NGSS được thiết kế để giúp hiện thực hóa tầm nhìn giáo dục về khoa học và kĩ thuật, trong đó học sinh, qua nhiều năm học, tích cực tham gia vào thực tiễn khoa học và kĩ thuật và áp dụng các khái niệm xuyên suốt để hiểu sâu hơn về các ý tưởng cốt lõi trong các lĩnh vực này. Tầm nhìn giáo dục được thể hiện trong Khung là mới ở chỗ học sinh phải được tham gia vào cả ba khía cạnh về giáo dục, bao gồm:
- Thực hành khoa học và kĩ thuật.
- Các khái niệm về nhận thức phổ quát.
- Các ý tưởng cốt lõi chuyên ngành.
Hiện nay, hầu hết các tiêu chuẩn của tiểu bang và quận (ở Mỹ) thể hiện các chiều này như là các thực thể riêng biệt, dẫn đến sự tách biệt của chúng trong cả hướng dẫn và đánh giá. Do tầm quan trọng của khoa học và kĩ thuật trong thế kỉ 21, học sinh cần có ý thức hiểu biết theo ngữ cảnh liên quan đến kiến thức khoa học, cách tiếp thu và ứng dụng một cách khoa học được kết nối thông qua một loạt các khái niệm giúp chúng ta hiểu hơn về thế giới xung quanh. Những kì vọng về thành tích của học sinh phải bao gồm khả năng của học sinh để áp dụng thực hành vào kiến thức nội dung. Hiệu suất mong đợi do đó tập trung vào sự hiểu biết và ứng dụng trái ngược với việc ghi nhớ các sự kiện không có bối cảnh. Khung tiếp tục nhấn mạnh rằng: Học tập về khoa học và kĩ thuật bao gồm tích hợp kiến thức về giải thích khoa học (tức là kiến thức nội dung) và thực tiễn cần thiết để tham gia vào nghiên cứu khoa học và thiết kế kĩ thuật. Do đó, khung tìm cách minh họa cách thức kiến thức và thực hành phải được đan xen trong việc thiết kế kinh nghiệm học tập trong giáo dục khoa học từ lớp K đến lớp 12.
2. NGSS là kì vọng về kết quả của học sinh - KHÔNG phải là chương trình giảng dạy.
Mặc dù trong mỗi kì vọng thực hiện Thực hành Khoa học và Kĩ thuật (SEP) được hợp tác với một Ý tưởng cốt lõi chuyên ngành (DCI) và Khái niệm về nhận thức phổ quát (CC) cụ thể trong NGSS, các giao điểm này không xác định trước cách ba liên kết trong chương trình, đơn vị, hoặc Bài học. Sẽ cần thêm việc tạo ra các chương trình giảng dạy mạch lạc giúp học sinh đạt được các tiêu chuẩn này.
Như đã nêu trước đây, các tiêu chuẩn khoa học trong quá khứ ở cả cấp tiểu bang và cấp quận (ở Mỹ) đã coi ba khía cạnh của khoa học là các thực thể riêng biệt và khác biệt dẫn đến sự đối xử ưu tiên trong đánh giá hoặc chỉ dẫn. Điều cần thiết là phải hiểu rằng sự nhấn mạnh được đặt vào một Thực tiễn Khoa học và Kỹ thuật cụ thể hoặc Khái niệm xuyên suốt trong kì vọng về hiệu suất không nhằm hạn chế chỉ dẫn, nhưng để làm rõ ý định của các đánh giá.
Một ví dụ về điều này được minh họa trong hai kì vọng về hiệu suất trong khoa học vật lí ở trường trung học sử dụng thực hành mô hình hóa. Các mô hình về cơ bản được sử dụng vì ba lí do:
- để thể hiện hoặc mô tả;
- để thu thập dữ liệu;
- để dự đoán.
Việc sử dụng đầu tiên là điển hình trong các trường học vì các mô hình và biểu diễn thường đồng nghĩa với nhau. Tuy nhiên, việc sử dụng các mô hình để thu thập dữ liệu hoặc dự đoán các hiện tượng là mới, ví dụ: Xây dựng các mô hình để giải thích những thay đổi trong năng lượng hạt nhân trong các quá trình phân hạch, hợp hạch và phân rã phóng xạ và các tương tác hạt nhân quyết định sự ổn định hạt nhân. Sử dụng các mô hình hệ thống (máy tính hoặc bản vẽ) để xây dựng các giải thích ở cấp độ phân tử để dự đoán hành vi của các hệ thống trong đó sự cân bằng động và phụ thuộc điều kiện giữa phản ứng và phản ứng ngược xác định số lượng của tất cả các loại phân tử có mặt. Trong kì vọng hiệu suất đầu tiên, các mô hình được sử dụng với các quy trình hạt nhân để giải thích các thay đổi.
Một lời giải thích khoa học đòi hỏi bằng chứng để hỗ trợ cho lời giải thích, vì vậy sinh viên sẽ được xây dựng một mô hình cho mục đích thu thập bằng chứng để giải thích những thay đổi này. Ngoài ra, họ sẽ được yêu cầu sử dụng các mô hình để giải thích và dự đoán hành vi của các hệ thống ở trạng thái cân bằng. Một lần nữa, các mô hình sẽ phải được sử dụng để thu thập dữ liệu, nhưng chúng sẽ được xác nhận thêm về khả năng dự đoán trạng thái của một hệ thống. Trong cả hai trường hợp, học sinh sẽ cần một sự hiểu biết sâu sắc về nội dung, cũng như sự thành thạo trong khả năng xây dựng và sử dụng các mô hình cho các ứng dụng khác nhau. Việc thực hành mô hình hóa sẽ cần phải được dạy trong suốt cả năm và thực tế là trong toàn bộ kinh nghiệm của 13 năm học, trái ngược với một hướng dẫn trong hai tuần.
Mục tiêu của NGSS là rõ ràng về việc học sinh thực hành chịu trách nhiệm về đánh giá, những thực hành và khái niệm về nhận thức phổ quát này nên xảy ra trong mỗi năm học.
3. Các khái niệm khoa học trong NGSS xây dựng mạch lạc từ mẫu giáo tới lớp 12
Việc tập trung vào một vài ý tưởng cốt lõi chuyên ngành là một khía cạnh quan trọng của giáo dục khoa học. Khung đã xác định một tập hợp các ý tưởng cốt lõi cơ bản được hiểu theo thời gian học sinh hoàn thành sau 13 năm học. Để phát triển sự hiểu biết thấu đáo thế giới, học sinh cần có cơ hội bền vững để làm việc và phát triển các ý tưởng cơ bản và đánh giá cao những ý tưởng đó. Ý thức phát triển này đã được khái niệm hóa trong ý tưởng về sự tiến bộ trong học tập. Nếu việc nắm vững ý tưởng cốt lõi trong một ngành khoa học là đích đến giáo dục thì tiến trình học tập được thiết kế tốt sẽ cung cấp một bản đồ về các tuyến đường có thể được thực hiện để đến đích đó. Những tiến bộ như vậy mô tả cả cách học sinh hiểu về ý tưởng trưởng thành theo thời gian và các hỗ trợ và kinh nghiệm hướng dẫn cần thiết cho chúng để đạt được sự tiến bộ.
Có hai điểm quan trọng cần hiểu:
Đầu tiên, tập trung và gắn kết phải là một ưu tiên. Điều này có nghĩa gì với giáo viên và nhà phát triển chương trình giảng dạy là những ý tưởng hoặc chi tiết tương tự không được đề cập mỗi năm. Thay vào đó, sự tiến bộ về kiến thức xảy ra từ lớp này sang lớp khác mang đến cho học sinh cơ hội học các tài liệu phức tạp hơn, dẫn đến sự hiểu biết chung về khoa học vào cuối năm trung học. Trong lịch sử, giáo dục khoa học được dạy như một tập hợp các sự kiện rời rạc và cô lập. Khung NGSS cung cấp một tiến trình mạch lạc hơn nhằm mục đích hiểu biết khoa học tổng thể với hướng dẫn tập trung vào một nhóm ý tưởng nhỏ hơn và để ý những gì học sinh nên học và những gì chúng sẽ học ở cấp độ tiếp theo.
Thứ hai, sự tiến bộ trong NGSS tự động cho rằng tài liệu trước đó đã được học sinh học. Việc chọn bỏ qua nội dung ở bất kì cấp lớp hoặc lớp nào cũng sẽ ảnh hưởng đến sự thành công của học sinh trong việc hiểu các ý tưởng cốt lõi và đặt thêm trách nhiệm cho giáo viên trong quá trình này.
4. NGSS tập trung vào sự hiểu biết sâu sắc hơn về nội dung cũng như các ứng dụng.
Khung đã xác định một nhóm nhỏ hơn các Ý tưởng cốt lõi chuyên ngành mà học sinh nên biết khi chúng tốt nghiệp trung học. Điều quan trọng là giáo viên và các nhà phát triển chương trình giảng dạy/ đánh giá hiểu rằng trọng tâm là các ý tưởng cốt lõi - không nhất thiết là các sự kiện có liên quan đến chúng. Các sự kiện và chi tiết là bằng chứng quan trọng, nhưng không phải là trọng tâm duy nhất của hướng dẫn. Khung quy định:
Các ý tưởng cốt lõi cũng có thể cung cấp một cấu trúc tổ chức để thu nhận kiến thức mới. Hiểu các ý tưởng cốt lõi và tham gia vào thực tiễn khoa học và kĩ thuật giúp chuẩn bị cho học sinh hiểu biết rộng hơn, và mức độ điều tra khoa học và kĩ thuật sâu hơn, sau này - ở trường trung học, đại học, và hơn thế nữa.
Một lí do để tổ chức nội dung xung quanh các ý tưởng cốt lõi đến từ các nghiên cứu so sánh các chuyên gia và người mới trong bất kì lĩnh vực nào. Các chuyên gia hiểu các nguyên tắc cốt lõi và các cấu trúc lí thuyết của lĩnh vực của họ và họ sử dụng chúng để hiểu được thông tin mới hoặc giải quyết các vấn đề mới lạ. Ngược lại, người mới có xu hướng giữ các kiến thức bị ngắt kết nối và thậm chí trái ngược nhau như các sự kiện biệt lập và đấu tranh để tìm cách tổ chức và tích hợp chúng. Do đó, giả định là việc giúp sinh viên học các ý tưởng cốt lõi thông qua việc tham gia vào các hoạt động khoa học và kĩ thuật sẽ cho phép họ trở nên ít giống người mới và giống như các chuyên gia hơn.
5. Khoa học và Kĩ thuật được tích hợp trong NGSS, từ mầm non tới lớp 12
Ý tưởng tích hợp công nghệ và kĩ thuật vào các tiêu chuẩn khoa học không phải là mới. Các chương về bản chất của công nghệ và thế giới do con người xây dựng đã được đưa vào Khoa học cho tất cả người Mỹ (AAAS 1989) và Điểm chuẩn cho kiến thức khoa học (AAAS 1993, 2008). Các tiêu chuẩn cho Khoa học và Công nghệ của Hồi giáo đã được bao gồm cho tất cả các giai đoạn trong Tiêu chuẩn Giáo dục Khoa học Quốc gia (NRC 1996).
Mặc dù có những nỗ lực ban đầu, tuy nhiên, kĩ thuật và công nghệ đã không nhận được sự chú ý như nhau trong các chương trình giảng dạy khoa học, đánh giá hoặc giáo dục của các giáo viên khoa học mới như các ngành khoa học truyền thống. Một sự khác biệt đáng kể trong NGSS là sự tích hợp của kĩ thuật và công nghệ vào cấu trúc của giáo dục khoa học. Sự tích hợp này đạt được bằng cách nâng thiết kế kĩ thuật lên ngang bằng với yêu cầu khoa học trong hướng dẫn trong lớp khi dạy các môn khoa học ở tất cả các cấp và bằng cách đưa ra những ý tưởng cốt lõi về kĩ thuật và công nghệ giống như các môn khoa học chính khác.
Cơ sở lí luận cho sự nhấn mạnh gia tăng này về kĩ thuật và công nghệ dựa trên hai vị trí được đưa ra trong Khung giáo dục khoa học từ mầm non tới lớp 12 (NRC 2011). Một vị trí là khát vọng. Từ quan điểm khao khát, Khung chỉ ra rằng khoa học và kĩ thuật là cần thiết để giải quyết các thách thức lớn của thế giới như tạo ra đủ năng lượng sạch, ngăn ngừa và điều trị bệnh, duy trì nguồn cung cấp thực phẩm và nước sạch và giải quyết các vấn đề thay đổi môi trường toàn cầu đang đối mặt xã hội ngày nay. Những thách thức quan trọng này sẽ thúc đẩy nhiều sinh viên tiếp tục hoặc bắt đầu nghiên cứu về khoa học và kĩ thuật.
Từ quan điểm thực tế, Khung lưu ý rằng kĩ thuật và công nghệ cung cấp cơ hội cho sinh viên hiểu sâu hơn về khoa học bằng cách áp dụng kiến thức khoa học đang phát triển của họ vào giải pháp cho các vấn đề thực tế. Cả hai vị trí đều hội tụ ý tưởng mạnh mẽ rằng bằng cách tích hợp công nghệ và kĩ thuật vào chương trình khoa học, giáo viên có thể trao quyền cho học sinh của mình sử dụng những gì họ học được trong cuộc sống hàng ngày.
6. NGSS được thiết kế để chuẩn bị cho sinh viên học đại học, nghề nghiệp và quyền công dân.
Không có nghi ngờ rằng khoa học và giáo dục khoa học là trung tâm cuộc sống của tất cả người Mỹ. Chưa bao giờ thế giới của chúng ta phức tạp và kiến thức khoa học lại quan trọng đến mức có ý nghĩa cho tất cả. Khi hiểu các sự kiện hiện tại, lựa chọn và sử dụng công nghệ, hoặc thực hiện thông báo quyết định về một dịch vụ chăm sóc sức khỏe, hiểu biết khoa học là chính. Khoa học cũng là trung tâm để tiếp tục đổi mới ở Mỹ, lãnh đạo và tạo ra các công việc của tương lai.
Tất cả các sinh viên cho dù con đường học vấn và nghề nghiệp trong tương lai của họ phải có một nền giáo dục khoa học từ mẫu giáo đến lớp 12 vững chắc để được chuẩn bị cho đại học, nghề nghiệp và quyền công dân.
7. NGSS và Tiêu chuẩn nhà nước cốt lõi chung (Nghệ thuật ngôn ngữ và toán học tiếng Anh) được căn chỉnh. Thời điểm phát hành NGSS diễn ra khi hầu hết các bang đang thực hiện Tiêu chuẩn Nhà nước cốt lõi chung (CCSS) trong môn Ngữ văn và Toán học tiếng Anh. Điều này rất quan trọng đối với khoa học vì nhiều lý do. Đầu tiên, có một cơ hội cho khoa học là một phần của giáo dục toàn diện trẻ con. NGSS được liên kết với CCSS để đảm bảo tốc độ học tập cộng sinh trong tất cả các lĩnh vực nội dung. Ba bộ tiêu chuẩn chồng chéo theo những cách có ý nghĩa và thực chất và tạo cơ hội cho tất cả học sinh tiếp cận công bằng với các tiêu chuẩn học tập. Một số công việc quan trọng đã được tiến hành liên quan đến ý nghĩa và lợi thế của CCSS và NGSS. Đại học Stanford gần đây đã phát hành 13 bài báo về một loạt các vấn đề liên quan đến ngôn ngữ và khả năng đọc viết trong các lĩnh vực nội dung của CCSS và NGSS.