霍桑女士作为1名长期担任7年级科学课的教师，将要第1次给6年级学生上课。她对于能够从事新年级课程教学而感到非常兴奋，但同时也着实感到有些紧张。她的第1个教学单元是“热能和能量转移”。为了要教授这些新的内容，她在学校里着手寻找可用的课程资源并且最后找到了一个她认为很契合《新一代科学教育标准》中的MS-PS1-4和MS-PS3-4的预期表现里可参考的一个能量转移单元模型。这一教学单元将向学生介绍重要的术语，比如传导、对流、辐射等；在实验室中演示并让学生体验这些能量转移发生的过程，最后让学生运用所学知识制作完成一个隔热杯。

在准备材料的时候，霍桑对于能够帮助学生通过学习，逐步建立起对于能量和能量转移的概念、学习处理信息并将其应用到不同环境中感到非常兴奋。但是当她很快就要开始教学的时候，她感觉到这个过程并不简单。她不太确信学生是否参与过此种科学实践或者学习，或是否使用过这种跨学科概念。霍桑开始怀疑这是否真的可以帮助学生达到《新一代科学教育标准》的要求，但是她无法确认这些材料哪里不对或者如何改进。

霍桑的案例是基于教学经验及与同行之间的合作而形成的。《新一代科学教育标准》（NGSS，2013）于2013年首次发布，但是多年来，许多教师仍然无法获得真正符合这些标准的课程材料。众多课程出版商声称自己的课程与《新一代科学教育标准》目标一致，但是事实并非如此，有的时候他们仅仅是使用了《新一代科学教育标准》的术语，而并不是通过设计课程内容以期实现《新一代科学教育标准》的目标（Achieve，2018）。这个问题对于教师来讲尤其严峻，因为他们需要考虑如何让课程设计更加适合学生。

《新一代科学教育标准》教学设计的关键特征

为了应对这一挑战，我们建议关注《新一代科学教育标准》教学设计的4个关键特征。在以往的研究中，我们发现这些关键特征可以帮助教师找到课程和教学中哪些环节与《新一代科学教育标准》目标存在偏差（Lowell、Cherbow和McNeill，2021）。这个视角也可以帮助我们考虑如何修改现有的课程材料，使他们更符合《新一代科学教育标准》的设计理念。这4个关键特征是“基于现象”“三个维度的整合”“以学生为中心”和“从学生的角度关联”（Lowell、Cherbow和McNeill，2021）。表1对这些关键特征进行了简要描述。

现象是一种具体的、可以观察到的事件，学生可以直接体验或者通过视听直观感受（Lowell和McNeill，2019）。在教学过程中如何以实现现象为基础呢？现象应当在教学活动的一开始就被引入，并且推动学生不断深入了解科学概念，而不应当仅仅是用作某个科学概念的引子或者范例（Inouye、Houseal和Gunshenan，2020）。选取与学生相关的现象或者利用学生的知识储备和爱好等，对于吸引那些对传统科学课程不太感兴趣的学生特别有效（Lee，2020）。

科学教育应该包括3个同等重要的维度——学科核心概念、科学与工程实践、跨学科概念，这也是《新一代科学教育标准》的基础（美国国家研究理事会，2012）。一门课程要真正做到3个维度的整合，不仅仅要有核心概念、实践和概念引入，更要把它们融合在一起。学生通过运用跨学科概念的实践理解核心概念。

《新一代科学教育标准》建立在学生科学实践的理念之上，不仅仅是为了了解科学家在做什么（Schwarz、Passmore和Reiser，2017）。与此同时，有研究表明，当学生在积极参与有意义的或有建设性的科学问题讨论时，他们能够学到更多（Brown，2019）。特别是对于使用多语种的学生而言，这种讨论会更有益，这是因为一方面可以帮助他们理解科学，另一方面也锻炼了自己的语言能力（González-Howard、Andersen和Pérez，2021）。这也就是我们所说的“以学生为中心”：学生应该是科学实践或者讨论的主要参与者，而不是大部分时间都在听教师讲课或者在阅读一本阐述科学思想的教科书。

从学生的视角出发，学习活动的顺序应当由他们通过对现象的调查所产生的问题驱动并精心设计。通常来说，课程的设置是为了让那些已经对科学有一定理解的人继续加深学习，而不是针对那些还在培养理解能力的人（美国国家科学、工程和医学研究院，2019）。正相反，学生在教师的帮助下，一个接一个地讨论他们已经发现的那些现象并且知道下一步他们应该如何共同开展工作。

这4个关键特征可以帮助教师确定他们的课程设计是否完善，并考虑如何修改材料使其更符合《新一代科学教育标准》。为了便于操作，我们为每个关键特征编写了索引（表2），可供教师个人或者小组使用，可以用批判的眼光审视自己的材料和考虑如何能够更加完善。这个索引可以用于单独的课程计划或者单元计划，以便指导教师确定哪些地方可能需要改进。