程标准的正文词频统计
2017高中物理课程标准 NGSS 2017小学科学课程标准
单词 长 度 计 数 权分 > 一加百比(%) 单词 中文 翻译 计数 加权 百分 比
(%) 单词 长 度 计 数 权分 ) 加百比(%)
物理 2 411 2.41 evidenee 证据 440 0.56 学生 2 677 2」8
学生 2 409 2.4 science 科学 416 0.53 科学 2 577 1.86
了解 2 227 1.33 energy 能量 372 0.47 学习 2 525 1.69
实验 2 212 1.25 infbrmatio n 信息、 300 0.38 物理 2 411 1.32
课程 2 210 1.23 data 数据 287 0.37 了解 2 334 1.08
科学 2 208 1.22 use 使用 286 0.36 内容 2 306 0.99
问题 2 194 1」4 ideas 观点 275 0.35 课程 2 278 0.9
学习 2 172 1.01 by 通过 272 0.35 探究 2 267 0.86
内容 2 146 0.86 solutions 解决 方法 268 0.34 实验 2 261 0.84
发展 2 139 0.82 assessment 评价 266 0.34 问题 2 250 0.81
探究 2 122 0.72 students 学生 266 0.34 教学 2 210 0.68
学科 2 119 0.7 natural 自然 的 251 0.32 教师 2 206 0.66
素养 2 106 0.62 core 核心 238 0.3 活动 2 195 0.63
核心 2 104 0.61 system 系统 236 0.3 生活 2 183 0.59
应用 2 103 0.6 model 模型 235 0.3 发展 2 180 0.58
评价 2 102 0.6 earth 地球 221 0.28 知道 2 178 0.57
教学 2 99 0.58 engineering 工程 218 0.28 评价 2 164 0.53
认识 2 99 0.58 connections 联系 214 0.27 物体 2 148 0.48
要求 2 98 0.58 design 设计 209 0.27 观察 2 148 0.48
水平 2 89 0.52 scientific
科的 209 0.27 方法 2 144 0.46
运动 2 89 0.52 explanations 解释 191 0.25 认识 2 144 0.46
必修 2 87 0.51 understanding 理解 189 0.24 过程 2 139 0.45
现象 2 87 0.51 statement 说明 177 0.23 现象 2 135 0.44
生活 2 87 0.51 clarification 阐述 176 0.23 运动 2 135 0.44
分析 2 86 0.51 examples 例子 173 0.22 年级 2 132 0.43
研究 2 83 0.49 experiences 经验 172 0.22 素养 2 132 0.43
物理
3 82 0.48 patterns 模式 171 0.22 技术 2 128 0.41
方法 2 81 0.48 builds 建构 163 0.22 不同 2 127 0.41
知道 2 73 0.43 describe 描述 161 0.21 学科 2 127 0.41
学业 2 71 0.42 progresses 进阶 160 0.21 利用 2 125 0.4
能力 2 70 0.41 grade 年级 159 0.2 进行 2 125 0.4
过程 2 70 0.41 different 不同 158 0.2 目标 2 123 0.4 |
 
 
利用 2 68 0.4 concepts 概念 154 0.2 设计 2 123 0.4
设计 2 65 0.38 matter 物质 153 0.2 方式 2 121 0.39
解释 2 64 0.38 support 支持 152 0.2 应用 2 118 0.38
技术 2 63 0.37 performance 表现 151 0」9 能力 2 117 0.38
方式 2 60 0.35 based 基于 149 0.19 知识 2 115 0.37
教师 2 59 0.35 change 改变 147 0.19 要求 2 111 0.36
解决 2 59 0.35 expectations 期望 146 0.19 分析 2 110 0.35
进行 2 59 0.35 world 世界 146 0.19 核心 2 110 0.35
规律 2 57 0.33 objects 物体 135 0.19 描述 2 108 0.35
定律 2 55 0.32 boundary 边界 133 0.17 水平 2 104 0.34
模型 2 54 0.32 organisms 生命
133 0.17 环境 2 104 0.34
具有 2 52 0.31 problems 问题 133 0.17 人类 2 103 0.33
活动 2 52 0.31 disciplinary 学科 的 131 0」7 研究 2 102 0.33
社会 2 52 0.31 sources 来源 131 0.17 具有 2 95 0.31
作用 2 51 0.3 cause 原因 124 0.17 社会 2 95 0.31
实际 2 50 0.29 demonstrate 证明 121 0」6 资源 2 91 0.29
观念 2 50 0.29 mathematics 数学 118 0」5 建议 2 90 0.29
高中 2 50 0.29 questions 疑问 118 0」5 物质 2 89 0.29
关系 2 49 0.29 changes 改变 116 0.15 必修 2 87 0.28
不同 2 48 0.28 practices 实践 116 0.15 重要 2 85 0.27
培养 2 48 0.28 investigations 调查 115 0.15 指导 2 82 0.26
知识 2 47 0.28 constructing 形成 111 0.15 物理
3 82 0.26
质量 2 47 0.28 effect 效果 109 0」4 影响 2 79 0.25
体会 2 46 0.27 dcis 学科 核心 概念 108 0」4 解决 2 79 0.25
促进 2 46 0.27 multiple 多重
107 0.14 自然 2 78 0.25
教材 2 45 0.26 phenomena 现象 107 0.14 规律 2 78 0.25
结论 2 45 0.26 relationships 关系 107 0.14 培养 2 77 0.25
思维 2 44 0.26 interactions 相互 作用 106 0.14 作用 2 76 0.24
选择
3 44 0.26 water 106 0.14 关系 2 76 0.24
建议 2 43 0.25 develop 发展 105 0.14 初步 2 76 0.24
数据 2 43 0.25 text 文本 105 0.14 形成 2 75 0.24
理解 2 43 0.25 processes 进程 103 0」3 学业 2 72 0.23
生产 2 43 0.25 analysis 分析 102 0」3 概念 2 72 0.23
重要 2 43 0.25 mathematical 数学 99 0.13 基本 2 70 0.23
 
 
考试 2 41 0.24 including 包括 98 0.13 简单 2 70 0.23
资料 2 41 0.24 emphasis 强调 97 0.13 地球 2 68 0.22
概念 2 40 0.23 through 通过 97 0.12 思维 2 68 0.22
注重 2 40 0.23 crosscutting 横向 跨学 科的 96 0.12 质量 2 67 0.22
观察 2 40 0.23 specific 特征 94 0」2 解释 2 66 0.21
人类 2 39 0.23 huma n 人类 93 0」2 变化 2 65 0.21
信息 2 39 0.23 knowledge 知识 93 0」2 结论 2 65 0.21
初步 2 39 0.23 argument 论点 92 0」2 主要 2 64 0.21
影响 2 39 0.23 an swer 回答 91 0」2 信息 2 64 0.21
关注 2 38 0.22 technology 技术 91 0」2 材料 2 64 0.21
形成 2 38 0.22 framework ST 89 0」2 实际 2 63 0.2
标准 2 38 0.22 materials 材料 88 0.12 模型 2 63 0.2
相关 2 38 0.22 may 可能 88 0.12 结构 2 63 0.2
选择 2 38 0.22 provide 提供 88 0.11 常见 2 62 0.2
自然 2 37 0.22 make 制作 84 0.11 教材 2 61 0.2
基本 2 36 0.21 represent 代表 83 0.11 理解 2 61 0.2
证据 2 36 0.21 construct 建构 81 0.11 植物 2 60 0.19
结构 2 35 0.21 elements 元素 81 0.11 特征 2 60 0.19
能量 2 35 0.21 common 普通 的 79 0.1 资料 2 60 0.19
基础 2 34 0.2 chemical 化学 的 78 0.1 促进 2 59 0.19
查阅 2 34 0.2 appropriate 恰当 的 77 0.1 使用 2 58 0.19
特点 2 34 0.2 limited 有限 的 77 0」 意识 2 58 0.19
模块 2 33 0」9 designed 有计 划的 76 0.1 标准 2 58 0」9
目标 2 32 0」9 number 数字 74 0」 生产 2 58 0.19
资源 2 32 0」9 forces 73 0」 动物 2 57 0」8
态度 2 31 0.18 motion 运动 73 0.1 运用 2 56 0.18
情境 2 31 0.18 scale 规模 73 0.09 定律 2 55 0.18
描述 2 31 0.18 new 新的 72 0.09 需要 2 55 0.18
环境 2 31 0.18 properties 性质 71 0.09 体会 2 54 0.17
讨论 2 30 0.18 technical 技术 的 71 0.09 数据 2 52 0.17
选修 2 30 0」8 developed 成熟
70 0.09 测量 2 51 0」6
建构 2 29 0.17 explain 解释 70 0.09 能量 2 51 0.16
 
 
探索 2 29 0.17 time 时间 70 0.09 观念 2 51 0」6
学校 2 28 0」6 state 状态 69 0.09 证据 2 51 0」6
引导 2 28 0J6 observations 观察 68 0.09 引导 2 50 0」6
方面 2 28 0.16 physical 物理 学的 68 0.09 讨论 2 50 0.16
使用 2 27 0.16 plants 植物 68 0.09 选择 2 50 0」6
原理 2 27 0.16 resources 资源 68 0.09 咼中 2 50 0」6
物质 2 27 0.16 computational
十勺
' V AHH 67 0.09 基础 2 49 0.16
科技 2 27 0.16 light 66 0.09 态度 2 49 0.16
守恒 定律 4 26 0.15 education 教育 64 0.09 产生 2 48 0.15
测量 2 26 0.15 research 调查 研究 64 0.08 提出 2 48 0」5
物体 2 26 0.15 function 功能 63 0.08 开展 2 45 0」5
简单 2 26 0.15 standards 标准 63 0.08 方面 2 45 0.15
试题 2 26 0.15 life 生命 62 0.08 注重 2 45 0.15
发现 2 25 0.15 planning 计划 62 0.08 关注 2 44 0.14
合理 2 25 0」5 animals 动物 61 0.08 生物 2 44 0.14
情况 2 25 0.15 articulation 结合
61 0.08 相关 2 44 0.14
意识 2 25 0.15 literacy 素养 61 0.08 3 44 0.14
提高 2 25 0」5 quantitative 定量 的 61 0.08 提供 2 43 0.14
材料 2 25 0.15 claims 声称 60 0.08 特点 2 43 0.14
能源 2 25 0.15 process 过程 60 0.08 考试 2 43 0.14
依据 2 24 0.14 simple 简单 的 60 0.08 能源 2 43 0.14
有效 2 24 0.14 environment 环境 59 0.08 世界 2 42 0.14
运用 2 24 0.14 relevant 有关 的 59 0.08 相互 2 42 0.14
工作 2 23 0.14 engaging 参与 58 0.08 探索 2 41 0.13
方案 2 23 0.14 test 测试 58 0.08 空气 2 41 0」3
正确 2 23 0.14 thinking 思考 58 0.08 查阅 2 40 0.13
相互 作用 4 23 0.14 carrying 实行 57 0.07 依据 2 39 0.13
任务 2 22 0.13 level 水平 57 0.07 保护 2 39 0」3
作出 2 22 0.13 events 事件 56 0.07 功能 2 39 0.13
提出 2 22 0.13 nature 本质 56 0.07 学校 2 39 0.13
理论 2 22 0.13 order 顺序 56 0.07 情况 2 38 0」2
电磁 波 3 22 0.13 possible
可的 56 0.07 交流 2 37 0.12
 
 
获得 2 22 0.13 school 学校 56 0.07 合理 2 37 0.12
1r 3 22 0.13 structure 结构 56 0.07 存在 2 37 0」2
一些 2 21 0.12 solve 解决 55 0.07 开发 2 37 0.12
主要 2 21 0.12 write 书写 55 0.07 领域 2 37 0.12
功能 2 21 0」2 impacts 影响 54 0.07 任务 2 36 0.12
开发 2 21 0.12 quantities 数量 54 0.07 实践 2 36 0.12
具体 2 20 0.12 reasoning 推理 54 0.07 小学 2 36 0.12
基于 2 20 0」2 secondary
次的 54 0.07 形式 2 36 0.12
实施 2 20 0」2 weather 天气 54 0.07 情境 2 36 0」2
相互 2 20 0」2 criteria 判断 标准 53 0.07 提高 2 36 0.12
产生 2 19 0.11 traits 特点 53 0.07 教育 2 36 0.12
体现 2 19 0.11 climate 气候 52 0.07 方向 2 36 0」2
创设 2 19 0.11 expected 预期 的 52 0.07 比较 2 36 0.12
动量 2 19 0.11 predict 预测 52 0.07 科技 2 36 0.12
器材 2 19 0.11 produce 产生 51 0.07 兴趣 2 35 0.11
思想 2 19 0.11 conduct 实施 50 0.07 原理 2 34 0」1
收集 2 19 0」1 determine 决心 50 0.07 发现 2 34 0.11
明确 2 19 0.11 molecules 分子 50 0.06 基于 2 34 0.11
条件 2 19 0.11 tools 工具 50 0.06 工具 2 34 0.11
用于 2 19 0.11 variables 变量 50 0.06 条件 2 34 0.11
磁场 2 19 0.11 digital 数字
49 0.06 帮助 2 33 0.11
交流 2 18 0」1 society 社会 49 0.06 建构 2 33 0.11
创新 2 18 0.11 surface 表面 49 0.06 模块 2 33
存在 2 18 0」1 topic 主题 49 0.06 记录 2 33 0」1
意义 2 18 0.11 interpret 诠释 48 0.06 举例 2 32 0.1
牛顿 2 18 0.11 quantitatively 可定 量的 47 0.06 具体 2 32 0.1
电路 2 18 0.11 species 物种 47 0.06 包括 2 32 0」
说明 2 18 0」1 living 生存 46 0.06 有效 2 32 0」
重视 2 18 0.11 theories 理论 46 0.06 正确 2 32 0.1
反映 2 17 0」 transfer 传递 46 0.06 生命 2 32 0.1
提供 2 17 0.1 abstractly 抽象 的 45 0.06 实施 2 31 0.1
方向 2 17 0.1 constraints 约束 条件 45 0.06 改变 2 31 0.1
气体 2 17 0」 defining 定义 45 0.06 一定 2 30 0.1
测试 2 17 0.1 form 形式 45 0.06 创新 2 30 0.1
特征 2 17 0.1 reason 理由 45 0.06 实验 3 30 0.1
 
 
观点 2 17 0」 tech no logies 技术 45 0.06 工程 2 30 0」
需要 2 17 0.1 apply 应用 44 0.06 收集 2 30 0」
兴趣 2 16 0.09 commu nicating 交流 44 0.06 温度 2 30 0」
大小 2 16 0.09 empirical 经验 主义 的 44 0.06 选修 2 30 0」
实践 2 16 0.09 gather 聚集 44 0.06 体现 2 29 0.09
恰当 2 16 0.09 ecosystems 生态 系统 43 0.06 作出 2 29 0.09
报告 2 16 0.09 help 帮助 43 0.06 工作 2 29 0.09
提升 2 16 0.09 place 地点 43 0.06 方案 2 29 0.09
教育 2 16 0.09 same 相同 43 0.05 综合 2 29 0.09
本质 2 16 0.09 understand 了解 43 0.05 联系 2 29 0.09
机械 2 16 0.09 waves 43 0.05 调查 2 29 0.09
机械
3 16 0.09 influence 影响 42 0.05 合作 2 28 0.09
电磁 感应 4 16 0.09 functions 功能 41 0.05 生存 2 28 0.09
结合 2 16 0.09 genetic 遗传 的 41 0.05 获得 2 28 0.09
综合 2 16 0.09 land 土壤 41 0.05 表现 2 28 0.09
课堂 2 16 0.09 sun 太阳 41 0.05 课堂 2 28 0.09
静电 2 16 0.09 components 成分 40 0.05 大小 2 27 0.09
世界 2 15 0.09 conditions 条件 40 0.05 日常 2 27 0.09
包括 2 15 0.09 obtaining 获得 40 0.05 电路 2 27 0.09
图像 2 15 0.09 simulations 模拟 40 0.05 系统 2 27 0.09
成果 2 15 0.09 solar
太的 39 0.05 编写 2 27 0.09
推理 2 15 0.09 types 类型 39 0.05 多种 2 26 0.08
数字 2 15 0.09 factors 影响 因素 38 0.05 4 26 0.08
考查 2 15 0.09 important 重要 的 38 0.05 教科
3 26 0.08
转化 2 15 0.09 real 真实 的 38 0.05 结合 2 26 0.08
传感 器 3 14 0.08 compare 比较 37 0.05 观点 2 26 0.08
合作 2 14 0.08 complex 复杂 的 37 0.05 试题 2 26 0.08
守恒 2 14 0.08 graph 图表 37 0.05 理论 2 25 0.08
帮助 2 14 0.08 modeling 建模 37 0.05 组成 2 25 0.08
抽象 2 14 0.08 quantity 数量 37 0.05 列举 2 24 0.08
 
 
持续 2 14 0.08 stability Ez 37 0.05 创设 2 24 0.08
灯泡 2 14 0.08 supported 支持 37 0.05 动植 物 3 24 0.08
真实 2 14 0.08 temperature 问题 37 0.05 尝试 2 24 0.08
碰撞 2 14 0.08 ways 方法 37 0.05 用于 2 24 0.08
系统 2 14 0.08 account 描述 36 0.05 相互 作用 4 24 0.08
能否 2 14 0.08 atoms 原子 36 0.05 说明 2 24 0.08
视角 2 14 0.08 displays 显示 36 0.05 制作 2 23 0.07
责任 2 14 0.08 food 食物 36 0.05 呈现 2 23 0.07
达到 2 14 0.08 growth 生长 36 0.05 宇宙 2 23 0.07
运动
rn 贝 3 14 0.08 relative 一关
一木白 36 0.05 完成 2 23 0.07
进步 2 14 0.08 details 细节 35 0.05 思想 2 23 0.07
速度 2 14 0.08 ocean 海洋 35 0.05 意义 2 23 0.07
准确 2 13 0.08 prior
乞的 35 0.04 报告 2 23 0.07
 
附录2:我国科学课程标准中课程内容的词频统计
2017高中物理课程标准内容标7 宦部分 2017小学科学课程标准内容标?| 宦部分
单词 长度 计数 加权百分 比(%) 单词 长度 计数 加权百分 比(%)
了解 2 209 3.08 学习 2 177 2.4
实验 2 128 1.88 内容 2 123 1.67
应用 2 71 1.05 物体 2 115 1. 56
知道 2 69 1. 02 年级 2 108 1.47
生活 2 68 1 观察 2 83 1. 13
运动 2 64 0. 94 知道 2 82 1. 11
现象 2 62 0.91 生活 2 68 0. 92
认识 2 60 0. 88 学生 2 63 0.85
物理 2 58 0.85 描述 2 63 0.85
分析 2 54 0.8 活动 2 63 0.85
学生 2 54 0. 8 不同 2 59 0.8
问题 2 53 0. 78 了解 2 56 0. 76
定律 2 52 0. 77 植物 2 56 0.76
发展 2 49 0. 72 动物 2 54 0. 73
方法 2 49 0. 72 地球 2 51 0. 69
内容 2 48 0. 71 物质 2 51 0.69
物理学 3 42 0.62 变化 2 50 0.68
体会 2 41 0.6 教师 2 50 0. 68
要求 2 40 0. 59 指导 2 46 0. 62
资料 2 38 0. 56 生物 2 41 0. 56
 
 
探究 2 37 0. 54 常见 2 40 0. 54
研究 2 35 0. 52 目标 2 40 0. 54
作用 2 34 0. 5 人类 2 39 0. 53
查阅 2 34 0. 5 运动 2 39 0. 53
模型 2 34 0. 5 环境 2 37 0. 5
生产 2 34 0. 5 特征 2 33 0.45
利用 2 33 0. 49 空气 2 32 0.43
活动 2 33 0.49 技术 2 31 0. 42
影响 2 32 0. 47 现象 2 31 0.42
科学 2 32 0.47 影响 2 30 0.41
建议 2 31 0. 46 科学 2 30 0.41
技术 2 31 0. 46 形成 2 29 0. 39
解释 2 31 0. 46 建议 2 28 0. 38
人类 2 30 0. 44 温度 2 28 0. 38
初步 2 30 0.44 举例 2 27 0. 37
必修 2 30 0.44 利用 2 27 0. 37
观察 2 28 0. 41 教学 2 27 0. 37
能量 2 26 0.38 认识 2 27 0. 37
关系 2 25 0. 37 设计 2 27 0. 37
原理 2 25 0. 37 需要 2 27 0. 37
过程 2 25 0. 37 开展 2 26 0. 35
理解 2 24 0. 35 生存 2 26 0. 35
物体 2 23 0. 34 产生 2 25 0. 34
社会 2 23 0.34 方法 2 25 0. 34
能源 2 23 0. 34 改变 2 24 0. 33
讨论 2 22 0.32 简单 2 24 0. 33
守恒定律 4 21 0. 31 过程 2 24 0. 33
测量 2 20 0.29 使用 2 22 0. 3
物质 2 20 0. 29 声音 2 22 0. 3
特点 2 20 0. 29 实验 2 22 0. 3
电磁波 3 20 0. 29 工程 2 21 0. 28
意义 2 18 0.27 材料 2 21 0. 28
探索 2 18 0.27 结构 2 21 0. 28
模块 2 18 0.27 进行 2 21 0. 28
磁场 2 18 0. 27 动植物 3 20 0.27
规律 2 18 0. 27 测量 2 20 0. 27
动量 2 17 0.25 状态 2 20 0. 27
学习 2 17 0. 25 自然 2 19 0. 26
材料 2 17 0. 25 资源 2 19 0. 26
牛顿 2 17 0. 25 世界 2 18 0. 24
理论 2 17 0. 25 基本 2 18 0.24
具有 2 16 0. 24 领域 2 18 0. 24
气体 2 16 0. 24 主要 2 17 0.23
 
 
观念 2 16 0. 24 产品 2 17 0.23
选择性 3 16 0. 24 保护 2 17 0.23
使用 2 15 0.22 列举 2 17 0.23
描述 2 15 0. 22 初步 2 17 0.23
数据 2 15 0. 22 发生 2 17 0.23
电磁感应 4 15 0. 22 工具 2 17 0.23
结论 2 15 0.22 方向 2 17 0. 23
基本 2 14 0.21 生命 2 17 0.23
大小 2 14 0. 21 规律 2 17 0. 23
建构 2 14 0.21 传播 2 16 0. 22
思想 2 14 0.21 能源 2 16 0. 22
机械 2 14 0. 21 位置 2 15 0.2
相互作用 4 14 0.21 太阳 2 15 0. 2
碰撞 2 14 0. 21 形状 2 15 0.2
结构 2 14 0.21 意识 2 15 0.2
课程 2 14 0. 21 组成 2 15 0.2
静电 2 14 0. 21 存在 2 14 0. 19
一此 2 13 0. 19 尝试 2 14 0. 19
世界 2 13 0. 19 形式 2 14 0. 19
产生 2 13 0. 19 维持 2 14 0. 19
守恒 2 13 0. 19 能够 2 14 0. 19
实际 2 13 0. 19 记录 2 14 0. 19
工作 2 13 0. 19 资料 2 14 0. 19
引导 2 13 0. 19 人体 2 13 0. 18
简单 2 13 0. 19 体积 2 13 0. 18
解决 2 13 0. 19 关系 2 13 0. 18
证据 2 13 0. 19 方式 2 13 0. 18
调查 2 13 0. 19 磁铁 2 13 0. 18
进行 2 13 0. 19 能量 2 13 0. 18
重要 2 13 0. 19 质量 2 13 0. 18
发现 2 12 0. 18 重要 2 13 0. 18
干涉 2 12 0. 18 阳光 2 13 0. 18
相关 2 12 0. 18 人们 2 12 0. 16
万有引力 4 11 0. 16 系统 2 12 0. 16
原子核 3 11 0. 16 讨论 2 12 0. 16
实例 2 11 0. 16 调查 2 12 0. 16
方式 2 11 0. 16 运用 2 12 0. 16
机械能 3 11 0. 16 传递 2 11 0. 15
热力学 3 11 0. 16 作用 2 11 0. 15
物理量 3 11 0. 16 分析 2 11 0. 15
电路 2 11 0. 16 制作 2 11 0. 15
相对论 3 11 0. 16 制造 2 11 0. 15
自然 2 11 0. 16 发明 2 11 0. 15
 
 
设计 2 11 0. 16 土壤 2 11 0. 15
传感器 3 10 0. 15 比较 2 11 0. 15
 
附录3 NGSS中课程内容的词频统计(总体)
NGSS高中物质彳 斗学部分(总体) NGSS小学科学部分(总体)
单词 中文翻 译 计数 加权百 分
(%) 单词 中文翻 译 计数 加权百 分
(%)
PS 物质科
129 1. 36 science 科学 135 0. 57
energy 能量 104 1.1 evidence 证据 131 0. 55
sys teni 系统 54 0. 57 information 信息 131 0.55
assessment 评价 47 0. 5 Is 生命科 学 115 0. 48
can 能够 47 0.5 ess 地球空 间科学 114 0. 48
evidence 证据 44 0. 46 ps 物质科 学 113 0. 47
using 使用 41 0. 43 solutions 解决方 法 113 0. 47
information 信息 40 0. 42 using 使用 107 0.45
models 模型 39 0.41 include 包括 102 0. 43
include 包括 37 0. 39 grade 年级 98 0.41
science 科学 37 0. 39 connections 联系 94 0. 39
数据 35 0. 37 ideas 观点 89 0. 37
students 学生 35 0. 37 patterns 模式 85 0. 36
ideas 观点 34 0. 36 assessment 评价 84 0. 35
design 设计 30 0. 32 core 核心 84 0. 35
mathematical 数学的 30 0. 32 by 通过 83 0. 35
scientific 科学的 30 0. 32 experiences 经验 83 0. 35
matter 物质 29 0. 31 data 数据 81 0. 34
understandin
g 理解 28 0. 3 natural 自然的 81 0. 34
objects 物体 27 0. 28 engineering 工程 76 0.32
core 核心 24 0.25 students 学生 75 0. 31
engineering 工程 24 0.25 energy 能量 68 0. 28
boundary 边界 23 0. 24 understandin
g 理解 66 0. 28
chemical 化学的 23 0. 24 design 设计 64 0. 27
clarificatio
n 阐述 23 0. 24 de is 学科核 心概念 62 0.26
stat e inent 说明 22 0.23 text 文本 62 0. 26
computationa 计算的 21 0. 22 builds 构建 60 0. 25
 
 
1
examples 例子 21 0. 22 different 不同的 60 0.25
properties 性质 21 0. 22 mathematics 数学 59 0. 25
explanations 解释 20 0.21 problems 问题 59 0.25
forces 20 0.21 progresses 进步 58 0. 24
interactions 相互作 用 20 0. 21 models 模型 57 0. 24
limited 限制的 20 0. 21 describe 描述 56 0. 23
including 包括 19 0.2 explanations 解释 56 0.23
performance 表现 19 0. 2 concepts 概念 55 0. 23
investigat io
ns 调查 18 0. 19 earth 地球 53 0. 22
scale 规模 18 0. 19 water 53 0.22
thinking 思考 18 0. 19 demonstrate 证明 52 0. 22
analysis 分析 17 0. 18 examples 例子 52 0.22
buiIds 构建 17 0. 18 questions 疑问 51 0.21
expectations 预期 17 0. 18 statement 说明 51 0. 21
multipie 多重的 17 0. 18 objects 物体 50 0.21
progresses 进阶 17 0. 18 cause 原因 49 0.21
support 支持 17 0. 18 clarificatio
n 阐述 49 0.21
change 改变 16 0. 17 expectations 预期 48 0. 2
demons tirate 证明 16 0. 17 performance 表现 48 0.2
different 不同的 16 " 0. 17 observ且tions 观察 47 0. 2
level 水平 16 0. 17 plants 植物 47 0. 2
problems 问题 16 0. 17 world 世界 47 0.2
radiation 辐射 16 0. 17 change 改变 46 0. 19
relationship
s 关系 16 0. 17 disciplinary 学科的 46 0. 19
sources 来源 16 0. 17 support 支持 46 0. 19
technical 技术的 16 0. 17 effect 效果 45 0. 19
based 基于 15 0. 16 constructing 建构 44 0. 18
cause 原因 15 0. 16 sources 来源 44 0. 18
connections 联系 15 0. 16 animals 动物 43 0. 18
emphasis 强调 15 0. 16 boundary 边界 43 0. 18
natural 自然的 15 0. 16 answer 回答 42 0. 18
particles 粒子 15 0. 16 materials 材料 42 0. 18
wave 15 0. 16 investig且tio
ns 调查 41 0. 17
atoms 原子 14 0. 15 organisms 生命体 41 0. 17
electrie 电学的 14 0. 15 based 基于 40 0. 17
phenomena 现象 14 0. 15 m 且 tter 物质 40 0. 17
practices 实践 14 0. 15 scientific 科学的 39 0. 16
 
 
specific. 特定的 14 0. 15 framework 框架 38 0. 16
changes 改变 13 0. 14 practices 实践 38 0. 16
claims 声称 13 0. 14 crosscUtting 学叉 向交 横科的 37 0. 15
concepts 概念 13 0. 14 developed 成熟的 37 0. 15
elements 元素 13 0. 14 phenomena 现象 37 0. 15
fields 13 0. 14 provide 提供 35 0. 15
macroscopic 宏观的 13 0. 14 represent 代表 35 0. 15
materials 材料 13 0. 14 topic 主题 35 0. 15
provide 提供 13 0. 14 appropriate 恰当的 34 0. 14
reactions 反应 13 0. 14 argument 论点 34 0. 14
structure 结构 13 0. 14 common 普通的 34 0. 14
associated 有联系 的 12 0. 13 develop 发展 34 0. 14
designed 设计的 12 0. 13 elements 元素 34 0. 14
electromagne tic 电磁场 的 12 0. 13 multipie 多重的 34 0. 14
evaluate 评估 12 0. 13 education 教育 33 0. 14
mathematics 数学 12 0. 13 light 33 0. 14
patterns 模式 12 0. 13 number 数字 33 0. 14
predict 预测 12 0. 13 state 状态 33 0. 14
processes 进程 12 0. 13 且rticulation 结合点 32 0. 13
produce 产生 12 0. 13 document 文件 32 0. 13
question 疑问 12 0. 13 following 接下来 的 32 0. 13
relative 相关的 12 0. 13 literacy 素养 32 0. 13
secondary 次要的 12 0. 13 simple 简单的 32 0. 13
solutions 解决方 法 12 0. 13 standards 标准 32 0. 13
stored 存储 12 0. 13 systems 系统 31 0. 13
texts 文本 12 0. 13 through 通过 31 0. 13
choose 选择 11 0. 12 levels 水平 30 0. 13
develop 发展 11 0. 12 relevant 相关的 30 0. 13
effect 效果 11 0. 12 technology 技术 30 0. 13
law 定律 11 0. 12 events 事件 28 0. 12
motion 运动 11 0. 12 place 放置 27 0. 11
planning 规划 11 0. 12 compare 比较 26 0. 11
quantitative 定量的 11 0. 12 digital 数字的 26 0. 11
reaction 反应 11 0. 12 motion 运动 26 0. 11
appropriate 适当的 10 0. 11 relationship
s 关系 26 0. 11
components 成分 10 0. 11 research 调查研 26 0. 11
 
 
%
conserved 守恒的 10 0. 11 carrying 实行 25 0. 1
disciplinary 学科的 10 0. 11 chan呂es 改变 25 0. 1
grade 年级 10 0. 11 knowledge 知识 25 0. 1
knowledge 知识 10 0. 11 planning 计划 25 0. 1
limit^tions 限制 10 0. 11 time 时间 25 0. 1
refine 提纯 10 0. 11 tools 工具 25 0. 1
solve 解决 10 0. 11 write 书写 25 0. 1
technology 技术 10 0. 11 interactions 相互作 用 24 0. 1
 
附录4 NGSS中课程内容的词频统计(仅内容标准)
NGSS (DCI版)高中物理内容标准(详细) NGSS (DCI 版)/J 、学科学内容标准(详细)
单词 中文翻 译 计数 权分 一 加百比(%)_ 单词 中文翻译 计 数 权分
加百比(%)
PS 物质科 学 126 1. 53 science 科学 12
9 0. 59
energy 能量 84 1.02 information 信息 12
5 0. 57
assessment 评价 47 0. 57 evidence 证据 12
4 0. 56
system 系统 45 0.54 Is 生命科学 11
3 0. 51
evidenee 证据 43 0. 52 PS 物质科学 11
1 0. 5
data 数据 33 0.4 ess 地球空间科 学 11
0 0. 5
models 模型 32 0. 39 solutions 解决 10
7 0. 49
using 使用 32 0. 39 using 使用 99 0.45
science 科学 31 0. 38 connections 连接 94 0.43
information 信息 30 0. 36 assessment 评价 84 0. 38
mathematical 数学的 27 0. 33 experiences 经验 83 0.38
design 设计 25 0. 3 grade 等级 79 0. 36
scientific 科学的 25 0. 3 natural 自然的 76 0.35
boundary 边界 23 0. 28 patterns 模式 75 0. 34
clarification 阐明 23 0.28 ideas 观点 74 0. 34
statement 说明 22 0.27 data 数据 73 0. 33
examples 例子 21 0. 25 engineering 工程 70 0. 32
matter 物质 21 0.25 core 核心 69 0. 31
objects 物体 21 0.25 dcis |学科核心概 62 0. 28
 
 
1imited 限制 20 0. 24 text 文本 62 0. 28
computational 计算的 19 0.23 builds 建造 60 0. 27
chemical 化学的 18 0. 22 design 设计 60 0. 27
analysis 分析 17 0. 21 mathematics 数学 58 0. 26
builds 构建 17 0. 21 problems 问题 58 0.26
explanations 解释 17 0. 21 progresses 进展 58 0.26
multipie 多重的 17 0. 21 energy 能量 55 0. 25
progresses 进步 17 0. 21 examples 例子 52 0. 24
scale 规模 17 0. 21 explanations 解释 52 0. 24
relationships 关系 16 0. 19 statement 说明 51 0. 23
sources 来源 16 0. 19 clarification 阐述 49 0. 22
based 基于 15 0. 18 model 模型 49 0. 22
connections 联系 15 0. 18 different 不同的 48 0.22
different 不同的 15 0. 18 describe 描述 47 0.21
emphasis 强调 15 0. 18 earth 地球 47 0.21
engineering 工程 15 0. 18 observations 观察 47 0.21
forces 15 0. 18 concepts 概念 45 0.2
ideas 观点 15 0. 18 objects 物体 44 0.2
problems 问题 15 0. 18 questions 疑问 44 0.2
properties 性质 15 0. 18 sources 来源 44 0.2
technical 技术的 15 0. 18 support 支持 44 0.2
investigations 调查 14 0. 17 water 44 0. 2
specific 特殊的 14 0. 17 boundary 边界 43 0. 2
support 支持 14 0. 17 answer 回答 42 0. 19
thinking 想法 14 0. 17 demonstrate 证明 42 0. 19
change 改变 13 0. 16 make 制作 42 0. 19
electTic 电学的 13 0. 16 understanding 理解 42 0. 19
level 水平 13 0. 16 world 世界 42 0. 19
na/tu ral 自然的 13 0. 16 cause 原因 41 0. 19
atoms 原子 12 0. 15 based 基于 40 0. 18
cause 原因 12 0. 15 construeting 建设 40 0. 18
changes 改变 12 0. 15 scientific 科学的 39 0. 18
claims 声称 12 0. 15 effect 影响 38 0. 17
designed 设计的 12 0. 15 phenomena 现象 37 0. 17
materials 材料 12 0. 15 change 改变 36 0. 16
mathematics 数学 12 0. 15 disciplinary 学科 36 0. 16
produce 生产 12 0. 15 investigation
s 调查 36 0. 16
provide 提供 12 0. 15 developed 发达的 35 0. 16
radiation 辐射 12 0. 15 organisms 生命体 35 0. 16
secondary 次要的 12 0. 15 plants 植物 35 0. 16
texts 文本 12 0. 15 topic 话题 35 0. 16
 
 
understending 理解 12 0. 15 common 普通的 34 0. 15
choose 选择 11 0. 13 elements 元素 34 0. 15
elements 元素 11 0. 13 materials 材料 34 0. 15
evalua. te 评估 11 0. 13 represent 代表 34 0. 15
fields 11 0. 13 texts 文本 34 0. 15
interactions 相互作 用 11 0. 13 animals 动物 33 0. 15
macroscopic 宏观的 11 0. 13 education 教育 33 0. 15
particles 粒子 11 0. 13 expectations 期望 33 0. 15
phenomena 现象 11 0. 13 framework 框架 33 0. 15
processes 进程 11 0. 13 multipie 多重的 33 0. 15
relative 相关的 11 0. 13 number 数字 33 0. 15
stored 储存的 11 0. 13 object 物体 33 0. 15
总共的 11 0. 13 performanee 表现 33 0. 15
appropriate 恰当的 10 0. 12 practices 实践 33 0. 15
components 成分 10 0. 12 provide 提供 33 0. 15
grade 年级 10 0. 12 state 状态 33 0. 15
limitotions 限制 10 0. 12 students 学生 33 0. 15
quantitative 定性的 10 0. 12 articu].且tion 结合点 32 0. 15
reaction 反应 10 0. 12 crosscutting 横向跨学科 的 32 0. 15
solutions 解决方 法 10 0. 12 document 文件 32 0. 15
structure 结构 10 0. 12 literacy 素养 32 0. 15
wave 10 0. 12 standards 标准 32 0. 15
conduct 实施 9 0. 11 matter 物质 31 0. 14
electromagneti
c 学 磁 电的 9 0. 11 simple 简单的 31 0. 14
experiences 经历 9 0. 11 appropriat巳 适当的 30 0. 14
functions 功能 9 0. 11 argument 论点 30 0. 14
may 可能 9 0. 11 explain 解释 30 0. 14
patterns 模式 9 0. 11 levels 水平 30 0. 14
predict 预测 9 0. 11 relevant 相关的 30 0. 14
reactions 反应 9 0. 11 events 事件 28 0. 13
reasoning 推理 9 0. 11 light 27 0. 12
solve 解决 9 0. 11 systems 系统 27 0. 12
t erms 条目 9 0. 11 digital 数字的 26 0. 12
account 描述 8 0. 1 research 调查研究 26 0. 12
conserved 守恒的 8 0. 1 solution 解决方案 26 0. 12
core 核心 8 0. 1 relationships 关系 25 0. 11
criteria 标准 8 0. 1 time 时间 25 0. 11
dcis 学科核
心概念 8 0. 1 tools 工具 25 0. 11
 
 
depends 依靠于 8 0. 1 write 书写 25 0. 11
describe 描述 8 0. 1 knowledge 知识 24 0. 11
digital 数字的 8 0. 1 limited 有限的 24 0. 11
effect 效果 8 0. 1 motion 运动 24 0. 11
following 接下来 的 8 0. 1 quantitativel
y 可定量地 24 0. 11
interpret 诠释 8 0. 1 technology 技术 24 0. 11
knowledge 知识 8 0. 1 abstractly 抽象地 23 0. 1
 
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