生物学教师概念教学知识要素的研究

李明玉 刘恩山

(1 首都师范大学教师教育学院 北京 100048； 2 北京师范大学生命科学学院 北京 100875)

美国《科学素养的基准》提出“2061”计划，旨在提高人们在科学、数学和技术方面的素养，以帮助人们生趣盎然地、负责任地和富有成效地生活。2016年9月13日，《中国学生发展核心素养》研究成果在北京发布，核心素养以培养“全面发展的人”为核心，将科学精神素养作为六大素养之一，进行重点强调。

而科学内容知识(scientific content knowledge)作为课堂教学中的重要组成部分，在提升学生科学素养中一直发挥着重要作用[1]。《义务教育生物学课程标准(2011 年版)》在实施建议中明确提出：“关注重要概念的学习”，认为生物学重要概念处于学科中心位置，包括了对生命基本现象、规律、理论等的理解和解释，对学生学习生物学及相关科学具有重要的支撑作用。《普通高中生物学课程标准(2017年版)》进一步强调概念作为生物学科结构的主干部分，重视学生生物学大概念建构与获得。可见，概念教学已成为生物学教学的核心内容。

概念教学研究在国外起步较早，2011年版初中课标颁布以来，在国内引发广泛关注，研究多集中于学生错误概念的挖掘、概念转变策略的综述、围绕具体核心概念的教学以及概念筛选与进阶等。而有关教师概念教学知识方面的研究，还是一个十分薄弱、有待发展的领域。

鉴于此，本文以我国某二线城市初中生物学教师为例，拟讨论以下四个问题： ①理论上，哪些知识应该是初中生物学教师概念教学必备的知识要素；②统计学意义上，这些知识是否可以称为初中生物学教师进行概念教学必需的知识要素；③这些知识要素之间可能的逻辑关系如何？④这一研究结论对教师专业发展有何启示，及有哪些待进一步解决的问题。

1 教师概念教学知识要素圈定

国内外对于教师知识的研究，可以追溯到20世纪80年代。但由于多种原因，学界仍未对“教师知识”的概念达成共识。主要分为两个学术阵营： 学科取向的“内容知识”和实践取向的“默会知识”。

而在内容知识研究中，学者对于教学内容知识(pedagogical content knowledge, PCK)归入范围的划分有所不同，由此进一步演化为两个学术派别分支： 一个是以舒尔曼(Shulman)[2]和鲍尔(Ball)[3]观点为代表，强调将PCK归入教师内容知识(content knowledge, CK)的静态知识要素；另一个则是以舒尔曼1987年及后续学者的观点为代表，强调独立于CK的动态性PCK。

笔者以教师教学必备知识为出发点，依据鲍尔等人对教师CK要素的划分，从概念教学角度讨论教师的内容知识，对教师的概念教学知识进行了划分和界定： 以一般性概念知识、特殊性概念知识、关于学生和概念的知识、关于概念和教学法的知识，分别来标识教师的科学概念一般掌握度、科学概念职业化掌握度、错误概念探查方法以及转变策略驾驭的成熟度[4]。

1.1 一般性概念知识 它是教师对于科学概念掌握程度的反映。有研究表明，学生错误概念的一个重要来源是教师的错误概念。所以，这一知识要素是促进学生概念学习的前提和基础。它属于Ball所说的一般内容知识(common content knowledge)范畴，为了研究方便，在此将其命名为(common concept knowledge, CCK)。

1.2 特殊概念知识 它是教师对于前概念与科学概念之间本质差别的一种诠释，是教师职业所特有的知识，区别于一般概念知识，是教师洞察学生错误概念的依据。同时包括教师对前概念定义、特性及作用等方面的理解，在某种程度上教师对于前概念本质的理解，潜在地影响着教师的教学取向，它决定着教师是否会对前概念在学生学习中的阻碍作用加以重视，涉及学生的学习成效，同时也涉及教师对自身科学概念理解水平的元认知，影响着教师的专业发展。

它属于Ball所说的特殊内容知识(special content knowledge)范畴，在此将其命名为(special concept knowledge, SCK)。

1.3 关于学生和概念的知识 它是教师关于学生前概念水平的知识。例如，某一主题内容对不同背景、年级学生的已有知识基础和认知水平而言，它的难易程度如何，学生一般会在哪个科学概念的理解上产生前概念，产生什么样的前概念，用什么方法能够探查到学生的前概念。

它属于Ball所说的内容和学生知识(knowledge of content and student)的范畴，在此将其命名为(knowledge of concept and student, KCS)。

1.4 关于学生和教学法的知识 它是教师关于转变学生前概念策略的知识，指在特定情境下，教师对概念转变策略的掌握、运用情况。它属于Ball所说的内容和教学法知识(knowledge of content and teaching)范畴，在此将其命名为(knowledge of concept and teaching, KCT)[3]。

基于前人的主要观点和学术立场，笔者将这四个要素回归到教师的学科内容知识中去，以便表达这四个要素与教师CK和PCK之间的关系(图1)。

图1 概念教学知识各个要素与PCK关系图注： PK——教学法知识，TK——技术知识

基于以上对四个要素的划分和内容的圈定，本研究推测，这些知识要素之间是一种层层递进的逻辑关系(图2)： 首先，教师本身要拥有一个较高的科学概念理解水平；然后，才能发现学生前概念的本质，推断可能产生前概念的原因，并且他们还应持有一种建构主义的教学观，能够充分地认识到前科学概念在科学概念形成中的严重的负面作用；进而，他们才会产生去了解学生已有想法的动机，试着去学习或运用相关的前概念诊断方法来确定和深入了解学生的前概念，这样他们才可能在关注的基础上获取、收集到一些学生前科学概念的信息；最后，他们才会去思考如何将这些信息利用到实际的教学中去，才产生对相应的概念进行转变的策略、教学方法的学习和运用热情；最终才有

图2 概念教学知识各要素关系图

可能帮助学生逐渐转变前概念中错误的理解。

2 初中生物学教师概念教学知识测查工具的编制

在阅读大量相关文献的基础上，结合Treagust[5]编制的光合作用和呼吸作用主题相关的二阶测试题目，又增设了除了CCK对应题目之外的、与其他三个概念教学知识要素相对应的题目，对初中生物学教师概念教学知识水平进行探查。

2.1 测查问卷的效度检验 采用专家评审的“量化分析方法”来进行效度检验,编制效度检验的调查问卷，将测查问卷的各道试题与其预期测查的教师概念教学知识一一对应，然后对测查的每一题目按照与其预期测查的概念教学知识之间的相关程度,用四点量表进行判断。“1”表示完全无关；“2”表示有点相关；“3”表示相关密切；“4”表示完全相关。其中前两项为弱相关，后两项为强相关。请两位评价者各自独立完成工作后，形成表1： 在25道题目中，2位专家给出的强相关评价为24道，弱相关1道。

表1 教师版问卷内容效度表

由此得出内容效度系数=24/(0+0+1+24)=0.96。根据一般知识测查问卷的效度检验要求，效度系数在0.70以上属于可接受范围。由检测可见，测查问卷的试题均能考查教师的概念教学知识。

2.2 测查问卷的信度检验 因为该问卷中包含了多种题型，其记分方式并非单一的非对即错，而是属于多重记分。例如，问卷中的第一、第三大部分采用的记分方式就从0到3之间的一系列值。因此，对于此问卷信度的检测，采用了克朗伯奇(Cronbach)α系数来计算信度，得到的值为0.843。通过以上对教师问卷效度、信度的检验，可以确定教师版问卷是比较有效和稳定的。

学生版问卷则是Treagust英文直译问卷，经由至少6名专家、4名一线教师意见反馈、数次修正，对教师所教学生学习成效进行测查。

3 教师概念教学知识的实然统计学检验

学生的学习成效是评价教师教学水平的一个重要标准，在此利用SPSS软件对教师概念教学知识的四个要素(CCK、 SCK、 KCS、 KCT)与学生学习成效之间的关系进行了统计分析，以此来进一步确定，是否如我们之前推测的那样，这四个知识要素是初中生物学教师概念教学知识中的必需要素。

3.1 初中生物学教师概念教学知识四个要素与学生学习成效相关性分析结果 首先利用了开发的教师概念教学知识测查问卷对初中生物学教师的概念教学知识进行探查，然后采用SPSS软件进行统计分析，分别对教师概念教学知识四个要素得分和所教学生学习成效之间的相关性进行分析。结果表明，一至四要素(CCK、 SCK、 KCS、 KCT)与学生的学习成效的显著度水平呈现出高度的正相关(sig1=0.00, sig2=0.00, sig3=0.00, sig4=0.05)，且教师问卷四要素总分(CK)与学生学习成效的显著度水平也呈现出高度的正相关(sig=0.00)，按常理可以推知教师知识对于学生学习成效的影响，一定要高过学生成效对于教师知识水平的影响；而且，从学生问卷调研结果可以看出学生错误概念的前三个来源分别为： 自己的推理和判断、初中生物学教师、初中生物学教材，自己的推理和判断只能说明学生对相关科学概念的了解水平较低而导致回答错误，而后两者才能够真正体现出学生对科学概念产生错误理解的来源。

由此可见，教师的概念教学知识的这四个要素对学生的学习成效影响较大，在教师概念教学中发挥着关键作用。量化的结果，从很大程度上支持了我们最初的对概念教学知识要素应然的划分的假设，即初中生物学教师概念教学知识中必需CCK、 SCK、 KCS、 KCT这四个要素。

3.2 初中生物学教师概念教学知识四个要素之间相关性分析结果 我们对教师概念教学知识一至四要素(CCK、 SCK、 KCS、 KCT)的两两要素之间的相关性进行SPSS统计分析。结果发现，两两要素之间存在着显著正相关关系(均为sig=0.00)，且分别对相邻的两要素的因果关系进行回归分析，结果发现第一个要素与第二个要素(sig=0.045)、第二个要素与第三个要素(sig=0.00)、第三个要素与第四个要素(sig=0.00)之间均存在着显著的因果关系。由此本研究认为它们之间很可能是我们先前推测的一种层递的逻辑关系。

4 结论与建议

在过去的30多年中，涌现出了大量关于学生错误概念的研究，为“概念转变而教”的口号轰轰烈烈、随处可见[6]。然而美国国家科学教育标准(NSES)中有一段这样的叙述：“在教师专业发展培训中，我们应该像关注学生一样关注教师的前科学概念，关注他们原有的知识经验和教学经历”[7]。有学者认为科学教师的前概念水平，(即CCK水平)是影响前概念探查方法(KCS)、概念转变策略(KCT)运用效果的主要因素，这也与本研究关于四要素间层递关系的论证相呼应。而科学概念的获得有赖于科学方法的建构与运用，最后形成科学的思维方式，达到生物学科素养的养成与实现[8]。

因此，无论是科学教师的职前教育还是职后专业发展培训中： 首先，要重点关注科学教师的错误概念；其次，要努力研发科学教师错误概念诊断的方法、工具；最后，尝试探索针对性强的科学教师概念转变的策略。

本研究第一次尝试将教师的概念教学知识进行了要素的划分、内涵的界定以及各要素间关系的论证。但是对于各知识要素的丰富内涵及其他知识要素的发掘还有赖于相关研究的延续。