《美國國家科學(xué)教育標準》第六章科學(xué)內(nèi)容標準

《美國國家科學(xué)教育標準》——第六章科學(xué)內(nèi)容標準

本章所介紹的內(nèi)容標準概括了學(xué)生在自然科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)該懂得什么、理解什么，能夠做什

么。內(nèi)容標準是一套完整的關(guān)于學(xué)生學(xué)習(xí)最終要達到的水平狀況，這些標準并沒有規(guī)定課程

設(shè)置。這些標準是作為《國家科學(xué)教育標準》所描述的綜合遠景的一個組成部分設(shè)計開發(fā)的,

若與本書所介紹的其他標準共同使用將十分有效。而且如果只采納內(nèi)容標準的一部分（例如

只采納物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)和地球科學(xué)的題材標準），內(nèi)容標準的實施就不可能取得成功。

本章的導(dǎo)言部分介紹了內(nèi)容標準的范疇，包括每個范疇的設(shè)立依據(jù)、科學(xué)內(nèi)容標準的形

式、用來選擇標準的尺度及運用這些標準的建議，從而確立了內(nèi)容標準的框架。

《美國國家科學(xué)教育標準》一第六章一設(shè)立依據(jù)

內(nèi)容標準分為八類，即：

口科學(xué)的統(tǒng)一概念和過程；

口作為探究過程之科學(xué)；

口物質(zhì)科學(xué)；

口生命科學(xué)；

口地球與空間科學(xué)；

口科學(xué)與技術(shù)；

口從個人和社會視角所見的科學(xué)；

口科學(xué)的歷史與本質(zhì)。

統(tǒng)一的科學(xué)概念和過程之標準是供幼兒園至12年級使用的，這是因為與主要概念圖式

和程序有關(guān)的理解力和能力需要通過完整的教育過程才能培養(yǎng)起來，而且統(tǒng)一的科學(xué)概念和

過程是超出學(xué)科邊界的。后面的七類標準分成幼兒園至4年級、5~8年級和9~12年級三組。

標準的分組是根據(jù)諸多因素確定的，包括認知發(fā)育理論、教師的課堂經(jīng)驗、學(xué)校的組織和其

他學(xué)科標準框架。本章末尾列出了關(guān)于所有內(nèi)容標準的供深入研讀的參考文獻（中文版已

略）。

按年級分組的這七個內(nèi)容標準的順序不是隨意的，每條標準都要用上其他標準所述的知

識和技能。學(xué)生的理解力和能力是建筑在探究經(jīng)歷的基礎(chǔ)上的，而探究是培育其他內(nèi)容標準

所要求的理解力和能力的基礎(chǔ)。從作為探究過程的科學(xué)之標準到科學(xué)的歷史與本質(zhì)之標準是

一個循序漸進的過程，在這一過程中越來越強調(diào)科學(xué)的個人和社會側(cè)面。如果學(xué)生們將來要

應(yīng)用科學(xué)，他們就需要具備完善的物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)和地球與空間科學(xué)的知識和理解力。

從學(xué)科標準到科學(xué)的歷史與本質(zhì)之標準，越來越強調(diào)跨學(xué)科的觀點，從而為科學(xué)教學(xué)綜

合方法的運用提供了許多機會。

統(tǒng)一的概念和過程之標準概念和過程體系結(jié)構(gòu)把諸多的科學(xué)分支統(tǒng)一了起來，為學(xué)生提

供了幫助其理解自然界的強有力思想武器。由于一系列的基本原理均體現(xiàn)在這一標準之中，

所以在其他標準中還要不斷重復(fù)這里所介紹的理解力和能力。統(tǒng)一的概念和過程包括：

口體系、秩序和組織；

口證據(jù)、模型和解釋；

口變化、恒定性和測量；

口演變與平衡：

口形式和功能。

本標準所描述的綜合體系結(jié)構(gòu)可以把學(xué)生從幼兒園至12年級的科學(xué)教育中所學(xué)到的許

多東西聯(lián)系在一起。統(tǒng)一的概念和過程之標準可以作為任何年級的教學(xué)要點，但是必須與其

他內(nèi)容標準密切聯(lián)系在一起。應(yīng)該在低年級教學(xué)中使學(xué)生了解統(tǒng)一概念和過程的意義和用

途，例如測量的含義和如何使用測量工具。在高年級中，本標準應(yīng)該為學(xué)生描述科學(xué)概念的

宏大圖景，例如為什么在所有的科學(xué)活動中測量都如此重要，從而促進和加強科學(xué)概念和科

學(xué)原理的學(xué)習(xí)。

作為探究過程的科學(xué)之標準在《國家科學(xué)教育標準》所描述的預(yù)想狀態(tài)下，探究比“作

為過程的科學(xué)”又前進了一步，學(xué)生在探究的過程中可以學(xué)到各種技能，例如觀察、推論和

實驗。新的預(yù)想狀態(tài)包括“科學(xué)的過程”，它要求學(xué)生在進行科學(xué)推理和批評性思維時把過

程和科學(xué)知識結(jié)合在一起，以便加深對科學(xué)的理解。讓學(xué)生參與探究可以幫助學(xué)生：

口理解科學(xué)概念；

口對于我們是“如何知道”我們所知道的科學(xué)事實這一過程有驚羨之感；

口理解科學(xué)的本質(zhì)；

口掌握對自然界進行獨立探究的必要技能；

口形成運用技能、能力和秉持科學(xué)態(tài)度的習(xí)慣。

作為探究的知識是科學(xué)教育的根本，是最終組織和選擇確定學(xué)生科學(xué)活動的支配原則。

探究標準強調(diào)了進行探究的能力和培養(yǎng)對科學(xué)探究的理解力。各個學(xué)科所有年級的學(xué)生都應(yīng)

該有機會進行科學(xué)探究并且培養(yǎng)進行探究性思維和探究性活動的能力，包括提出問題、制定

調(diào)查研究計劃并付諸實施、利用有關(guān)工具和技術(shù)收集數(shù)據(jù)、對證據(jù)與解釋之間的關(guān)系進行批

判性和邏輯性思考、構(gòu)造和分析其他解釋方法以及科學(xué)論點的交流等。表6.1為探究標準。

作為探究的科學(xué)之標準是從有助于提高學(xué)生某種能力的活動的角度和學(xué)生對探究的理解力

的角度加以介紹的。

表6」作為探究的科學(xué)之標準

幼兒園至4年級5~8年級9~12年級

進行科學(xué)探究所需要的進行科學(xué)探究所需要的進行科學(xué)探究所需要的

能力能力能力

對科學(xué)探究的理解對科學(xué)探究的理解對科學(xué)探究的理解

物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)及地球與空間科學(xué)之標準

物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)及地球與空間科學(xué)的內(nèi)容標準采用廣為接受的三范疇劃分方法介紹

了一些科學(xué)主題?？茖W(xué)主題的重點是所有學(xué)生需要了解、理解和運用的科學(xué)事實、概念、原

理、理論和模型。表6.2、表6.3和表6.4分別介紹了物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)及地球與空間科學(xué)

的內(nèi)容標準。

表6.2物質(zhì)科學(xué)之標準

幼兒園至4年級5~8年級9~12年級原子的結(jié)構(gòu)

物體的位置和運動物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)性質(zhì)原子的結(jié)構(gòu)

的變化

光、熱、電和磁運動和力物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

能量的傳遞化學(xué)反應(yīng)

運動和力

能量守恒和無序程度的增加

能量與物質(zhì)的相互作用

表6.3生命科學(xué)之標準

幼兒園至4年級5~8年級9~12年級

生命體的特性生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能細胞

生命體的生命周期繁殖與遺傳遺傳的分子基礎(chǔ)

生命體與環(huán)境調(diào)節(jié)機制與行為生物進化

人口與生態(tài)系統(tǒng)生命體的相互依賴性

生命體的多樣性與適應(yīng)性生命系統(tǒng)中的物質(zhì)、能量和組織

生命體的行為

表6.4地球與空間科學(xué)之標準

幼兒園至4年級5~8年級9~12年級

地球物質(zhì)的性質(zhì)地球系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)地球系統(tǒng)的能量

空中的物體地球發(fā)展史地球化學(xué)周期

地球和天空的變化太陽系中的地球地球系統(tǒng)的起源和演變

宇宙的起源和演變

《美國國家科學(xué)教育標準》——第六章一科學(xué)與技術(shù)之標準

表6.5中的科學(xué)與技術(shù)之標準建立了自然界與非自然界（人類設(shè)計的世界）之間的聯(lián)系,

為學(xué)生提供了培養(yǎng)決策能力的機會。這些標準并不是技術(shù)教育標準，而是強調(diào)與設(shè)計過程有

關(guān)的能力，強調(diào)對科學(xué)事業(yè)以及科學(xué)與技術(shù)的種種聯(lián)系的理解。

作為對通過科學(xué)探究培養(yǎng)出的能力的補充，本標準號召學(xué)生培養(yǎng)自己發(fā)現(xiàn)和描述問題的

能力、設(shè)計解決方案（包括成本與風(fēng)險效益分析）、實施解決方案以及評價解決方案的能力。

作為探究的科學(xué)與作為設(shè)計的技術(shù)是并行的。這兩個標準都強調(diào)學(xué)生能力和理解力的培

養(yǎng)。第七章大綱標準清楚地說明了與其他學(xué)科（例如數(shù)學(xué)）的關(guān)系。

表6.5科學(xué)與技術(shù)之標準

幼兒園至4年級5~8年級9~12年級

區(qū)別自然物與人造技術(shù)設(shè)計的能力技術(shù)設(shè)計的能力

物的能力理解科學(xué)與技術(shù)理解科學(xué)與技術(shù)

技術(shù)設(shè)計的能力

理解科學(xué)與技術(shù)

從個人和社會視角所見的科學(xué)之標準

科學(xué)教育的一個重要目標是為學(xué)生提供一種理解個人問題和社會問題并采取行動的手

段。從個人與社會視角所見的科學(xué)之標準可以幫助學(xué)生培養(yǎng)決策能力。當學(xué)生將來成為市民

時會面對許多決策，理解表6.6中的有關(guān)概念可以為他們的未來決策奠定基礎(chǔ)。

表6.6個人與社會視角所見的科學(xué)標準

幼兒園至4年級5~8年級9~12年級

個人健康個人健康個人與公眾健康

人口的特性與變化人口、資源與環(huán)境人口增長

資源的類型自然災(zāi)害自然資源

環(huán)境的變化風(fēng)險與效益環(huán)境質(zhì)量

科技在應(yīng)對地方性社會中的科學(xué)技術(shù)自然災(zāi)害和人為災(zāi)害

挑戰(zhàn)中的作用科技在應(yīng)付地方、國家和

全球性挑戰(zhàn)中的作用

科學(xué)的歷史和本質(zhì)之標準

學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)的過程中需要理解，科學(xué)是它的歷史的反映，科學(xué)是一個處在不斷變化

之中的事業(yè)。科學(xué)的確良歷史與本質(zhì)之標準建議在學(xué)校的科學(xué)教學(xué)計劃中包括科學(xué)史的內(nèi)

容，借以闡明科學(xué)探究的不同側(cè)面、科學(xué)的人性側(cè)面以及科學(xué)在各種文化的發(fā)展過程中的作

用。表6.7介紹了這一標準的概貌。

6.7科學(xué)的歷史與本質(zhì)之標準

幼兒園至4年級5~8年級9~12年級

作為人類奮斗目標的科學(xué)作為人類奮斗目標的科學(xué)作為人類奮斗目標的科學(xué)

科學(xué)的本質(zhì)科學(xué)知識的本質(zhì)

科學(xué)的歷史歷史觀點

《美國國家科學(xué)教育標準》——第六章一內(nèi)容標準的形式

下面是一個內(nèi)容標準的例子。每個標準都指出，由于所討論的年級全體學(xué)生開展的活動,

本標準所列內(nèi)容應(yīng)被理解，所列能力應(yīng)培養(yǎng)出來。

物質(zhì)科學(xué)（示例）

內(nèi)容標準B：

通過幼兒園至4年級學(xué)生參與的一系列活動，所有的學(xué)生應(yīng)該理解下述內(nèi)容：

口物體和材料的性質(zhì)；

口物體的位置和運動：

口光、熱、電和磁。

每個內(nèi)容標準后面是題為“培養(yǎng)學(xué)生的理解力”（或者是“能力與理解力”）的?節(jié)，詳

細介紹有關(guān)學(xué)習(xí)這一內(nèi)容的機會問題。此節(jié)描述了學(xué)生學(xué)習(xí)、教師講授和課堂狀況之間的聯(lián)

系。這里關(guān)于培養(yǎng)學(xué)生理解力的討論，包括對為什么各年級組應(yīng)選擇哪些科學(xué)內(nèi)容的說明，

在某種程度上是以教育研究為基礎(chǔ)的。它把許多富有思想的人的經(jīng)驗融合進來了，包括教師、

師范教師、課程設(shè)計者和教育研究工作者。

每個標準的下一節(jié)是“內(nèi)容標準指南”，介紹構(gòu)成這一標準的基本概念。如果內(nèi)容滿足

下述要求則屬于基本內(nèi)容：

口表現(xiàn)了自然界的一個核心事件或現(xiàn)象；

口表現(xiàn)了一個核心科學(xué)概念和有組織梳理之效的原理；

口具有豐富的解釋能力；

口可以指導(dǎo)富有成果的調(diào)查研究；

口適用于日常生活中常見的情況和環(huán)境;

口可以與有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)驗聯(lián)系在一起;

口適合于有關(guān)年級學(xué)生的發(fā)育階段。

《美國國家科學(xué)教育標準》——第六章一內(nèi)容標準的檢驗尺度

影響科學(xué)內(nèi)容選擇的尺度有三個。第一個尺度是對科學(xué)領(lǐng)域的責(zé)任。物質(zhì)科學(xué)、生命科

學(xué)和地球與空間科學(xué)之標準中的題材對于科學(xué)教育至關(guān)重要，必須準確無誤。國家標準的表

述也必須適合在學(xué)?？茖W(xué)計劃中執(zhí)行這一標準的眾多教育工作者的需要。本標準準確定義了

適用于各個年級的科學(xué)內(nèi)容，內(nèi)容的精確度和所使用的科學(xué)術(shù)語從幼兒園到12年級逐漸增

加。

第二個尺度是開發(fā)能夠準確代表學(xué)生發(fā)展能力和學(xué)習(xí)能力的內(nèi)容標準的責(zé)任。所選用的

組織原理應(yīng)能揭示有意義的聯(lián)系，從而指導(dǎo)學(xué)生對自然界的觀察。內(nèi)容與學(xué)生的年齡和發(fā)育

階段保持致。這火度包括在學(xué)生從幼兒園逐漸升入12年級的過程中越來越強調(diào)抽象理

解和概念理解。

表6.8、表6.9和衷6.10分別介紹了幼兒園至4年級、5~8年級和9~12年級各年級組的

標準。這些表格概括介紹了適用于小學(xué)、初中和高中的標準。

表6.8幼兒園至4年級的內(nèi)容標準

統(tǒng)一的概念和過作為探究的科學(xué)物質(zhì)科學(xué)生命科學(xué)

程進行科學(xué)探究所物體和材料的性生命體的特性

系統(tǒng)、秩序和組織需要的能力質(zhì)

證據(jù)、模型和解釋生命體的生命周

變化、不變性和測對科學(xué)探究的理物體的位置和運期

量解動

光、熱、電和磁學(xué)生命體與環(huán)境

演化與平衡

形式和功能

地球和空間科學(xué)科學(xué)與技術(shù)從個人與社會視科學(xué)的歷史與本

地球物質(zhì)的性質(zhì)技術(shù)設(shè)計的能力角所見的科學(xué)質(zhì)

個人健康

天空或的物體理解科學(xué)與技術(shù)人口的特性與變作為人類奮斗目

化標的科學(xué)

地球和天空的變區(qū)別自然物體與資源的類型

化人造物體的能力環(huán)境的變化

科技在應(yīng)付地方

性挑戰(zhàn)中的作用

第三個尺度是以便于使用的方式為實施內(nèi)容標準的人提供這些標準的責(zé)任，例如課程設(shè)

計人員、科學(xué)督導(dǎo)員、教師和學(xué)校的其他職員。這些標準需要有足夠的內(nèi)容廣度來界定一個

科學(xué)領(lǐng)域，而且需要有足夠的內(nèi)容深度來指導(dǎo)科學(xué)課程的設(shè)計。內(nèi)容的陳述還必須能夠為學(xué)

校人員所理解而且能夠適應(yīng)小學(xué)、初中和高中以及其他學(xué)科的國家標準中所采用的那些年級

層次。

表6.95~8年級的內(nèi)容標準

統(tǒng)一的概念和過程作為探究的科學(xué)物質(zhì)科學(xué)生命科學(xué)

系統(tǒng)、秩序和組織進行科學(xué)探究所需物質(zhì)的性質(zhì)與物質(zhì)生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和

證據(jù)、模型和解釋要的能力性質(zhì)的變化功能

變化、不變性和測對科學(xué)探究的理解運動和力繁殖與遺傳

量能量的傳遞調(diào)節(jié)機能與行為

進化與平衡人口與生態(tài)系統(tǒng)

形式和功能生命體多樣性和適

應(yīng)性

地球和空間科學(xué)科學(xué)與技術(shù)從個人與社會科學(xué)的歷史與本質(zhì)

技術(shù)設(shè)計的能力

地球系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)視角所見的科學(xué)作為人類奮斗目標

理解科學(xué)與技術(shù)個人健康的科學(xué)

地球演變史人口、資源與環(huán)境科學(xué)的本質(zhì)

太陽系中的地球自然災(zāi)害科學(xué)史

風(fēng)險與效益

社會中的科學(xué)技術(shù)

《美國國家科學(xué)教育標準》——第六章一內(nèi)容標準的用途

許多不同的個人和小組會為了不同的目的使用內(nèi)容標準。這里有必要提醒所有使用者和

評論者，本標準所介紹的內(nèi)容并非是科學(xué)課程。所謂內(nèi)容就是學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)的東西。課程是

安排和強調(diào)內(nèi)容的途徑，其中包括教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)、組織、輕重安排和表述。盡管內(nèi)容標準

的結(jié)構(gòu)是按照從幼兒園到12年級的所有學(xué)生應(yīng)獲得的理解力和能力的次序來安排的，然而

這種結(jié)構(gòu)并不意味著科學(xué)課程的安排也得照此辦理。

表6.109~12年級的內(nèi)容標準

統(tǒng)一的概念和過程作為探究的科學(xué)物質(zhì)科學(xué)生命科學(xué)

系統(tǒng)、秩序和組織進行科學(xué)探究所需原子的結(jié)構(gòu)細胞

證據(jù)、模型和解釋要的能力物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)遺傳的分子基礎(chǔ)

進化與平衡對科學(xué)探究的理解化學(xué)反應(yīng)生命體的相互依

形式和功能運動與力賴性

能量守恒與無序度

的增加生命體的物質(zhì)、能

量與組織

能量與物質(zhì)的相互

作用生命體的行為

地球和空間科學(xué)科學(xué)與技術(shù)從個人與社會科學(xué)的歷史與本質(zhì)

地球系統(tǒng)中的能量技術(shù)設(shè)計的能力視角所見的科學(xué)

地球化學(xué)周期理解科學(xué)與技術(shù)個人和公眾的健康作為人類奮斗目標

的科學(xué)

地球系統(tǒng)起源和人口增長

演化自然資源科學(xué)知識的本質(zhì)

歷史觀點

宇宙的起源和演化自然災(zāi)害與

人為災(zāi)害

科技在應(yīng)付地方、

國家和全球挑戰(zhàn)中

的作用

負責(zé)科學(xué)課程設(shè)計、講授、評價和政策的人在使用標準時應(yīng)該注意如下方面：

U不得從內(nèi)容標準的八個分類中刪除任何一個分類。例如，學(xué)生不僅應(yīng)該有機會學(xué)習(xí)學(xué)

?？茖W(xué)大綱中規(guī)定的學(xué)科，還應(yīng)該有機會從個人和社會的視點學(xué)習(xí)科學(xué)，有機會學(xué)習(xí)科學(xué)的

歷史和本質(zhì)。

口不得從一個分類中刪除任何一個標準。例如，不得從生命科學(xué)標準中刪除“生物進化”。

口允許增加科學(xué)內(nèi)容。只要對學(xué)生個人和學(xué)校科學(xué)計劃合適，科學(xué)主題相互間的聯(lián)系，

主題的深度、細節(jié)和選用都可以進一步充實，可以有所變化。不過，增加內(nèi)容一定不能妨礙

所有學(xué)生學(xué)習(xí)基本概念。

口內(nèi)容標準必須與教學(xué)標準和評價標準共同使用。把本標準與傳統(tǒng)的教學(xué)方針和評價方

針一道使用則會違背《國家科學(xué)教育標準》的意圖。

隨著科學(xué)的進步，內(nèi)容標準也會發(fā)生變化；但概念的組織化表述可繼續(xù)為學(xué)生提供有助

于提高其科學(xué)素質(zhì)的知識、理解力和能力。

內(nèi)容重點的改變

《國家科學(xué)教育標準》估計，整個教育體制都將發(fā)生變革?？茖W(xué)內(nèi)容標準有下述重點變化：

不強調(diào)更強調(diào)

了解科學(xué)事實和信息理解科學(xué)概念和培養(yǎng)探究能力

單純學(xué)習(xí)有關(guān)學(xué)科（物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)以科學(xué)探究、技術(shù)、從個人和社會視角所

和地球科學(xué)）見的科學(xué)及科學(xué)的歷史和本質(zhì)等為背景

學(xué)習(xí)有關(guān)學(xué)科

把科學(xué)知識和科學(xué)過程分開把科學(xué)內(nèi)容的所有方面綜合在一起

覆蓋許多科學(xué)主題研究某些基本的科學(xué)概念

將科學(xué)探究作為教學(xué)方針、能力和有待學(xué)

將科學(xué)探究作為一組過程來開展習(xí)的概念來開展

促進探究方面的重點變化

不強調(diào)更強調(diào)

演示和證明科學(xué)內(nèi)容的活動調(diào)查和分析科學(xué)問題的活動

限制在一定課堂時間內(nèi)的調(diào)查研究延續(xù)相當長時間的調(diào)查研究

過程技能與情境無關(guān)情境之內(nèi)的過程技能

強調(diào)諸如觀察和推斷之類的個別的過程技運用多種過程技工能，例如操作、認知和程序

能性技能

作為探究和實驗的科學(xué)作為論據(jù)和解釋的科學(xué)

對有關(guān)科學(xué)內(nèi)容的問題給出答案交流對科學(xué)的解釋

在沒有對結(jié)論進行答辯的情況下由個人或?qū)Y(jié)論進行答辯之后通常由小組對數(shù)據(jù)進

小組對數(shù)據(jù)進行分析和綜合行分析和綜合

為了騰出時間學(xué)習(xí)大量的內(nèi)容，只進行少為了培養(yǎng)理解力和能力、了解探究的價值和

量的調(diào)查研究科學(xué)內(nèi)容的知識而進行大量的調(diào)查研究

以實驗結(jié)果作為探究的最后一步把實驗結(jié)果應(yīng)用于科學(xué)論爭和解釋

材料和設(shè)備的管理概念和信息的管理

學(xué)生只將想法和結(jié)論告訴教師將想法和結(jié)論與同學(xué)公開交流

《美國國家科學(xué)教育標準》——第六章一從幼兒園到12年級的

內(nèi)容標準統(tǒng)一的概念和過程

內(nèi)容標準：山于從幼兒園至12年級的教學(xué)活動，所有的學(xué)生都應(yīng)該培養(yǎng)與下述概念和過

程相關(guān)的理解力和能力：

口系統(tǒng)、秩序利組織；

口證據(jù)、模型和解釋；

口不變性、變化和測量

口進化與平衡；

口形式與功能。

培養(yǎng)學(xué)生的理解力

本標準介紹了寬泛的概念和過程，它們對于其他內(nèi)容標準所介紹的分析性的、學(xué)科性更

強的視點是一個補充。本標準中的概念性和過程性體系結(jié)構(gòu)為學(xué)生提供了行之有效且富有啟

發(fā)性的思維方法和綜合方法，以處理對?自然界和人工界進行解釋的?系列基本概念。

本標準中的統(tǒng)?概念和過程是大量科學(xué)技術(shù)統(tǒng)概念的一個子集。用來選擇和組織本標

準的某些準則包括：

口這些概念和過程必須體現(xiàn)傳統(tǒng)科學(xué)學(xué)科之間的聯(lián)系；

口這些概念和過程必須是基本的、應(yīng)用廣泛的；

口這些概念和過程必須能夠為實施科學(xué)大綱的人所理解和運用；口這些概念和過程必須

能夠在幼兒園至12年級教育期間以-?種由淺人深的方式表達，讓學(xué)生體會。

本標準中的每個概念和過程在復(fù)雜性方面都是連續(xù)變化的，故而適于其他內(nèi)容標準所采

用的幼兒園至4年級、5~8年級和9~12年級等各個年級組使用。不過在本標準中，學(xué)科和

年級組的界限并不明顯，教師應(yīng)該在幼兒園至12年級的整個教學(xué)過程中連續(xù)不斷地培養(yǎng)學(xué)

生的理解力。

本標準中的基本概念和過程包括系統(tǒng)和子系統(tǒng)、模型的性質(zhì)及守恒。青少年學(xué)生往往容

易把各種現(xiàn)象隔離開來，而不是從系統(tǒng)的角度加以解釋。例如，他們把力看成是物體的性質(zhì),

而不是物體相互作用的結(jié)果。學(xué)生們不了解系統(tǒng)的部分與整體的區(qū)別，把它們看成是一樣的。

因此，科學(xué)教師應(yīng)該像年級內(nèi)容標準所強調(diào)的那樣，在幫助他們理解系統(tǒng)的過程中認識物體

的性質(zhì)。

另外一個例子是，初中和高中的學(xué)生常把模型看成是現(xiàn)實的物理復(fù)制品，而不是現(xiàn)實的

概念表象。教師應(yīng)該幫助學(xué)生認識到，模型的開發(fā)和測試是通過將模型與對現(xiàn)實的觀察相比

較而進行的。

小學(xué)教師應(yīng)該認識到，學(xué)生所報道的容積、質(zhì)量和空間等的變化會有錯誤，這是兒童這

一發(fā)育階段所常見的。

內(nèi)容標準指南

構(gòu)成本標準的某些基本概念是：

系統(tǒng)、秩序和組織自然界和人工界是復(fù)雜的，它們過于龐大，過于復(fù)雜，不可能一下子

研究和領(lǐng)會。為了便于調(diào)查研究，科學(xué)家和學(xué)生要學(xué)會定義一些小的部分進行研究。研究的

單位稱作"系統(tǒng)"。系統(tǒng)是相關(guān)物體或構(gòu)成整體的各個部分的有組織集合。例如生命體、機器、

基本粒子、星系、概念、數(shù)、運輸和教育等都可以構(gòu)成系統(tǒng)。系統(tǒng)具有邊界、構(gòu)件、資源流

（輸入和輸出）及反饋。

這一標準的目標是學(xué)會從系統(tǒng)的角度思考和分析問題。從系統(tǒng)的角度進行思考和分析可

以幫助學(xué)生把握其他內(nèi)容標準中所談到的質(zhì)量、能量、物體、生命體和事件。簡單系統(tǒng)的概

念包括子系統(tǒng)，此外還有確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能、反饋和平衡以及開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)的區(qū)

別。

科學(xué)是建立在以下假設(shè)基礎(chǔ)上的：宇宙的行為不是變幻莫測的，自然界在任何地方都是

相同的，自然界是可以理解和預(yù)測的。學(xué)生可以逐漸達致對系統(tǒng)的規(guī)律性的理解并且擴展到

對宇宙的規(guī)律性的理解，他們可以在此基礎(chǔ)上逐漸達致對解釋世界的基本定律、理論和模型

的理解。

牛頓的力學(xué)定律和運動定律、開普勒的行星運動定律、能量守恒定律、達爾文的自然選

擇定律、渾沌理論等都體現(xiàn)了秩序和規(guī)律性的概念。秩序假設(shè)為因果關(guān)系和可預(yù)測性奠定了

基礎(chǔ)。

所謂預(yù)測就是運用知識來預(yù)先指明和解釋觀察結(jié)果或變化。數(shù)學(xué)特別是概率論的運用使

預(yù)測具有或多或少的確定性。

秩序是宇宙中的物質(zhì)、物體、生命體或事件單元的行為，它可以通過統(tǒng)計學(xué)的方法進行

描述。所謂概率就是人為賦予的特定事件在特定時間或空間發(fā)生（或不發(fā)生）的相對確定性

（或不確定性）。在科學(xué)中，物體、生命體、系統(tǒng)或事件會受到很多因素的影響，隨著有關(guān)

這些影響因素的知識的增長、隨著更多更好的觀察結(jié)果的出現(xiàn)、隨著更好的解釋模型的開發(fā),

可以減少不確定性的發(fā)生。

組織的類型和水平提供了對世界進行思維的有用途徑。組織的類型包括元素周期表和生

命體的分類。物理系統(tǒng)可以在不同的組織水平上加以描述，例如基本粒子、原子和分子，生

命系統(tǒng)也有不同的組織水平，例如細胞、組織、器官、生命體、群體和社會?；締卧膹?fù)

雜性和數(shù)量隨組織的層次而變。在這些系統(tǒng)內(nèi)部，各個組成部分之間會發(fā)生相互作用。此外，

系統(tǒng)在不同的組織水平上可以表現(xiàn)出不同的性質(zhì)和功能。

證據(jù)、模型和解釋證據(jù)包括科學(xué)解釋所依賴的觀察結(jié)果和數(shù)據(jù)。運用證據(jù)來理解相互作

用可以使人們能夠預(yù)測自然界和人工界的變化。

模型是與真實物體、單一事件或一類事件對應(yīng)的而且具有解釋力的試探性體系或結(jié)構(gòu)。

模型可以幫助科學(xué)家和工程師了解事物的運作方式。模型有很多形式，包括物理物體、計劃、

思維構(gòu)造物、數(shù)學(xué)方程式和計算機模擬。

所謂科學(xué)的解釋就是把現(xiàn)有的科學(xué)知識和來自觀察、試驗或模型的新證據(jù)組合成具有內(nèi)

在一致的、符合邏輯的說明。我們采用”假設(shè)"、"模型"、"定律"、”原理"、"理論"和"范式"

之類的不同術(shù)語來描述各種類型的科學(xué)解釋。當學(xué)生逐漸了解更多的科學(xué)概念和過程時，他

們的解釋就應(yīng)該更加精致。也就是說，他們的科學(xué)解釋應(yīng)該更加頻繁地運用豐富的科學(xué)基礎(chǔ)

知識、邏輯證據(jù)、更深入的分析、更經(jīng)受得起批評和不確定性并且更加清楚地展示邏輯、證

據(jù)和現(xiàn)有知識之間的關(guān)系。

當學(xué)生逐漸了解更多的科學(xué)概念和過程時，他們的解釋就應(yīng)該更加精致……更加頻繁地

運用豐富的科學(xué)基礎(chǔ)知識、邏輯證據(jù)、更深入地分析、更經(jīng)受得起批評和不確定性。

不變性、變化和測量盡管大多數(shù)事物均處在不斷變化的過程中，但是物體和過程的某些

屬性仍然具有不變性特征，包括光速、電子的電荷和宇宙中的質(zhì)量與能量的總和，但材料的

性質(zhì)、物體的位置、運動、系統(tǒng)的形式和功能都可能發(fā)生變化。系統(tǒng)的組元之間和系統(tǒng)之間

的相互作用導(dǎo)致變化。各種變化在比率、尺度和模式（包括趨勢和周期）上有所不同。

能量可以轉(zhuǎn)換，物質(zhì)可以改變。然而一經(jīng)測量，系統(tǒng)中的能量和質(zhì)量之和保持不變，推

廣到宇宙也是如此。

系統(tǒng)的變化可以用定量的方法進行描述。關(guān)于相互作用及其所導(dǎo)致的變化的證據(jù)以及科

學(xué)解釋的形成往往需要通過量的區(qū)別（測量）才能明朗化。數(shù)學(xué)對于精確測量變化至關(guān)重要。

不同的測量系統(tǒng)可以用于不同的目的?？茖W(xué)家通常使用公制。測量的一個重要部分是了

解什么時候使用什么測量系統(tǒng)。例如，氣象學(xué)家在向公眾報告天氣時利用華氏度，但是在撰

寫科學(xué)報告時則使用攝氏度。

尺度指的是系統(tǒng)的尺寸增加或縮小時，系統(tǒng)內(nèi)部的不同特性、性質(zhì)或關(guān)系都會起變化。

比率涉及一個被測的量與另一個被測的量之間的比較，例如每秒60米。比率也是部分

相對于整體的變化的測度，例如出生率的變化之于人口增長。

演變與平衡演變是一系列的變化，有些是逐漸發(fā)生的，有些是突然發(fā)生的；演變是物體、

生命體、自然系統(tǒng)和人造系統(tǒng)具有當前形式和功能的根本原因。演變的一般概念是，目前的

材料和形式是從過去的材料和形式而來的。盡管演變常常與生物理論聯(lián)系在?起（稱為進

化），但是演變這個詞也可以描述宇宙的變化；進化指的是從共同祖先經(jīng)由種種變化而繁衍

至今的過程。

平衡是一種物理狀態(tài)，此時力和變化發(fā)生在相反方向上而相互抵消：例如，具有相同量

值的兩個相反力或者以同樣速率發(fā)生的互相抵消的兩種變化。穩(wěn)態(tài)、均衡和體內(nèi)平衡也都是

描述平衡狀態(tài)的術(shù)語。物質(zhì)相互作用的單元具有向平衡態(tài)發(fā)展的趨勢，在這種狀態(tài)下能量會

盡可能隨機分布和均勻分布。

形式和功能形式和功能是自然界和人工界中的物體、生命體和系統(tǒng)的互為補充的兩個側(cè)

面。一個物體或系統(tǒng)的形式或形狀通常與用途、操作或功能有關(guān)。功能通常依賴于形式。對

形式和功能的理解適用于不同的組織水平。學(xué)生應(yīng)該能夠通過形式來解釋功能或者通過功能

來解釋形式。

《美國國家科學(xué)教育標準》——第六章一從幼兒園到4年級的內(nèi)

容標準作為探究的科學(xué)

內(nèi)容標準A：

由于從幼兒園到4年級的教學(xué)，所有的學(xué)生都應(yīng)該培養(yǎng)出：

口進行科學(xué)探究所需要的能力；

口對科學(xué)探究的理解力。

培養(yǎng)學(xué)生的能力和理解力

從低年級開始，就應(yīng)該設(shè)法讓學(xué)生接觸科學(xué)，讓他們積極參與概念和解釋的構(gòu)造，增加

其鍛煉科學(xué)能力的機會。將科學(xué)作為探究過程來講授，可以為教師提供培養(yǎng)學(xué)生能力和加深

他們對科學(xué)的理解的機會。學(xué)生應(yīng)該在他們力所能及的范圍內(nèi)從事科學(xué)。本標準介紹了適合

于幼兒園至4年級學(xué)生的某些科學(xué)探究能力。

在學(xué)校教育的早期階段，學(xué)生可以研究一些地球物質(zhì)、生命體和常見物體的性質(zhì)。盡管

孩子們通過這些經(jīng)歷建立了概念，擴大了科技詞匯，但是他們還應(yīng)該培養(yǎng)探究的能力。當學(xué)

生們把精力集中在調(diào)查研究過程的時候，他們也即培養(yǎng)了種種能力，包括提出科學(xué)問題、研

究周圍世界的方方面面、通過他們的觀察對自己提出的問題作出合理的解釋等。學(xué)生在教師

的指導(dǎo)下不斷積累起他們的科學(xué)知識。學(xué)生還應(yīng)該通過探究過程學(xué)會如何將自己和同學(xué)的調(diào)

查研究結(jié)果及其解釋講給別人聽。

探究標準之所以例舉這些能力是有深刻道理的，但是并不意味著這是一種有序的步驟或

科學(xué)方法。實際上，學(xué)生的問題可能來自以前的調(diào)查研究、按計劃進行的課堂活動或者是學(xué)

生之間相互問及的問題。例如，如果學(xué)生互相詢問為什么動物既有相同之處又有不同之處，

那么他們也許會對他們有機會觀察的生命體的特性展開一番研究。

完整的探究過程包括提出個簡單的問題、完成調(diào)查研究、回答該問題和向他人介紹成

果.在小學(xué)中，學(xué)生就開始開發(fā)進行科學(xué)探究的體能和智能。他們可以設(shè)計嘗試做某些事情

的調(diào)查方案，看看會發(fā)生什么結(jié)果;他們傾向于把注意力集中在試驗的具體結(jié)果上而且對‘合

理”試驗（每次只改變一個變量的試驗）的主意感到歡欣。不過，很難讓幼兒園到4年級的

孩子從事對想法進行檢驗的實驗，很難讓他們理解使用證據(jù)來形成解釋的邏輯過程。

內(nèi)容標準指南本標準所依賴的基本能力和基本概念包括：

進行科學(xué)探究所需要的能力針對特定環(huán)境中的物體、生命體和事件進行提問。這方面的

標準強調(diào)讓學(xué)生提出一些可以運用科學(xué)知識并結(jié)合自己的觀察來回答的問題。學(xué)生應(yīng)該從可

靠的信息源和自己的觀察和調(diào)查研究中獲得信息并利用這些信息來I可答問題。

制定簡單的調(diào)查研究計劃并付諸實施。低年級學(xué)生的調(diào)查研究主要是以系統(tǒng)的觀察為基

礎(chǔ)。隨著學(xué)生年齡的增長，他們可以設(shè)計和完成簡單的試驗來回答問題。到了4年級，許多

學(xué)生就可以接受合理試驗的概念了。

采用簡單的設(shè)備和工具收集數(shù)據(jù)和延伸感官。低年級學(xué)生可以培養(yǎng)一些簡單的技能，例

如如何觀察、測量、切斷、連接、開和關(guān)、傾倒液體、握持、打結(jié)和掛鉤等。從一些簡單的

儀器開始，學(xué)生可以使用尺子來測量物體和材料的長度、高度和深度，用溫度計測量溫度，

用鐘表測量時間，用天平和彈簧秤測量重量，用放大鏡觀察物體和生命體，用顯微鏡觀察植

物、動物、巖石和其他材料的細部。孩子們還要為開展調(diào)查研究而學(xué)習(xí)使用計算機和計算器

的技能。

利用數(shù)據(jù)作出合理解釋。這方面的標準強調(diào)學(xué)生在利用數(shù)據(jù)進行解釋時要進行思考。即

使是在低年級階段，學(xué)生也應(yīng)該學(xué)會什么可作為證據(jù)，學(xué)會判斷他們用來作出解釋的那些數(shù)

據(jù)和信息有什么優(yōu)點。學(xué)生在作出解釋之后，他們會求助于知識和所得到的證據(jù)來支持他們

的解釋。學(xué)生應(yīng)該根據(jù)科學(xué)知識、經(jīng)驗和他人的觀察結(jié)果對其解釋進行檢驗。

就調(diào)查結(jié)果和解釋進行交流。這一年齡段的學(xué)生應(yīng)該開始培養(yǎng)交流、批評和分析自己和

同學(xué)的工作的能力。交流可以采用口頭方式、圖示方式或書面方式。

對科學(xué)探究的理解口科學(xué)研究涉及提出問題和回答問題，以及將自己的答案與科學(xué)家對

自然界已經(jīng)給出的答案進行比較。

口科學(xué)家根據(jù)所要回答的問題采用不同的調(diào)查研究方法。調(diào)查研究的類型包括描述物

體、事件和生命體，對它們進行分類和合理試驗（實驗）。

口放大鏡、溫度計和尺子等簡單儀器工具所提供的信息也比科學(xué)家單純依靠感官所獲得

的信息要更為豐富。

口科學(xué)家們的解釋要利用觀察結(jié)果（證據(jù)）和對世界的已有認識（科學(xué)知識）。令人信

服的解釋是以來自調(diào)查研究的證據(jù)為基礎(chǔ)的。

口科學(xué)家們要把他們的研究結(jié)果公布于眾，他們描述研究的方式能夠使其他人重復(fù)其工

作。

口科學(xué)家們對其他科學(xué)家的工作成果要進行評估并提出問題。

《美國國家科學(xué)教育標準》——第六章從幼兒園到4年級物質(zhì)科

學(xué)

內(nèi)容標準B：

由于從幼兒園到4年級的教學(xué)，所有的學(xué)生都應(yīng)該理解：

口物體和材料的性質(zhì)；

口物體的位置和運動；

口光、熱、電和磁。

培養(yǎng)學(xué)生的理解力在童年階段,孩子們的好奇心促使他們通過觀察和擺弄周圍環(huán)境中的

常見物體和材料來探究世界。當孩子們開始解釋世界時，他們進行比較、描述和分類。要想

為解釋和自然世界奠定主題知識基礎(chǔ)，就需要在漫長的時間內(nèi)積累豐富的經(jīng)驗。年幼的孩子

們把他們的經(jīng)歷、完整的探究過程包括提出一個簡單的問題、完成調(diào)查研究、回答該問題和

向他人介紹成果。

理解和想法都帶到了學(xué)校，教師為孩子們提供了繼續(xù)探究的機會，讓他們在目標集中的

環(huán)境下與其他孩子們一道使用簡單工具（如放大鏡和測量裝置）進行探究。

幼兒園至4年級學(xué)生的物質(zhì)科學(xué)所包括的課題使他們有機會加深對常見物體和材料的

特性的理解。通過對常見物體的觀察、擺弄和分類，孩子們會思考這些物體的共同之處和不

同之處。其結(jié)果是，他們最初的四不象草圖和一字一句的描述逐漸發(fā)展成為較為詳細的圖示

和詞匯較為豐富的描述。即使是在這一年級組的早期，孩子們也可以對固體物體和材料進行

描述、分組和分類。到了4年級，就可以在特定條件下（例如面對一組巖石或有生命物質(zhì)）

理解物體和材料在性質(zhì)方面的差別。

幼兒對物質(zhì)的研究始于對物體及其屬性的檢驗和定性描述。物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)和能量守恒

等重要而抽象的科學(xué)概念也都是始于對世界運作方式的觀察和跟蹤記錄。通過認真進行觀

察、描述和測量，物體的性質(zhì)、這些性質(zhì)隨時間的變化以及當物質(zhì)相互作用時所發(fā)生的變化

就可以為此后在高年級引入更為抽象的概念提供必要的鋪墊。

學(xué)生們熟悉水和冰的狀態(tài)變化，但是，具有許多性質(zhì)的液體的概念就比較模糊了，老師

在教學(xué)中要比講解固體費更多的口舌。許多物質(zhì)都有固態(tài)和液態(tài)兩種不同的狀態(tài)，大多數(shù)學(xué)

生都會對這種一般化的概念感到困惑。幼兒園至4年級的學(xué)生不理解當水沸騰或蒸發(fā)后是作

為一種氣體存在的，他們更可能認為水消失了或者跑到天上去了。盡管有這種局限，學(xué)生仍

可以借助加熱和蒸發(fā)進行簡單的研究，這可以提高他們的探究能力，使他們熟悉這種現(xiàn)象。

當學(xué)生們通過推、拉、扔、落和滾等動作描述和操作物體時，他們也開始注意到物體的

位置和運動了：他們把位置描述為上、下、前、后并且發(fā)現(xiàn)了運動的各種方式及控制運動所

需要的力。通過光、熱、電、磁、聲的實驗，學(xué)生開始理解，現(xiàn)象是可以通過多種方式觀察、

測量和控制的。孩子們無法理解像能量這樣的復(fù)雜概念。不過他們對能量有一種直觀了解，

例如作一件事情需要能量，人從食物中獲得能量。教師能夠利用他們的直觀了解作進一步解

釋，但并不要求學(xué)生背誦定義。

幼兒園至4年級的學(xué)生不會依靠直覺把聲音與聲源的特性聯(lián)系起來，但是在這一階段的

后期可通過各種具體現(xiàn)象的調(diào)查研究建立起這?聯(lián)系。在大多數(shù)孩子們的心H中，電是來自

電源的而且總是要進入一個目標。當學(xué)生們第一次用一根導(dǎo)線把電池連接到燈泡上試圖使之

發(fā)光時就可以看出這種思想模型。在這一年級段的后期反復(fù)進行這種活動，可以幫助學(xué)生建

立起電路的概念并且開始掌握多個電池的效果。孩子們在這一年齡段不能區(qū)別熱和溫度，因

此對熱的研究必須集中在溫度的變化上。

當孩子們能夠熟練使用語言的時候，他們的描述會更加豐富多彩而且包括更多的細節(jié)。

最初不需要使用任何工具，不過孩子們終于會懂得，測量物體有助于豐富其描述，首先是利

用他們自己創(chuàng)造的測量裝置，然后使用常見的測量儀器，例如尺子、天平和溫度計。年齡大

一些的孩子們開始通過記錄數(shù)據(jù)和繪制圖形及圖表,來尋找他們自己和同伴的練習(xí)中的模式

和秩序。例如，他們在很小的時候就能夠判斷物體的速度是快、較快還是最快。當學(xué)生的年

齡更大一些的時候，他們就可以在方格和圖紙上表達運動并且把速度描述為已知時間內(nèi)走過

的距離。

內(nèi)容標準指南構(gòu)成本標準的基本概念和原理包括：

物體和材料的性質(zhì)口物體有許多可以觀察的性質(zhì)，包括尺寸、重量、形狀、顏色、溫度

和與其他物質(zhì)進行反應(yīng)的能力。這些性質(zhì)可以利用尺子、天平和溫度計等工具進行測量。

口物體是由一種或多種材料構(gòu)成的，例如紙、木頭和金屬。物體可以根據(jù)構(gòu)成它的材料

的性質(zhì)來描述，可以根據(jù)這些性質(zhì)來區(qū)分一組物體或材料。

口材料可以有不同的存在狀態(tài)，即固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。通過加熱或冷卻可以使某些常見

物質(zhì)（例如水）從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)物體的位置和運動口物體的位置可以通過它相對

于另外一個物體或背景的位置來描述。

口一個物體的運動可以通過跟蹤或測定其位置隨時間的變化來描述。

口推或拉可以改變物體的位置和運動狀況。變化的大小與推力或拉力的大小有關(guān)。

口聲音是振動的物體產(chǎn)生的。改變振動的頻率就可以改變聲音的高低。

光、熱、電和磁口光在碰到物體之前沿直線傳播。光可以被鏡面反射.，可以被透鏡折射,

可以被物體吸收。

口熱可以通過許多方式產(chǎn)生，例如燃燒、摩擦或者把一種物質(zhì)與另一種物質(zhì)混合起來。

熱可以通過傳導(dǎo)從一個物體傳遞到另一個物體。

口電路中的電可以產(chǎn)生光、熱、聲和磁效應(yīng)。電路是一個電流可以通過的完整回路。

口磁體可以互相吸引或排斥，也可以吸引或排斥某些其他材料。

《美國國家科學(xué)教育標準》——第六章從幼兒園到4年級生命科

學(xué)

內(nèi)容標準c：

由于幼兒園至4年級的學(xué)生參與一系列活動的結(jié)果，所有的學(xué)生應(yīng)該理解下述內(nèi)容：

口生命體的特性；

口生命體的生命周期；

口生命體和環(huán)境。

培養(yǎng)學(xué)生的理解力小學(xué)的孩子們是通過直接接觸有生命的東西、它們的生命周期和它們

的居住環(huán)境建立對生物概念的理解的。這些經(jīng)歷起源于孩子們的驚訝感和天生的興趣，他們

往往會提出“植物如何找到吃的東西?一共有多少種不同的動物?為什么有些動物會吃別的動

物呢?最大的植物是什么?恐龍到哪里去了？”之類的問題。理解生命體的特性、生命體的生

命周期和自然環(huán)境各部分之間的復(fù)雜的相互作用都始于這類問題,始于對于生命體個體如何

維系和延續(xù)生命的認識。了解生命體在各自環(huán)境中生存的方式，有助于進一步了解生物多樣

性以及一切有生命的有機體的生存是如何依賴于有生命和沒有生命的環(huán)境。由于幼兒園至4

年級的孩子們的世界與家庭、學(xué)校和直接接觸的環(huán)境密切相關(guān)，因此對生命體的研究應(yīng)該包

括對孩子們接觸到的自然界的觀察和其中的相互作用。幼兒園至4年級的經(jīng)歷和活動為高年

級階段主要生物學(xué)概念的循序漸進的發(fā)展奠定了切實的基礎(chǔ)，例如進化、遺傳、細胞、生物

圈、相互依賴性、生命體的行為、生命系統(tǒng)的物質(zhì)和能量等。

孩子們對生命體特性的看法來自其“有生命”和“無生命”的基本概念。例如，皮亞杰

注意到，幼兒采用擬人化的方法來解釋生命體。小學(xué)低年級的許多孩子把“生命”與任何以

某種方式活動的物體聯(lián)系起來。這種生命觀逐漸發(fā)展成為一種以運動為定義性特性的觀點。

孩子們最終會結(jié)合其他概念（例如飲食、呼吸和生殖）來定義生命。隨著學(xué)生們對生命體進

行廣泛的接觸并在后來建立起生命科學(xué)的知識基礎(chǔ)，他們應(yīng)該逐漸拋棄擬人化生命觀。

在諸如分類之類的課堂活動中，小學(xué)學(xué)生一般會采用互相排斥的分類而不是層次型分

類。例如，年齡小的孩子們可能會把對象分為兩組，而年齡大一些的孩子們會同時采用多組

分類。學(xué)生們在小學(xué)高年級之前不會采用前后一貫的分類，如生物學(xué)家所做的那樣。

當學(xué)生們研究生命體的生命周期的時候，教師會注意到年齡小的孩子們不理解諸如從種

子到秧苗或者是從幼蟲到成蟲的生命的連續(xù)性。不過教師會發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生到了小學(xué)二年

級就懂得孩子與他們的父母會有某些相似之處。學(xué)生還能夠區(qū)分后天獲得的性狀與遺傳性

狀。不過學(xué)生可能會抱有一種幼稚的遺傳觀念，包括相信特性只能從雙親之?遺傳，某些特

性只能從父親或母親一方遺傳，或者所有的性格只不過是雙親性格的混合物。

年齡小的孩子們習(xí)慣于對單一生命體進行具體的思考。例如，一提動物就想到寵物或動

物園中的動物。年齡小的孩子還沒有充分建立起生命體依賴于其環(huán)境（在某些情況下也包括

其他生命體）的概念。幼兒園至4年級的重點應(yīng)該是建立起生命體與環(huán)境之間的基本依存關(guān)

聯(lián)系和某些次級依存關(guān)系，例如生命體依賴于環(huán)境的各個方面和有助于動物生存下來的行

為。小學(xué)低年級的學(xué)生能夠理解兩種生命體之間的食物鏈。

內(nèi)容標準指南

構(gòu)成本標準的基本概念和原理包括：

生命體的特性

口生命體有一定的基本需求。例如，動物需要空氣、水和食物；植物需要空氣、水分、

養(yǎng)分和陽光。生命體只有當環(huán)境滿足其需要時才會生存下來。世界有很多不同的環(huán)境，不同

的環(huán)境支持不同類型的生命。

口每種植物和動物都有不同的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)服務(wù)于生長、生存和繁殖等不同功能。例

如，人類具有獨特的身體結(jié)構(gòu)，有利于行走、握持、觀看和談話。

口生命體個體的行為受到內(nèi)部提示（例如饑餓）和外部提示（例如環(huán)境的變化）的影響。

人類和其他生命體都具有幫助他們檢測內(nèi)部和外部提示的感官。

生命的生命周期口植物和動物都有生命周期，包括誕生、發(fā)育成熟、繁殖和逐漸死亡。

不同的生命體的生命周期細節(jié)不同。

口植物和動物都與它們的親本或雙親有許多雷同之處。

口生命體的許多特征是從其雙親繼承而來的，但是其他特征是與環(huán)境相互影響的結(jié)果。

遺傳特征包括花的顏色和動物肢體的數(shù)目。其他特點（例如騎自行車的能力）是通過與環(huán)境

的相互影響學(xué)來的，這些特點不能遺傳給下一代。

生命體與其環(huán)境

口所有的動物均依賴于植物。有些動物以植物為食，還有一些動物是以吃植物的動物為

食。

口一種生命體的行為模式與這種生命體所處環(huán)境的性質(zhì)有關(guān)，包括該環(huán)境中其他生命體

的種類和數(shù)量、可以得到的食物和資源以及環(huán)境的物理特征等。當環(huán)境發(fā)生變化時，有些植

物和動物可以幸存和繁衍，有些則死亡或遷徙到其他地方。

口所有的生命體都引起它們所生存的環(huán)境的變化。有些變化對這種生命體或其他生命體

是有害的，有些變化則是有利的。

口人類依賴于他們的自然環(huán)境和人為環(huán)境。人類改變自然環(huán)境的方式對人類本身和其他

生命體來說可能是有利的，也可能是有害的。

《美國國家科學(xué)教育標準》——第六章從幼兒園到4年級地球和

空間科學(xué)

內(nèi)容標準D：

由于幼兒園至4年級的學(xué)生參與的各種活動，所有的學(xué)生應(yīng)該理解下述內(nèi)容：

口地球物質(zhì)的性質(zhì)；

口天空中的物體；

口地球和天空的變化。

培養(yǎng)學(xué)生的理解力小孩子對他們周圍的一切事物都具有天然的興趣，例如土壤、巖石、

小溪、雨、雪、云、彩虹、太陽、月亮和星星。入學(xué)后的第一年，應(yīng)該鼓勵他們認真觀察周

圍環(huán)境中的物體和材料，注意它們的特征，找出它們的區(qū)別，解釋它們是如何變成現(xiàn)在這個

樣子的。當孩子們比較熟悉他們周圍的世界的時候，就可以引導(dǎo)他們觀察各種變化，包括周

期性變化（例如日夜和季節(jié)的變化），可預(yù)測的趨勢（例如生長和凋謝）和一致性較弱的變

化（例如天氣和流星的出現(xiàn)）。孩子們應(yīng)該有機會觀察迅速的變化（例如小溪的流水）和漸

進的變化（例如土壤的侵蝕和季節(jié)的變化）。

孩子們上學(xué)時知道了地球表面是山巖石、土壤、水分和有生命的有機體組成的；但是進

行更為細心的觀察可以幫助他們發(fā)現(xiàn)地球物質(zhì)的其他許多性質(zhì)。通過認真觀察和描述各種巖

石的性質(zhì)，孩子們開始發(fā)現(xiàn)有些巖石是由一種物質(zhì)構(gòu)成的，而大多數(shù)巖石是由若干種物質(zhì)構(gòu)

成的。到了高年級，他們可以辨別出這些物質(zhì)是礦物質(zhì)。教師不應(yīng)該把對巖石和礦物質(zhì)的了

解擴展到對巖石來源的研究，例如沉積巖、火成巖和變質(zhì)巖，因為巖石和礦物質(zhì)的起源對于

小孩子來說意義不大。

操場和附近的空地及公園都是觀察各種地球物質(zhì)的研究場所。學(xué)生們在收集巖石樣本和

觀察植物時，會逐漸發(fā)現(xiàn)各地的土壤顏色、質(zhì)地和對水的反應(yīng)都有所不同。把種子種植在各

種土壤樣品中，他們可以比較不同土壤對植物生長的影響。他們還可以用一小盤土和流水工

作臺來模擬某些變化，例如侵蝕，并與類似然而規(guī)模更大的變化的照片進行比較。

通過對天空日夜變化的定時觀察，幼兒園至4年級的孩子們要學(xué)會識別變化系列，學(xué)會

尋找這些變化的模式。他們在觀察變化（例如物體的影子在一天中的運動情況和太陽及月亮

的位置）的過程中，會發(fā)現(xiàn)這些變化的模式。他們可以在II歷上畫出每天晚上月亮的形狀，

然后揭示若干周內(nèi)月亮形狀變化的模式。培養(yǎng)理解力的活動應(yīng)該只限于觀察、描述和發(fā)現(xiàn)模

式。企圖把這一理解擴大到利用模型進行解釋可能不現(xiàn)實，因為幼小的孩子還沒有能力理解

大地是個近擬的圓球體。他們也幾乎不了解重力而且通常對于光的性質(zhì)有一種錯誤的概念，

正是光的性質(zhì)使我們能夠看到月球等物體（盡管孩子們會說他們生活在一個大球上，但是一

旦問個究竟就會發(fā)現(xiàn)他們的想法其實是另一回事）。

學(xué)生們通過工作日志可以發(fā)現(xiàn)一年里天氣變化的模式。小學(xué)生們可以每天根據(jù)他們從窗

外或幽靜處看到的景象畫出當天的天氣情況，年齡大一些的學(xué)生們可以利用他們從簡單的學(xué)

校氣象站收集的數(shù)據(jù)制作簡單的圖表。

幼兒園至4年級的重點應(yīng)該是培養(yǎng)觀察能力和描述能力以及根據(jù)觀察結(jié)果進行解釋說

明的能力。應(yīng)該鼓勵年幼的學(xué)生談?wù)摵彤嫵鏊麄兊乃?、所聞和所想。年齡大的學(xué)生應(yīng)該學(xué)

會記日志、使用儀器并記錄他們的觀察結(jié)果和測量結(jié)果。

內(nèi)容標準指南

構(gòu)成本標準的基本概念和原理包括：

地球物質(zhì)的性質(zhì)口地球物質(zhì)指固體的巖石和土壤、水分和大氣中的氣體。這些物質(zhì)具有

不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，這些性質(zhì)使它們具有不同的用途，例如作為建筑材料、燃料或用來

種植我們食用的植物。地球物質(zhì)提供了人類使用的多種資源。

口土壤有顏色、質(zhì)地、含水量和支持多種植物（包括作為人類食物的植物）生長的能力

等性質(zhì)。

口化石為生活在很多年以前的植物和動物以及當時環(huán)境的性質(zhì)提供了證據(jù)。

天空中的物體

口太陽、月亮、星星、鳥和飛機都有可觀察和描述的性質(zhì)、位置和運動方式。

口太陽提供了保持地球溫度所需要的光和熱。

地球和天空的變化

口地球的表面在不斷變化。某些變化是由緩慢的過程引起的，例如侵蝕和風(fēng)化；有些變

化是由急劇的變化引起的，例如山崩、火山爆發(fā)和地震。

口天氣每天都要發(fā)生變化，每個季節(jié)都要發(fā)生變化。天氣借助可以測定的量來表示，例

如溫度、風(fēng)向和風(fēng)速、降水量。

口天空中的物體都具有一定的運動模式。以太陽為例，每天看起來都是按照相同的路線

在天空中運動，但是其路徑隨季節(jié)會有緩慢的變化。月亮每天在天空中的運動與太陽非常相

似。月亮可以觀察到的形狀每天都有所不同，變化周期大約為一個月。

《美國國家科學(xué)教育標準》——第六章從幼兒園到4年級科學(xué)與

技術(shù)

內(nèi)容標準E：

幼兒園至4年級的學(xué)生通過參與各種活動，應(yīng)該培養(yǎng)出下述能力和理解力：

口技術(shù)設(shè)計的能力；

口對科學(xué)與技術(shù)的理解力；

口區(qū)別自然物體和人造物體的能力。

培養(yǎng)學(xué)生的能力和理解力科學(xué)與技術(shù)內(nèi)容標準把學(xué)生與人類設(shè)計的世界聯(lián)系在一起，為

他們提供制造各種有用東西的模型的經(jīng)驗，使之通過對技術(shù)實物和技術(shù)系統(tǒng)工作方式的了解

來認識自然定律。

本標準強調(diào)培養(yǎng)針對一個問題設(shè)計解決方案的能力和對科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系及人們參與

科學(xué)技術(shù)的方式的理解力。本標準有助于建立設(shè)計的概念，技術(shù)設(shè)計與科學(xué)探究是一種平行

的活動。正如作為探究的科學(xué)之標準一樣，本標準首先強調(diào)對設(shè)計過程的理解力以及解決簡

單設(shè)計問題的能力。

幼兒園至4年級的孩子們在能夠進行探究活動之前就能夠理解并進行設(shè)計活動了，不過

他們不易說出兩者的差別，盡管這無關(guān)緊要。幼兒園至4年級的孩子們應(yīng)該具有涉及科學(xué)和

技術(shù)的各種教育經(jīng)驗，有的活動同時涉及科學(xué)和技術(shù)，有時則是分別涉及。在開展非正式的

公開活動（例如造一個天平來比較兩個物體的重量）的時候，要把技術(shù)設(shè)計與科學(xué)探究分開

是比較困難的。在其他情況下，兩者的差別對成人來說是顯而易見的，但是對孩子們來說則

不見得如此。

通過完成帶有技術(shù)目標的任務(wù)這樣親身經(jīng)歷，可以培養(yǎng)孩子們解決技術(shù)問題的能力。他

們還可以研究生活中的技術(shù)產(chǎn)品和技術(shù)系統(tǒng)，例如拉鏈、衣帽鉤、罐頭起子、橋和汽車。孩

子們可以參與一些既具有挑戰(zhàn)性又適合他們發(fā)展水平的活動項目，例如設(shè)計一種方法來固定

物體、移動物體或交流信息。他們可以研究?些現(xiàn)有的產(chǎn)品，以確定它們的功能，試說明該

產(chǎn)品解決了什么問題、使用了什么材料以及這些產(chǎn)品是否實現(xiàn)了預(yù)期的目標。古老的技術(shù)工

具（例如削蘋果器）也可以作為?件神秘物供學(xué)生研究和思索它的用途是什么，它如何給人

以幫助，它可能解決或造成什么問題。這類活動為把學(xué)生的注意力引導(dǎo)到特定技術(shù)（即科學(xué)

所使用的工具和儀器）上來提供了絕好的機會。

適合這一年齡段的孩子們的任務(wù)應(yīng)該有明確的預(yù)定目標并且與其他內(nèi)容標準聯(lián)系在一

起。這些任務(wù)應(yīng)該在家庭和學(xué)校的熟悉環(huán)境下完成。這些任務(wù)應(yīng)該直截了當，應(yīng)該只有一兩

個解決問題的明確途徑，任務(wù)完成的好壞應(yīng)該有一個明確的評價標準?；顒禹椖恐薪ㄔ烊魏?/p>

東西所需的操作技能必須適合小學(xué)生發(fā)育水平，準備和組裝不應(yīng)費時太多。

在幼兒園至4年級的過程中，學(xué)生的調(diào)查研究課題和設(shè)計課題應(yīng)該體現(xiàn)多種材料和多種

科學(xué)技術(shù)環(huán)境。套合適的任務(wù)組合可以包括：制作一個遮擋陽光的裝置、配制酸奶并討論

其配制方法、比較兩種不同的繩子看哪一種適合用來提起不同的重物、研究如何使盆栽的小

植物盡快長大、設(shè)計一個小巧的系統(tǒng)把兩個物體固定在一起、測試不同材料的強度、使用簡

單的工具、試驗不同的設(shè)計方案和制作簡單的結(jié)構(gòu)。安排這樣一些設(shè)計課題也很重要，它們

需要運用概念、相互交流和執(zhí)行程序，例如在午餐時如何疏導(dǎo)飯廳的人流量，如何在科學(xué)試

驗之后打掃教室。

對熟悉的簡單物體進行研究可以擴大經(jīng)驗，學(xué)生通過這種研究可以培養(yǎng)其觀察力和分析

技巧。通過對一兩個明顯性質(zhì)的比較，例如兩種不同膠帶的成本和強度，學(xué)生可以提高這樣

的判斷力：產(chǎn)品對解決一個問題而言是否有價值。適合幼兒園至4年級學(xué)生分析判斷的產(chǎn)品

可以包括衣服、食品、家中和學(xué)校的常見五金器具。

規(guī)劃和確定學(xué)習(xí)成果的框架分為五個步驟：描述問題，設(shè)計解決途徑，執(zhí)行解決方案，

評價結(jié)果和就問題、設(shè)計及解決方案進行交流。不過，并不是任何活動都會涉及所有這五個

階段，這些階段也沒有固定