故事线单元NGSS科学教育锚定现象认知能动性意义建构
故事线单元：从学生角度支持连贯性的教学模型
2026年8月24日•约 76 分钟
Abstract / 摘要
“故事线单元以锚定现象引出学生问题，通过导航、整合和质疑组织连续的意义建构，使学生知道每次调查在解决什么问题。文章结合小学、初中和高中科学案例，讨论认知能动性、课程目标与公平参与之间的张力。”
资料来源： Brian J. Reiser, Michael Novak, Tara A. W. McGill & William R. Penuel (2021), Storyline Units: An Instructional Model to Support Coherence from the Students’ Perspective, Journal of Science Teacher Education, 32:7, 805-829, DOI: 10.1080/1046560X.2021.1884784
作者简介： Brian J. Reiser, Michael Novak, Tara A. W. McGill, Learning Sciences, School of Education and Social Policy, Northwestern University, Evanston, Illinois, USA
William R. Penuel, Learning Sciences and Human Development, Institute of Cognitive Science and School of Education, University of Colorado, Boulder, Colorado, USA
对本篇论文的评价
一篇有价值的学术论文，它提出了一个以学生为中心的、具有实践指导意义的教学模型。文章的核心观点明确，逻辑清晰，为教育工作者提供了一个新的视角和思路。尽管在实施过程中可能会面临一些挑战，但该模型依然值得推广和应用。它鼓励教师们反思传统的教学模式，从学生的角度出发，构建更有意义、更有效的教学内容。（来源：Google Gemini 2.0）
摘要
框架和 NGSS 的愿景要求在教学方法和教学材料方面进行重大转变。我们认为，这种致力于让学习者参与有意义的实践（meaningful practice） 并支持学生认知能动性（epistemic agency） 的承诺，意味着我们支持从学生角度出发的连贯性（coherence）[注："Coherence" 的含义是连贯性、一致性、条理性、逻辑性。它指的是事物之间的清晰、顺畅、合理的连接和组织，使整体形成一个有意义的、统一的整体]。当学生们认为他们的科学工作是在他们班级群体承诺解决的问题上取得进展，而不是简单地遵循教科书或教师的指示时，这种连贯性就会产生。我们提出了一个教学模型，即故事线（storylines），来支持这种形式的连贯性。故事线方法包括一些设计原则，用于引导学生参与现象和问题，以引出他们自己的问题，教师在课程材料的支持下，利用这些问题来指导他们的意义建构轨迹。我们描述了故事线如何组织参与现象、问题和意义建构的循环，以逐步构建、测试和修改解释模型和设计解决方案。故事线由一系列教学惯例和规范支持，这些惯例和规范提供了策略和工具来指导教师与学生围绕现象、问题和意义建构进行工作。这些惯例反映了从锚定现象中引出问题的策略、引导学生作为合作伙伴参与管理调查方向的导航策略、帮助学生发现他们迄今为止工作中的差距的问题化策略，以及支持学生将他们所弄清楚的内容组装起来的整合策略。我们提供了来自小学、初中和高中基于故事线的单元的例子，这些单元获得了 NGSS 设计徽章，以说明这些设计原则在基于故事线的单元的设计和实施中的应用。
引言
《K-12 科学教育框架》呼吁在教学、课程和评估方面进行重要转变（美国National Research Council，2012 年），并在下一代科学标准中得到推进（NGSS Lead States，2013 年）。实现这一愿景需要教学方法和教学材料的重大转变，从而改变教师和学生的角色。我们将这些转变称为从学生的角度支持连贯性（coherence），即学生将他们所做的工作视为解决他们已经确定的问题，而不是简单地遵循教师和教科书的指示（Reiser、Novak 等人，2017 年；Zivic等人，2018 年）。在本文中，我们提出了一种从学生的角度支持连贯性的方法，我们称之为故事线（storyline），它涉及课程材料设计和借鉴这些资源的教学策略（Reiser、Novak 等人，2017 年）。我们首先从学生的角度论证连贯性。我们确定了教师和设计者必须解决的几个挑战，以便为来自非主导群体和社区的学生创造条件，让他们参与这种科学学习方法。我们描述了旨在公平地促进学生视角的连贯性的课程材料和课堂教学常规的设计原则，并通过基于故事线的单元的课堂示例来说明它们。
《框架》中论点的一个核心目标是解决美国 K-12 教育中缺乏发展连贯性（developmental coherence） 的问题：
推动该框架的部分原因在于，全国范围内越来越多的人认为，K-12科学教育需要加强连贯性——即统一性（sense of unity）。通常情况下，标准是冗长且互不相关的详细事实清单，这加剧了人们对美国科学课程“一英里宽，一英寸深”的批评（Schmidt 等人，1997 年）。（National Research Council，2012 年，第 10 页）
《框架》提出了应对这一挑战并支持连贯性的三种策略：（a）围绕“发展进程（developmental progression）……旨在帮助儿童从对周围事物的好奇心和对世界运作方式的初步概念出发，不断构建和修正他们的知识和能力”来组织学习目标；（b）关注“有限数量的核心思想（core ideas）”；（c）整合知识和实践（integrate knowledge and practices）（National Research Council，2012 年，第 11 页）。
我们将学生视角的连贯性 与纯粹学科或专家视角的连贯性 进行对比。在学科连贯性方法中，研究一个主题并进行新调查的原因反映了构建科学思想的逻辑，这些思想是由那些已经理解它们及其有用性的人所制定的。我们认为，这种连贯性不足以实现《框架》的目标，即结合实践、学科核心思想和跨学科概念（三维学习）这三个维度来进行有意义的科学学习。在根据学科逻辑设计的教学顺序中，课程设计者、教师和科学家可能会清楚课堂从一个焦点转移到另一个焦点的原因。一旦学生理解了目标思想，这在事后看来可能是有道理的。然而，这种理由对于学生来说可能并不明显、不具说服力或不具吸引力。
考虑中学对声波的处理（表 1）。一个精心设计的、从学科角度来看具有连贯性的单元可能会从声音是以波的形式通过介质传播这一概念开始。目标概念指出，波具有重复的模式，可以用波长、频率和振幅来描述，因此该单元将这些属性设置为要探索的属性。它包括学生参与科学和工程实践的课程，例如建模和运用数学思维，以处理这些学科概念。学生观察到，当敲击附近的鼓时，放在覆盖碗口的保鲜膜上的糖会上下跳动。老师将一个响铃的计时器放在一个钟形罩中，抽出空气，学生观察到，当没有空气时，他们听不到铃声。对于已经知道声音如何工作的人来说，这些实验的动机很明确——因为他们知道声音是以压缩波的形式传播的，并且它需要一种介质（例如空气）才能传播。每节课似乎都是三维的，将建模等实践与粒子相互作用等学科概念以及能量和物质等跨学科概念相结合。但我们认为，这些课程没有达到《框架》的愿景。
表 1. 中学 NGSS 关于声音的表现期望
NGSS表现期望
MS-PS4-1.使用数学表达式来描述一个简单的波模型，其中包括波的振幅如何与波中的能量相关联。
MS-PS4-2.开发和使用模型来描述波被各种材料反射、吸收或透射。
借鉴《框架》中的这些学科核心概念要素
一个简单的波具有特定的波长、频率和振幅的重复模式。
声波需要一种介质来传播。
考虑一下学生的体验。为什么要将保鲜膜放在碗上？将响铃的物体放入钟形罩并抽出空气的想法从何而来？老师知道这些活动将成为应用波模型（model of waves） 来解释结果的有用情境，但学生可能不明白为什么这样的调查是相关的。这些活动可能在单元中的某个时刻有用。但是，为了进行有意义的意义建构，需要以对学生有意义的方式使用科学和工程实践，其中的需求源于知识构建，而不是作为分配的任务（Manz，2015a）。学生之前的工作中没有任何问题促使他们需要探索鼓和保鲜膜或罐子。假设老师在实验开始时说明这将帮助他们了解声音如何与空气有关。虽然添加这一理由很有帮助，但关于空气在声音中的作用的问题并非来自学生。这种框架本质上是老师在说，“相信我——这将是有帮助的，你以后会明白为什么。”仅仅提供理由并不能让学生建立起框架，将他们在调查中看到的内容与他们认为对解释很重要的一个问题联系起来。这更像是“做学校”，而不是“做科学”（Jiménez-Aleixandre 等人，2000 年）。
创建反映向三维学习转变的学习环境，要求教师或教学材料不仅仅是在一节课中简单地结合科学实践和科学思想。我们认为，要使学习对学生有意义，教师需要让学生作为合作者参与进来，以发展和管理他们的调查轨迹（trajectory），并从这些调查中构建和完善知识。
概念框架：从学生角度出发支持连贯性的论据
我们认为，当一个课堂社区参与有意义的调查（meaningful investigations） 时，学生与教师和教学材料合作管理其知识构建的轨迹（managing the trajectory of their knowledge building），这就是从学生的角度来看的连贯性。如果观察者在任何时候问学生“你为什么要做这个？”，学生的回答应该是他们试图弄清楚什么以及为什么这对他们很重要——而不是完成老师或教科书的要求。当学习具有连贯性时，学生会随着时间的推移发展想法，其中每一步都是由他们对现象提出的问题所驱动的。在这种情况下，课堂进行有意的意义建构，其中参与实践和构建科学思想成为在他们试图解决的问题或他们试图解决的问题上取得进展的方式（Edelson，2001；Kanter，2010；Odden & Russ，2019）。
这个目标是让学生在知识构建中扮演合作作者的角色，而不是简单地跟随学生去他们想去的任何地方。它需要培养基于现象的问题，并与学生一起共同构建调查这些问题的方法。它需要教师和教学材料的指导，以使学生专注于能够引出目标学科思想的富有成效的方向。我们的关键主张是，学生可以成为确定他们需要去哪里的过程中的合作者，而不是简单地由课程材料或教师向他们展示富有成效的下一步。努力解决如何寻求问题的不确定性，可以帮助学生弄清楚科学学科实践完成了什么，以及它们如何结合在一起作为理解现象的一部分（Ford，2015；Furtak & Penuel，2019；Manz，2015b；Manz & Suárez，2018）。这需要重新构建学生的角色，帮助他们在构建共享知识的工作中与教师一起承担认知能动性（epistemic agency）（Stroupe，2014）。
在管理调查的同时让学生作为合作者参与进来，同时又要达到标准，这种平衡可能难以实现。事实上，确保学生的意义建构达到目标标准的压力可能与支持学生的能动性相冲突。对标准的问责制造成了发展特定目标规范科学思想的压力，这些压力可能会阻碍学生充分行使寻求问题的权利并成为发展知识的共同作者（Miller 等人，2018 年；Sikorski & Hammer，2017 年）。正如 Miller 等人（2018 年）所论证的那样，我们需要避免制造一种“伪能动性（pseudoagency）”的情况，在这种情况下，学生认为教师开放科学意义建构的尝试是不真诚的，即教师要求学生提出想法，但在标准要求朝其他方向推进时，却未能充分尊重这些想法。
此外，邀请并为学生提供空间以更充分地参与科学的知识构建工作，只是吸引所有学习者所需要的一部分。教师需要支持一种课堂氛围，这种氛围可以降低与他人公开分享和发展想法的社会风险，特别是在来自非主导群体和社区的学生中（Bang 等人，2017 年；Windschitl & Calabrese Barton，2016 年）。需要支持，以便在那些可能不欢迎学校的学生中创造归属感，并建立规范，让学生负责倾听和借鉴他人的想法。
接下来，我们以《框架》（National Research Council，2012 年，第 11 页）提出的策略为基础，发展我们关于从学生角度出发的连贯性的论点，并确定支持这种方法所需解决的关键挑战。
支持作为实践的科学要求这项工作对学生有意义
从学生的角度论证连贯性的第一步借鉴了“整合知识和实践（integrate knowledge and practice）”（National Research Council，2012 年，第 11 页）的建议，并将科学视为一种实践，而不仅仅是知识和技能的集合（Lehrer & Schauble，2006 年）。将科学工作概念化为《框架》中的“实践”而不是“科学技能”，将学生的科学工作重新设想为有意义的、有目的的知识构建（Ford，2015年）。实践反映了一个连贯的活动系统，在共同目标、期望和规范的指导下，发展和运用科学知识来解释自然界中的现象或设计问题的解决方案（Ford & Forman，2006 年）。
这种有意义的实践概念具有重要的意义。解释现象或解决问题可以发现知识的差距，从而产生需要调查的问题。如果布置给学生的科学任务没有用学生先前的知识无法完全解释的现象来激发这些调查，那么就不能将学生定位为“弄清楚”自然世界（Manz，2015a；Schwarz 等人，2017 年）。制作模型或分析数据，因为这是当天分配的任务，而不是受他们关于现象的问题的驱动，这只是遵循指示，而不是参与知识构建实践（Guy-Gaytán 等人，2019 年；Jiménez-Aleixandre 等人，2000 年）。理想情况下，学生根据证据进行论证，不仅仅是因为课程要求这样做，而是因为班级有相互竞争的想法，并希望解决这种分歧。
科学实践需要与学生的日常意义建构和话语实践联系起来并建立在其基础上，而不是被视为某种陌生的东西（Bricker & Bell，2012）。这需要利用科学实践与对特定学生群体具有文化意义的实践之间的连续性（Hudicourt-Barnes，2003 年），并帮助学生在不同的认知方式（ways of knowing） 之间导航（Bang & Medin，2010 年）。与此同时，由于学生过去被学校当局定位为“麻烦制造者”，因此在被要求参与工程师和科学家的论证实践时，他们可能会感到恐惧和抵触（Wright 等人，2018 年）。参与科学实践的社会风险不仅直接关系到学生作为“好学生”的学术身份，还关系到种族和性别，这会影响学生是否对科学和科学学习产生兴趣（Carlone 等人，2011 年）。促进公平地参与科学实践将需要积极对抗关于做科学意味着什么的限制性形象，并挑战可能对某些学生造成潜在身份威胁的课堂规范。
支持实践需要学生在认知能动性方面的转变
将科学作为有意义的实践来支持，对学生在课堂工作中的角色有着明确的影响。因此，我们论点的第二部分涉及学生的认知能动性（epistemic agency）（Damşa 等人，2010 年）。一个参与知识构建实践的社区是由共同的目标、规范和取得进步的方式所驱动的。这需要认知能动性，即学生是合作者，在指导工作的决策和思想的创作中发挥积极作用（Stroupe，2014 年）。虽然教师指导和支持这项工作，但共享的认知能动性（shared epistemic agency）意味着学生在发展和管理工作中承担部分智力责任（Berland 等人，2016 年；Ford，2008 年；Ko & Krist，2019 年；Manz，2015a）。我们将其视为一种协商，教师和教学材料发起学习的重点，学生在确定问题、寻求解决问题的策略、监控进度以及根据调查发现构建解释、模型和设计方面发挥积极作用。
当听众根据说话者的社会身份反复贬低说话者的知识主张时，就会出现“认知不公正（epistemic injustice）”，这对促进认知能动性提出了挑战（Fricker，2007 年）。从历史上看，学校科学一直是这样一种环境，当学生的直觉想法不能反映规范观点时，他们对构建知识的贡献可能会被贬低，而文本和教师作为知识来源的权威则享有特权（Aguiar 等人，2010 年；Lemke，1990 年）。此外，课堂文化并不总是重视学生分享想法的异质性（Warren & Rosebery，2011 年）。事实上，性别和种族可以影响谁的贡献被认为对知识构建有价值，从而再现而不是挑战参与中的不平等（Carlone，2004 年）。为了公平地促进认知能动性，教师需要尊重和利用不同学生的贡献作为合法的科学思想（Rosebery 等人，2016 年），并持续努力将知识构建的智力权威置于课堂社区内（Engle，2012 年）。
问题和现象应驱动学生的科学知识建构
论证的第三部分与《框架》中提出的将科学学习置于学生的好奇心和问题中的观点相关联（National Research Council，2012 年，第 11 页）。构建可用的科学知识需要刻意尝试建立、测试和完善模型来解释自然世界（Lehrer & Schauble，2006 年；Passmore 等人，2014年）。这需要揭示现象中难以解释的地方，通过科学问题聚焦需要解释的内容（Reiser，Brody 等人，2017 年），并弄清楚如何调查现象以构建关于其发生方式和原因的解释模型（Schwarz 等人，2009 年）。这项工作不是从一个主题开始，例如“学习光合作用”，而是从对现象提出问题开始，例如注意到植物变大了，并想知道植物中额外的质量来自哪里。如果仅仅将指导知识建构的问题呈现给学生，而不让他们参与确定需要解释的内容并与他们已有的知识联系起来的工作，他们就没有真正参与到知识建构的过程中。因此，这种对学生自己问题的关注需要共同参与开发和管理调查轨迹，以反映学生视角下的连贯性。
如同学生连贯性的其他方面一样，这种对主动提问的关注也带来了挑战。在大多数科学课堂中，教师并不将学生提出问题作为他们科学工作的核心部分（Banilower et al., 2020）。用于发言、提问和意义建构的交流规范需要得到支持，并植根于学生的日常交流方式，因为这些规范可能与学生所在社区和家庭语言的规范有所不同（Brown, 2019）。
学习环境的转变
这三个论点定义了教师和学生如何协同构建知识的关键转变。我们认为，学生的科学工作应该反映一种有意义的实践，以便学生能够合作确立工作目标，这些目标被阐述为源自现实世界现象的问题，并且学生在追求这些目标的每一步中都是共同作者。其次，我们认为，赋予学生更大的认知能动性（epistemic agency） 至关重要，以便教师让他们作为合作者参与管理调查并协商他们构建的知识。第三，我们认为，知识构建可以锚定在学生的问题上，以便学生将他们构建的科学知识与他们班级致力于解决的问题联系起来。总之，这些转变定义了一个既从学生角度来看又有意义，也从学科角度来看有意义的学习环境（Berland et al., 2016）。
这些转变需要在支持和约束学习互动的课堂系统的多个要素中进行改变。首先，教师需要不同类型的任务和构建课堂工作的方式，这就需要新的课程材料。其次，学生的定位和支持关键取决于课程的实施（Remillard, 2005）。需要补充性的课堂教学策略来支持学生能动性的转变。第三，这些互动需要课堂规范（classroom norms），以便所有学生都感到受邀和支持。明确关注促进公平是追求这些能动性转变的核心，以应对来自非主导群体和社区的学生在科学课堂中面临的挑战。规范必须支持学生将日常思维和说话方式与知识构建社区的思维和说话方式联系起来，并支持课堂社区，在这个社区中，对人的关怀和尊重与构建和批判知识齐头并进（Windschitl & Calabrese Barton, 2016）。
从学生角度支持连贯性的故事线模型
我们开发了一种用于教学单元设计和实施的教学方法，我们称之为NGSS 故事线（NGSS storylines），该方法支持从学生角度出发的连贯性（Reiser, Novak, et al., 2017）。故事线模型为教学材料的设计、使用这些材料的教学策略以及对课堂规范的支持提供了信息。我们将故事线单元定义为设计了一条从问题到调查再到想法的轨迹，在这个轨迹中，学生与教师合作来管理知识构建的轨迹。我们基于 NGSS 的建议，即每节课都整合了框架的三个维度，学生运用实践来构建和运用科学思想，以解释现象和解决问题（EQuIP, Achieve, 2016）。故事线设计原则侧重于将各个三维课程联系在一起的策略，并使学生的声音在他们的日常科学工作中处于中心地位。
我们将故事线模型组织成四个设计原则，我们认为这些原则可以定位学生并从学生的角度支持连贯性。每个设计原则都针对一个教学目标，该目标源于我们概念框架中阐述的学习环境的转变。每个原则都与一个用于发展和管理调查的教学程序相关联（DeBarger et al., 2010）。我们将这些程序视为教学模式，因为它们反映了在一节课的各个要素中完成的重要智力和社会工作，这些工作可以通过各种特定的活动结构来实现。表 2 提出了我们将在本节中考虑的四个设计原则。当我们描述每个原则时，我们会考虑它如何在课程材料、教师实施和课堂规范中得到体现，并探讨科学工作中公平参与的潜力和挑战。
表 2. 故事线设计原则和教学程序
锚定现象程序：启动调查
科学和工程工作始于参与那些能够提出可供调查的问题或有待解决的问题的现象。一个锚定现象（anchoring phenomenon） 提供了一个背景，可以引出问题，从而启动一个单元的一系列调查（Windschitl et al., 2018）。然而，仅仅呈现现象并不足以帮助学生发现需要弄清楚的东西。故事线单元以锚定现象程序开始，该程序由四个要素组成，这些要素引导学生从锚定现象走向问题：探索现象；尝试理解；确定相关现象；确定问题和调查思路。这四个要素是必不可少的组成部分，它们可能重叠，也可能以不同的顺序出现。
探索锚定现象
锚定现象程序的第一个要素邀请学生开始探索该现象，以便他们能够开始注意到什么是令人感兴趣的、有问题的或令人困惑的（Engle, 2012）。这提供了一个初步的共同经验来锚定学生的提问和问题识别。我们的第一个例子来自初中单元《我们如何远距离感知这么多不同的声音？（How Can We Sense So Many Different Sounds from a Distance?）》（McGill & Novak, 2018）的课堂。在声音单元中，锚定现象利用了一个自制的“唱机”，它由一个放在简易转盘上的黑胶唱片、一个纸做的圆锥体和一个穿过圆锥体末端的缝纫针组成（补充材料图 S1）。缝纫针放在唱片表面，唱片可以通过转盘旋转。下面的课堂示例来自早期试点（2016-2017）中的两位教师。
老师告诉全班同学，她有一些希望他们会觉得有趣的东西来开始一个新的单元。她旋转黑胶唱片，学生们开始听到设备发出的声音。
T老师：好的，太酷了，我告诉过你们，这里有一个旋转平台，对吧？那么你们觉得我要做什么？
学生们：旋转它！
T老师：我要旋转它，对吧。好的，那么，我希望你们就只是，就只是观察。嗯，暂时还不需要写下任何东西。但我们肯定会试着记住我们注意到的事情......[老师旋转唱片，声音出现了]
学生：那是一首歌吗？
T老师：你什么意思？那是一首歌？
许多学生：是的！
T老师：Nishat，你，你看到了什么？
Nishat：就像一首歌，（唱着）嘟嘟嘟嘟，然后就像跑调了。
T老师：酷。有没有人有什么突然想到的想法或者想分享的事情？就从刚才看到的——Julio？
Julio：我听到了一个声音，就像可能是一个女人在唱歌。
T老师：一个声音，可能是一个女人在唱歌。好的，Evan？
Evan：为什么每次旋转时它的音调都不一样？
T 老师：哦！所以你已经有一个问题了。那太棒了！那么我要再旋转一次。仔细听，然后当我停下来的时候，我希望你们回到那一页的第二个框里。我希望你们写下你们注意到的所有事情，或者你们嗯，你们听到的事情。
请注意，老师鼓励提问和推断，但暂时没有回答这些想法，而是邀请学生继续注意和思考。
尝试理解
该程序的第二个要素涉及尝试理解锚定现象。自然界或设计界中的现象并不能唯一地限定可以探索的问题。教师如何构建意义建构任务可以帮助学生集中注意力于需要解释的内容，通常会促使他们意识到自己无法完全解释某些他们可能认为是理所当然的事情。声音单元的材料要求学生：
画一个模型来帮助解释“你是如何能够听到房间对面传来的不同声音的？”显示（1）针接触唱片的位置，以及（2）声源和你的耳朵之间的空气中的某个位置的放大视图。
当分享他们的模型时，学生们通常同意三个核心观点——声音起源于唱片（尽管他们对如何起源有不同意见），从声源传播到每个人的耳朵，然后以某种方式被检测到。学生们对于声音在空气中传播的构成存在分歧。学生们通常将声音表示为不可见的东西，例如一系列音符或“波浪线”。一些学生画了同心曲线，其中一些人称之为“声波”，尽管这些学生除了“声音在移动”之外无法解释波是什么。这种阐明声音如何以及为何传播的尝试揭示了关于现象各个方面的重要差距和富有成效的分歧，例如解释他们的观察结果，即当一个人靠近声源时声音更大：
Patrick：所以在这里，在我们的第一个模型中，我们放大了唱片，然后这将是，呃，塑料唱片或者说唱片......一旦它开始旋转，也就是这个运动[指向屏幕上的模型]，音乐就开始出来了，这就导致了声波发出。
所以你可以看到大量的声波从那个区域发出[指着]。然后......所以在耳朵和唱片之间，它减少了，进入你耳朵的声波数量也减少了。所以这些是进入你耳朵的声波数量减少了。
老师让 Patrick 进一步解释他所说的“声波数量减少”是什么意思，他回答说：“它们差不多是一回事，但它们只是减少了的声波，所以，就像更安静的声波。”在几个学生提出澄清问题后，另一个学生 (Benito) 不同意 Patrick 模型的一部分。
Benito：我有点同意 Patrick，但也有点不同意，因为，就像……现在当我想到这一点时，当他把音符变得越来越小时，当你离得更远时，你就听不太清楚。音符是分解了还是什么？还是它们朝不同的方向传播，而不仅仅是一个方向？
T 老师：我喜欢你的……这两个问题。我希望你在我们写下问题时能抓住这些问题。[Benito 点头]……但是，嗯，当你说那个的时候，你是说它没有那么响亮？或者当你离得更远的时候，有时你听不见？
Benito：当你离得更远的时候，有时你听不太清楚。我在想，我在想……它们会像分解一样吗？或者，我认为发生的情况就像它们到处传播。
Patrick和Benito 关于机制的最初想法之间的差异很微妙，但对于单元的学习目标很重要。在 Patrick的模型中，声音随着距离的传播而强度减弱。在 Benito 的想法中，声音随着与声源的距离增加而减弱，因为它传播得越来越广（“它们到处传播”）。这两个想法都成为学生在本单元后面开发的模型的重要资源。
识别相关现象
第三个要素包括帮助学生将现象与他们自己的经验联系起来。教师鼓励学生在尝试解释现象时引入相关的经验。例如，在试图弄清楚唱片的不同部分如何播放不同的声音时，一个小组提出了八音盒的相关现象，其中不同长度的金属片敲击“凸起”以发出不同的音符（这个想法在学生稍后调查音高时将非常具有启发性）：
Mark：我们小组的 Amy 和 Derrick 正在谈论唱片上的凸起，以及我们说的针如何击中凸起并产生不同声音的振动。我知道的一个例子是，就像，你知道一个八音盒。我记得里面有其中一个部件。有一个把手，你可以转动它，还有这些呃非常长的……长的金属片，它们会撞击这些凸起，它会产生不同的曲调，就像[唱歌]哒-嘟-哒-嘟-哒-哒-哒-哒-嘟……可能就是这样，撞击凸起并产生振动。
B 老师：那么为什么它有不同的声音呢？
Mark：嗯，可能是因为长度……或者……大小……？
这些材料提示学生报告他们自己生活中与他们试图解释的内容相似的经历：“进一步思考你从远处听到不同声音的其他一些经历。利用这些经验尝试生成一个声音现象的列表，我们也希望在我们的单元中解释这些现象。”在我们的研究课堂上，学生们提出了各种各样的经历，例如听到卧室窗外树叶移动的声音，从房子的不同楼层听到吸尘器的声音，一个学生的母亲在楼下听到她打电话的声音，以及在桥下、水下、车内或声音传播路径上有其他物体时听到的声音。这拓宽了对锚定现象的质疑和意义建构，并将学生调查的内容与他们自己的经历联系起来。锚定现象起着催化剂的作用。它不是班级将试图解释的唯一事物，甚至可能不是最核心的事物。学生的经历成为将科学与他们的生活联系起来的背景。
确定问题和调查思路
一个关键步骤是利用学生关于锚定现象和相关经验的对话来阐明一系列要探究的问题。他们的问题代表了他们为了解释迄今为止讨论的现象而决定要弄清楚的内容。班级构建了这些问题的公共表示，这些问题成为前进的任务。在声音单元中，学生提出个人问题，然后作为一个班级分享它们，以建立一个驱动问题板（Driving Question Board，DQB）（Weizman et al., 2010）。当每个学生分享一个问题时，有类似或相关问题的其他学生可以链接进来，将他们的问题放在附近。在本单元中，教师支持学生将问题组织成簇，作为该过程的一部分。表 3 显示了来自声音课堂的学生提出的问题样本（补充材料中有更多示例）。
表 3. 驱动问题板中的问题示例
声音是由粒子构成的吗？
我们如何控制我们声音的音量？
是否有某些分子将声音传到我们的耳朵？
我们如何听到耳机里的声音？
我们如何在水下听到声音？
当你离声音更近时，为什么你能比离得远时听得更清楚？
为什么我们在演奏乐器时会感觉到振动？
为什么有些音符比其他音符音调更高？
为什么声音发生时我们能立刻听到？
为什么我们在录制自己声音的视频时听到的声音与我们实际听到的不同？
圆锥体如何使你的声音更大？
为什么有些物体只发出一种声音？
为什么有些年龄组的人听不到更高的声音，比如狗哨声？
振动与声音有什么关系吗？
为什么不同的人听起来不同？
锚定现象程序的这一要素还包括学生集思广益，思考他们可以调查其问题的方法。学生集思广益，思考来自现象的哪些类型的证据可以帮助他们取得进展。我们并不期望学生在这一点上拥有完全开发完美设计的调查的资源。学生需要学习新的科学工具，以便从现象中收集证据。然而，思考什么会说服他们，即使他们不确定如何收集这些证据，也能帮助学生对他们结果的意义建立更深入的理解。如果我们能够有效地预测学生的问题以及相关的证据类型，那么教师就可以将可用工具呈现为学生追求自己关于证据的想法的方式。
让我们考虑一下学生在声音课堂中产生的想法。一名学生建议“使用不同的物体并观察它们的声音”。另一名学生补充道：
Kristen：嗯，我们可以找一件乐器，看看它能发出什么类型的不同声音。
T 老师：你们听到 Kristen 说的了吗？……我们已经讨论过发出不同声音的东西。Kristen 的想法是让我们拿来一堆不同的乐器并演奏它们。然后观察它们，对吧，并试着判断——等等，为什么这些会发出不同的声音，对吧？你们当中有音乐家愿意这样做吗？
另一名学生建议调查音量：“我们可以播放三种不同的噪音，轻柔的、中等的和响亮的噪音。我们可以站在外面的大厅里，看看噪音能传播多远。”学生们提出的这些和其他想法与课程材料旨在支持的调查非常吻合。比较不同物体发出的不同声音和比较不同乐器的想法是常见的建议，可以帮助学生弄清楚振动与声音的产生有关。该单元还包括对导致声音变大或变小的原因以及为什么声音的音量会随着距离的增加而减小的调查。表 4 显示了我们其中一个研究课堂中学生提出的调查想法。
表 4. 调查想法
使用不同的物体——观察它们的声音
使用不同的物体——不同的音量
慢动作视频
用我们自己的声音作为声音
研究耳朵各部分的结构和功能
更近距离地观察唱片
联系扬声器、扩音器的发明者或制造商，以便我们弄清楚它们是如何工作的
将人们安置在不同的区域并设置不同的测试（距离、音量、不同的声音）
引入不同的乐器
锚定现象程序适用于各个年级段。在四年级单元《为什么有些东西被冲上海滩而有些则没有？（Why do some things wash up on the beach and not others?）》中，锚定现象包括一篇新闻文章，讲述了一个装满数千袋薯片的拖车大小的集装箱在被冲上海滩，几天前，一个捕鱼小组看到这个集装箱漂浮在海上（McGill & Novak, 2019）。学生们开发了一个初步模型来解释储存容器是如何被冲到岸边的。学生的模型通常包括波浪或风，但他们不同意波浪如何使重物移动或为什么它最终会出现在海滩上。当分享水使物体移动的相关经验时，一名学生提到了和他爸爸一起划皮划艇以及海浪如何不断将他们推向岩石的经历。另一位提到在海滩上丢失了护目镜，后来发现它们被冲到了岸上。几名学生描述了一只受伤的海豚是如何被冲上岸的（这只海豚的救援是他们看过的一部电影的主题）。这组更广泛的例子补充了学生在调查水波如何形成以及它们如何表现时试图解释的内容。
一个关于自然选择的高中单元以一个患有抗生素耐药性感染的青春期女孩的锚定现象开始（Inquiry-Hub Partnership & NextGen Science Storylines, 2018）。学生们发现对抗生素产生耐药性的细菌感染病例一直在增加。他们试图模拟细菌如何使人生病，以及抗生素如何起初可能有所帮助，然后对患者失去作用。这导致班级提出要调查的问题。这种现象被用作探索生物群体（即细菌）如何通过自然选择过程随时间变化的背景。
支持个人联系和公平参与
通过与科学的个人联系，锚定现象程序在支持学生科学工作中的能动性方面发挥着核心作用。虽然最初的锚定现象是由教师（与教学材料一起）引入的，但由此产生的工作包含了学生声音的强烈存在。学生引入他们自己的个人经验和先验知识来提出问题，并应用他们所理解的知识来解释他们生活中的疑惑。因此，锚定现象不仅仅是“激励”科学。有意义地参与科学实践意味着学生可以看到他们正在做的工作将如何帮助解决他们认为相关的问题。学生们不是因为粒子碰撞和能量转移（基本机制）是重要的科学思想而被告知要学习声音，而是努力解释他们自己日常生活中制造和感知声音的经验。
一个核心目标是支持那些被传统科学教育边缘化的学生的联系。为了选择现象，我们进行了调查，提出了多个候选现象，并按种族、性别和家庭语言分析了兴趣数据（Penuel et al., 2018）。我们优先考虑少数族裔青年、女孩和性别非二元学生以及新兴的多语学生最感兴趣的现象。然后，通过相关现象进行扩展，旨在使所有学生都能够通过引入他们自己生活中与声音相关的经验来参与，而不是优先考虑那些可能已经遇到过正式科学概念或遇到过（但不一定理解）诸如“声音通过声波传播”等科学事实的学业成功的学生。
教师在实施锚定现象程序中的作用对于公平参与至关重要。教师需要将学生定位为知识构建中的合作作者，并建立起每个学生都为该过程带来重要智力资源的期望。这涉及到构建任务，以便所有学生都能为确定单元方向的问题做出贡献（Reiser, Brody, et al., 2017）。在开始调查之前支持学生开发现象模型需要将每个学生定位为知识构建者，而不是必须首先向专家学习才能进行科学工作的人。该方法不会以延迟学生应对具有挑战性的现象和问题的机会的方式“预先加载（front load）”词汇或内容。如果成功，所有学生都不会将科学视为与现实生活分离或将其视为“其他学生”的事情，而是会看到他们在科学中正在研究的是真正弄清楚他们在自己生活中经历过的事情，并且可以利用他们已经理解的关于这些经验的知识作为资源（Calabrese Barton, 1998）。虽然起点来自课程材料中的锚定现象，但班级致力于弄清楚的内容是由学生根据他们自己的经验，用他们自己的话语构建的。
支持学生的能动性需要在学生的想法和教师确定单元需要发展的方向之间进行持续的协商（由于责任压力）。开放地接受学生自己的问题可能会导致一些问题，而单元资源并不能直接帮助学生解决这些问题。通过迭代设计，我们发现我们可以预测大多数学生问题的科学焦点。然而，教师可能需要让班级专注于他们提出的现象中属于教学焦点的要素。例如，一个声音单元的学生问“鲸鱼会使用回声定位吗？”在该单元中，学生们确实弄清楚了动物或其他物体在空气或水中感知声音和发出声音必须具备什么（某种可以振动的东西），但鲸鱼解剖结构的具体细节并未涉及。尽管可能无法完全解决所有学生的问题，但目标是让学生感觉他们在集体任务中发挥了作用（反映在驱动问题板上），并且他们已经回答或在他们自己的问题上取得了真正的进展。事实上，来自五个声音单元教师课堂的后期学生群体的exit tickets（每隔几节课收集一次）显示，大多数学生都相信班级会在他们的问题上取得进展（Zivic et al., 2018）。
导航程序：确定后续步骤
确定后续步骤是体现学生认知能动性的连贯性的关键要素，但它也是许多课堂中最不可能发生的要素。管理知识构建涉及一个持续的过程，即弄清楚课堂社区在其进展中所处的位置（反思）并弄清楚他们下一步需要去哪里（计划）。在一节课开始时，班级会考虑他们在知识构建中停下来的地方以及存在哪些待解决的问题或出现了哪些障碍。然后他们向前看，找出他们需要去哪里解决这些问题。在课程结束时，班级进行反思，以弄清楚他们已经完成了什么以及出现了哪些新问题，并考虑他们在下一节课中应该去哪里。这种持续的导航工作提供了一条线索，使课堂的进步成为构建一个不断展开的“故事”的过程，而不是进行一系列仅通过一般主题联系起来的课程（“我们正在做一系列关于声音的实验”）。
声音单元的学生最初关于调查的头脑风暴提供了丰富的可能方向来源。学生们想“更近距离地观察唱片”和“使用慢动作视频”。老师在第二节课开始时建议他们从“放大”的想法开始。学生们用放大镜放大了唱片，注意到唱片表面的一些线条看起来与其他线条不同，从而提出了新的问题。老师建议更近距离地放大以调查这些线条，并提供了显微图像来这样做。学生们发现唱片上的凹槽不是光滑的通道，而是有凸起，并推测针撞击这些凸起是产生不同声音的原因。老师建议他们继续他们之前关于慢动作的想法，并提供了一个针在凹槽中的慢动作视频。学生们观察到针沿着凹槽移动并左右晃动，并推测凹槽中不同的图案会导致针产生不同的振动，从而产生不同的声音。
故事线利用学生在一节课中弄清楚的内容来建立对下一节课的需求。老师（利用课程提示）问学生，他们是否认为其他产生音乐的东西也会来回移动以发出声音。这个新问题与学生之前提出的检查乐器的想法联系起来。在第三节课中，学生们亲自动手探索了现场乐器，并调查了乐器发出声音的慢动作视频。学生们开始构建一个模型，在这个模型中，一个非刚性物体来回振动以发出声音。这些导航显示在故事线表示中（图 1）。每一行都显示了学生调查逻辑的另一步，从导致围绕现象和问题进行实践的问题，到学生在那节课中弄清楚的内容。到下一节课的导航显示为从一个步骤的“我们弄清楚了什么”端到下一节课问题的箭头。每一次调查都源于锚定现象或前一节课的问题，学生弄清楚的内容会引出后续的课程。
图1. 声音故事线的第一部分，重点关注声源处的振动（第1-7课）
通过导航支持学生的连贯性和公平性
我们将导航视为故事线方法的核心。故事线反映了一种承诺，即使用学生的问题和已识别的问题作为他们科学和工程工作的目的。导航支持并使这些联系可见。例如，建议引入乐器的学生有机会在调查本身中利用他们自己的经验。学生可以看到他们自己经验中的想法是推动调查议程的一部分，而不是仅仅由一门学生可能不认同的学科来推动解决问题，这有可能消除一些学生感受到的与科学的脱节（Tan & Calabrese Barton, 2010）。
导航需要教师具备技巧，能够响应学生的想法，并将他们需要达到的目标与学生的问题和直观的解释联系起来（Berland et al., 2020），并避免过早地“纠正”替代想法，直到班级可以用证据反驳或改进它们（Campbell et al., 2016）。它还要求教师持续地引出和利用日常现象，以帮助理解学生在课堂上看到的内容，因为学生的理解在不断发展（Warren et al., 2001）。
事实上，几乎所有声音单元的学生都在整个单元中（在exit tickets上）报告说，他们知道为什么他们在课堂上做了当天所做的事情。一个挑战是，很少有学生报告知道他们班级下一步要去哪里（Zivic et al., 2018）。在对其他故事线的研究中，我们发现教师在成功地引出和纳入所有学生的想法进行意义建构和确定方向方面存在差异（Alzen et al., 2020）。教学材料和专业学习支持的一个持续挑战是支持教师引出和有目的地利用那些声音不太可能在讨论中被听到或被他人接受的学生的想法。
整合程序：组装科学思想和实践
NGSS 中连贯性的一个关键特征是科学思想的逐步组合（Schwarz et al., 2017; Windschitl et al., 2008）。每一项新的调查都会产生另一块拼图，并可能提出新的问题。在关键时刻，学生需要综合他们已经弄清楚的关于现象或问题的各个部分。学生们将各节课中形成的想法组合起来，并尝试合作开发一个适用于他们迄今为止遇到的各种现象的产品（模型、解释、设计）。这通常涉及教师促进全班共识讨论，汇集学生的想法，充当记录员来代表正在形成的共识，并帮助班级确定任何存在分歧的领域。
在声音单元中，当学生们将他们从调查中得出的结论汇集起来，解释乐器的一部分（吉他弦、音叉的尖齿、鼓面）如何振动产生声音时，第一次“整合”课程就发生了（有关他们构建的模型的详细信息，请参见“质疑”部分）。在随后的调查循环中，学生们详细阐述了该模型，以解释振动如何变化以产生不同的音量和音高，并解释声音如何通过介质中的粒子碰撞传播。学生们将这些想法整合起来，对新的现象进行建模，例如，构建一个粒子碰撞模型，说明敲击鼓如何导致空气粒子将能量传递到碗上的保鲜膜，使其振动并使糖弹跳（补充材料图 S3）。
将各个部分组合在一起的例程还可以帮助学生将他们的模型扩展到更个性化的语境中。例如，自然选择 故事线要求学生利用他们在设计挑战中所获得的知识，开发一个信息图表，以帮助其他人了解不服用完整剂量抗生素的危害（补充材料，图S4）。
在整合过程中支持学生的连贯性和公平性
将各个部分组合在一起的协作性质可以为拥有不同优势和观点的学生提供机会，让他们为课堂的智力工作做出有意义的贡献。为了让所有学生都能参与对话，教师需要支持学生使用他们感到舒适的语言和话语风格来表达自己的想法。这个过程确立了所有学生的共识以及课堂得出此结论的证据。教师在整个课堂集体中进行确认，确保这些想法不仅仅是某些人的想法，并且每个人都同意所提出的想法。课堂规范应确保课堂包含所有学生的声音，以便课堂集体成为共识的作者（Michaels & O’Connor, 2012）。
为了让知识构建能够解决认知不公正问题，制定关于如何在构建和批判知识时关怀和尊重他人的明确规范至关重要（Krist, 2020; Krist & Suárez, 2018）。我们制定了一套课堂规范，旨在促进这种关怀和尊重意识（Krist 等人，2016；OpenSciEd，2019），基于先前的工作，这些工作表明对规范的明确关注可以促进更公平地参与知识构建（综述见 Windschitl & Calabrese Barton，2016）。这些规范包括一些明确与公平相关的规范，例如“我们控制自己说话的时间”，“我们鼓励那些我们还没有听到他们发言的人”，“我们认识到并重视人们以不同的方式思考、分享和表达他们的想法”。这些规范在学年开始时引入，并由教师强化，并在整个教学材料中被引用。
我们通常看到在故事线课堂中，有大量的学生表示他们与同伴大声分享了自己的想法，并感到他们的想法被听到了（Zivic 等人，2018）。然而，一项针对使用故事线的教师进行的全国性研究发现，不同课堂在学生对知识构建的贡献程度以及他们的想法被倾听的感受方面存在差异（Krumm 等人，2020）。在一些教师的课堂中，只有一小部分学生表示他们为班级在解释目标现象方面取得的进展做出了贡献，而在其他教师的课堂中，大多数学生都有贡献。这项研究发现了种族与学生感知到的贡献之间的关联，少数族裔学生报告的贡献水平略低。这些都指向了一些必须解决的持续挑战，以促进认知公正。
质疑：推动学生深入探究
在一个单元的关键节点，在学生们在整合知识方面取得一些进展之后，教师可能需要推动学生更深入地探究。这可能包括问题化（problematizing）（Reiser, 2004），即教师强调一个问题，帮助学生发现课堂当前理解中的问题或差距。这可以通过培养和利用新出现的分歧或引入一个具有挑战性的新现象来实现。
在“声音”单元中，问题化策略被用来推动学生将他们关于声音作为振动的模型进行归纳。综合前三节课的发现（图 1），学生们开发了一个模型来解释乐器如何发出符合他们发现的声音。学生们达成共识，乐器在以重复模式运动时发出声音，教师建议将其标记为“振动”。他们将这种运动建模为从物体（吉他弦、鼓面）上的力开始，然后变形，弹回到起点，然后每次循环以递减的弧度重复，直到它最终停止并且声音停止。然后，学生们使用这个模型来解释乐器发出声音的不同情况。
此时，教师引导全班退后一步，提出关于他们的模型在乐器之外的普遍性的问题。教师推动学生思考该模型是否可以应用于所有在施加力时发出声音的物体，例如敲桌子或走廊里的脚步声。学生们首先单独对一个书面提示“所有物体在发出声音时都会来回振动吗？”做出回应，然后讨论他们的回应。
Sean：我说所有的东西都有至少一点振动，甚至是我们的手指敲击桌子或其它东西的时候。[另一名学生用手指敲击桌子] 只是发出一点声音。
T老师：好的，告诉我，告诉我们你说的手指敲击桌子是什么意思。
Sean：嗯，一个声音的例子是当你敲击桌子时 [敲击桌子] 你可以听到声音。但真正的问题是，你的手指真的在振动吗？还是它们只是停在那里，而桌子在振动？
T老师：嗯。那么，你认为答案是什么？
Sean：我认为我们的手指和桌子，桌子在振动。
T老师：那么，你也认为桌子在振动？那么，你认为这张桌子是可弯曲的，像弹簧一样。我们可以弯曲它 [按压桌子]，然后它会恢复到原来的形状？是吗？[看着全班] 你们怎么看？……这个地板[在地板上跺脚] 你们认为我们把它弄弯了吗？或者它变形了？[几名学生在地板上跺脚] 你们中的一些人说“是的，我完全相信。” Aaron 你在摇头说“不”。
Aaron：这有点像，这就像，嗯，如果你在地板上用链锯，它会裂开，但如果只是人们在上面跺脚，我认为它不会。就像它可能会有一点裂缝，但是……
教师没有解决这种分歧或鼓励学生坚持他们的模型，而是引导了分歧。她通过提出关于桌子和地板是否会变形并弹回的问题（“这个地板，你认为我们能弯曲它吗？”）来挑战 Sean 关于所有物体都会振动的观点。她注意到一些学生似乎不相信，并继续追问全班的想法。另一名学生，Julio，反对所有物体都通过变形来发出声音的观点——“因为大多数发出声音的物体都是固体，而一些固体可能非常坚固，根本不会移动。” 全班意识到每种选择都有令人信服的论据。教师建议他们需要进行调查来解决这个问题并扩展他们的乐器模型。然后，学生们开始研究这个问题，使用教师提供的工具来调查实心桌子在被敲击并发出声音时是否真的会振动。他们确定它确实以肉眼看不见的方式振动（第 4 课，图 1）。
在我们高中的自然选择故事线中，我们引入了一个新的现象来挑战学生扩展他们的模型。学生们已经弄清楚了在环境挑战（使用抗生素）存在的情况下，细菌种群如何随着时间的推移逐渐发生变化，其中能够更好地生存和繁殖的幸存者将其特征遗传下去，从而增加了它们在种群中的频率。然后，教师提示全班同学思考其他生物种群是否也会发生类似的变化，并使用课程材料中的资源来介绍一个新的种群变化现象。课堂上弄清楚了这个案例，并将他们的自然选择模型扩展到复杂的多细胞生物。
通过质疑程序支持连贯性和公平性
问题化和整合信息的例程旨在使学生更清楚地了解通往科学概念的路径，而不是偏向那些可能已经接触过规范科学概念或可以更快地跳到这些推测的学生。重点是通过解释与现象互动产生的证据，逐步发展解释性概念。已经拥有部分“正确答案”并不是重点。这个过程不仅仅是综合目前为止最好的解释，而是专注于建立一个论证链，说明为什么班级对这个解释有信心，以及他们是如何排除其他想法的。
这种方法说明了教师和学生共同的认知能动性。虽然问题化通常是由教师发起的（利用材料中的提示），但它将学生模型中潜在的分歧或模糊性带到表面。然而，教师并没有简单地告诉学生何时需要进一步调查，而是通过提出具有挑战性的问题，让学生参与进来，认识到还有更多的工作要做，并参与决定承担这项工作。
问题化还旨在帮助学生将知识构建视为渐进的过程，并在这个过程中逐渐适应不确定性。在整个故事线中，学生们经历了多个循环，逐步构建模型，然后发现需要修改或扩展这些模型的方式。他们接受问题和难题，然后努力思考如何推进这些问题的解决，这是学科实践的一个关键要素 (Manz, 2015a, 2015b)。他们体验探索多个候选模型，并需要在有原则的争论中参与，以在它们之间做出决定 (Berland 等人, 2016; Passmore & Svoboda, 2012)。学生有机会“学着去接受并重视在科学中表达自己困惑的作用” (Watkins 等人, 2018, p. 573)。
问题化实践的实施给教师和学生带来了挑战。学生需要学会不同意但要保持尊重。这需要学生表现出相当大的脆弱性（Krist, 2020），以及学生愿意改变想法并挑战自我的规范。我们的课堂规范资源提供了一种支持教师培养这些条件的方法，但这需要教师具备利用课堂中不同想法（包括分歧）作为资源的能力（Rosebery 等人, 2010）。
讨论
在本节中，我们将回到驱动故事线方法的能动性与责任性之间的张力，并思考这种方法如何试图协调这些张力。最后，我们对教师的角色和教师学习提出了一些启示。
认知能动性与伪能动性的困境
我们的目标是赋予学生作为一个学习者群体以认知能动性，使他们将自己的科学工作视为解决他们的问题、难题和想法。我们认为，这种能动性对于“框架”愿景至关重要，并且可以作为支持公平努力的一个组成部分，吸引和赋能那些在科学课堂上不受欢迎的学习者，并重新构建科学，使其能够解决他们的想法和关切。
我们对教师实施和学生体验故事线的研究表明了这种方法的前景。在本文介绍的示例中，学生围绕锚定现象展开的工作为更一般的科学问题增加了情境化，将锚定现象的起点细化为与学生生活相关的问题。学生们感觉到他们的想法被听到了，并且相信他们的课堂能够解决他们的许多问题。初步研究结果表明，在专业学习支持（暑期学院和专业学习社区会议）下，刚接触这种方法的教师在培养学生的能动性方面取得了一些成功（Alzen 等人，2020；Zivic 等人，2018）。还需要进一步的研究来探索学生的声音在单元中超越特定设计特征（如锚定现象例程）的程度，并检查实施过程中支持学生感知到他们参与设定课堂方向的具体措施。还需要研究来探索该方法的可扩展性，并探索提高学生的认知能动性所带来的学习结果。
作为预先计划的序列，并且在责任性的压力下，邀请学生参与设定班级将要调查的方向可能会遇到挑战。我们同意 Miller 等人 (2018) 提出的担忧。学生们可能会想，如果老师已经准备好了下一节课的实验材料，为什么还要问班级下一步该去哪里。我们并不是建议教师假装在学生讨论之前没有计划课程。我们不希望学生感到他们关于下一步方向的想法的邀请是不真诚的，因为课程已经计划好了。这种平衡很微妙。我们的想法是让学生参与思考他们需要去哪里，并让他们意识到弄清楚他们班级下一步需要什么的好处，即使教师和课程已经预料到一些资源将有助于实现该目标。
我们的承诺是让学生参与确定需求以及如何取得进展。思考一下前面的问题化示例。事实上，教师和学生在这个决定中都起着关键作用。教师向学生提出挑战，让他们思考课堂上开发的模型是否适用于其他在被敲击时发出声音的物体。随着分歧的出现，学生们确信这是一个他们需要调查的问题。他们对于如何确定桌子在发出声音时是否振动并没有成熟的想法。虽然仪器是教师建议的，但它是为了回应学生们确定的需求。将这种共同构建与在乐器振动共识模型之后的课程进行对比，在后者中，教师告诉学生她有一种仪器可以用来证明除了乐器之外的其他物体也会振动，而没有首先确定这种需求。
除了在导航和问题化方面的共同构建之外，故事线策略旨在增加学生的声音，即使是以计划的轨迹为骨干。故事线例程被设计成使课堂能够构建他们自己版本的原始轨迹，将例子情境化，并用他们自己的问题和经验构建想法。
教师和课程材料的互动
实现故事线例程的要求对教学实践和课程材料设计都提出了关键的要求。在故事线的实施中，我们看到了以 Remillard (2005) 为特征的“参与关系”。课程材料列出了一个合理的现象和挑战的递进过程，以构建目标概念。教师利用讨论指导和示例提示等资源。但是教师需要根据学生提出的具体想法来调整这些资源，调整何时以及如何进行推进和指导。教师指南并不是一个脚本，因为在实施过程中，导航、意义建构和所有讨论都需要根据学生的想法和问题动态地进行构建（Berland 等人, 2020）。
这种课程材料的方法对教师提出了新的要求。教师需要对教学原则有深入的理解，因为实施这些例程需要根据教师自己课堂中讨论轨迹的具体情况来进行。教师需要调整材料以适应课堂中的想法，同时关注故事线逻辑中的教学步骤。此外，教师需要善于尊重和利用学生的想法。最重要的是，教师需要能够培养支持这种知识构建工作的课堂文化。
总之，我们的目标是在学生的兴趣、想法和学习目标之间的“重叠”区域开展工作。如果“框架”成功地选择了满足“在多个科学或工程学科中都很重要”以及“与学生的兴趣和生活经验相关或与社会或个人关注相关”这两个条件的学科概念（National Research Council, 2012, p. 31），那么这个重叠区域可以成为锚定故事线的有效场所。我们认为，“框架”愿景要求在这个重叠领域开展工作，因为另一种选择是引入不相关的目标概念，而不尝试建立这些联系。
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