美国《新一代科学教育标准》（Next Generation Science Standard，以下简称NGSS）由美国国家研究委员会（NRC）、美国国家科学教学协会（NSTA）、美国科学促进会（AAAS）和Achieve, Inc.共同协作完成，于2013年正式发布。其中文版于2020年由科学普及出版社正式出版。《新一代科学教育标准》描述了一种基于科学实证的科学教育新理念，以标准的形式呈现出对学生的科学学习的明确要求和规范。正如在NGSS的序言中所说，单单这些标准本身将不会为所有学生提供高质量的学习机会。为了使这些标准在提高科学教学和学习上发挥作用，服务于中国基础教育阶段的科学教育改革和实践，需要在中国开展各个层级的研究和实践，包括对课程、教学、评估、教师的职前培养和职后专业发展等。

NGSS愿景中核心的教学转变

美国《K—12年级科学教育框架》和《新一代科学教育标准》的共同宗旨是帮助实现K—12年级科学与工程教育的愿景，其核心是3个教学转变：①解释现象和设计问题的解决方案，②参与三个维度目标的学习，以及③随着时间的推移建立连贯的学习过程。通过学生像科学家和工程师那样在学习中理解现象和解决问题，希望每个学生都能够在学校中积极地参与科学与工程实践，以加深他们对特定学科领域的核心概念的理解，逐渐建构并运用跨学科概念解释和预测自然界中的现象，解决遇到的实际问题。

这样的教学转变反映了传统科学教学方法和NGSS倡导的现代科学教学和学习方法之间的区别。传统的科学教育侧重于单个学习者对科学内容的离散元素的掌握，而现代的方法则强调学生像科学家和工程师那样在工作中理解现象和解决问题。由于现代方法涉及到针对特定目标使用和应用知识，因此它们强调应用中的知识或知识能干什么，而不是传统方法所指的知识本身。

在强调教育公平性和面向每一个学生的教育方针引领下，强调理解现象和解决问题在科学教育中变得更加重要。学生将科学与工程应用于家庭和社区的日常生活中，这将帮助他们理解现象和问题。通过真实的学习情境的创设，传统方法被“翻转”为采用现代方法。在传统方法中，科学家和科学教师定义了科学学科的规范知识，呈现在科学教科书中。这种传统的简单主题对专家有意义，而对学习者的激励作用并不能涵盖所有学生，部分立志将来从事科技工作的学生学到了科学，但对许多学生来说科学没有意义。在现代方法中，所有学生都像科学家和工程师在他们的工作中所做的那样，解释自然界的现象，解决日常生活中的问题。

让学生理解现象、解决问题是围绕三个维度目标开展教学的重点。通过学生在真实情境中发现的问题驱动学习，这个过程需要仔细地设计和推进。围绕三个维度目标开展教学的课堂是活跃的，充满了讨论，因为在小组和全班中进行的学术讨论对于学生理解重要科学观点是必需的，也是重要的。学生通过参与科学与工程实践并使用跨学科概念解释现象是如何发生或为什么发生，共同建构对科学概念的理解。从科学角度看，通过项目化的学习，学生研究驱动问题以解释现象，并使用工程学设计问题的解决方案，同时也可以整合各科学学科。

《新一代科学教育标准》中的学习预期表现是评测的目标，也是课堂教学的有机组成部分。学生要达到这样的目标，需要从幼儿园至高中有定期的机会参与到科学学习中，将标准的三个维度融合起来贯穿课堂学习体验。当教师的教学与NGSS一致时，学生将在多个核心概念的背景下积极参与到全面的科学与工程实践中。学生的学习将由自然界的现象或工程设计中的困难所产生的问题所驱动，这将支持学生跨越单元和课程，学习核心科学概念和跨学科概念。他们将有机会运用他们发展中的科学知识解释现象或为现实世界的问题设计解决方案。