我国科学教学与国际接轨了吗？——基于科学教学研究者视角的文本分析

首 新 陈明艳

（1.重庆师范大学科技教育与传播研究中心 重庆 401331；2.重庆市渝北区中央公园小学 重庆 401120）

普遍认为，现代科学教育始于20 世纪50 年代［1］，而我国的科学教育则是在 20 世纪 80 年代与国际科学教育接轨，开始融入国际科学教育主流。但直到21 世纪初，我国的科学教育研究才逐渐得到一些学者的关注，并作为一个研究领域成立了科学教育学会、科学教育研究所、科学教育本科专业等。教育研究的目的是批判性地告知教育测量和教育决策，以提高各级各类教育行动［2］，即一方面科学教学研究帮助教师提高其课堂教学实践，以便更好地适应“提高学生科学素养”培育者的角色，另一方面科学教育研究者需要为教育决策者提供帮助。本文的目的在于为研究者呈现国际科学教学研究现状及趋势，并运用文献计量分析的方法，呈现我国科学教学研究现状，以比较的视角审视我国科学教学的发展。

一、科学教学改革的历史与发展

以科学课程改革文件为媒介，近50 年的科学教学改革可划分为三次浪潮。

第一次科学教学改革浪潮始于美国和西方对国家科学和技术水平的担心。当时苏联卫星发射成功，其他国家认识到这种差距正是由于科学教育落后所致，当时的科学教学过分强调记忆科学事实，于是第一次改革转向让学生理解基本的科学概念、科学过程、学科结构等，同时，学者们也在追求科学课程与教学的理论支持，其中最显著的是引进当时的心理学理论。20 世纪60 年代的科学教学研究主要受两种不同的心理学理论影响：第一种是描述性行为主义（Descriptive behaviorism），其核心理念是“刺激—反应”机制，即通过操作性条件作用来塑造行为，这时学习被认为是学习者对外界刺激的反应，而忽略学习者到底是如何学习的，如此发展起来的教学模式如程序教学、用于评价学生学习结果的多种选择问题教学等。另一种是认知发展理论，即关注学习者认知发展的各个阶段，如科学教学中科学主题的安排序列、课本的建构框架序列等。

第二次科学教学改革始于1983 年，美国国家教育优异委员会发表题为“国家处于危险之中：教育改革势在必行”的报告。De Jong（2007）认为，这次改革主要是想扭转学生消极的学习状态，转向让学生积极参与学习过程，提倡科学学习与日常生活联系起来，如科学学习的概念转变过程、开展开放式的探究课题等。与此同时，心理学理论也有所发展，心理学家们不仅关注学习结果，而且把更多的兴趣放到了学习过程本身，其中认知心理学中的发现学习理论、学习的信息加工机制被广泛应用于科学教学研究中。这两种理论促使科学教学开始关注“创造积极的学习过程”［3］来促进科学实验教学，也产生了一些科学教学模式，如学习环。同时，与上文指出的利用多重选择问题来评价学生的科学学习结果不同，这时教师们开始尝试利用问答的形式来了解学生的学习过程。

第三次科学教学改革始于20 世纪90 年代末，当时人们对过分强调概念理解、概念转变过程不满，这源于把个体的社会和文化背景分离于概念理解过程，虽然学习概念时会提供生活背景，但所给的背景与理解概念本身缺乏相匹配的联系。于是，建构主义、STS议题、社会文化理论、文化历史理论等理论被广泛运用于科学教育研究并作为其理论基础开拓了新的研究方向。同时，20 世纪80 年代兴起的计算机辅助教学仍然发挥着生命力，并随着网络技术的发展，给科学教学研究提供了另一个平行发展的视角。三次科学教育改革及其理论基础如表1 所示。

表1 科学教育改革及其理论基础

科学教学改革推动了科学教学研究，科学教学研究也为科学教学改革开拓了新方向，随着国际科学教学改革与科学教学研究的相互促进，逐渐发展成了一个独立的学科研究领域。Fensham（2004）认为，一个独立研究领域的确立主要包括三个基准：结构性基准、内部研究基准、结果性基准，并指出一个发展良好的研究领域应包括六个要素：有完整的教授任命制以获得学术认可、有研究性学术期刊、建立专业学会、定期举行学术会议、建立研究中心、制定培训计划发展新的专业研究人员。现当代科学教学研究始于美国，早在20世纪70年代美国就注意到科学教育的重要作用，但其作为一个独立的研究领域却经历了30 年的发展才成熟。目前，大部分发达国家的科学教育已成为一门独立的学科，但我国的科学教育还没有成为如Fensham所描述的结构良好的独立研究领域。2000年，在教育部基础教育课程研究中心的资助下，广西师范大学科学教育研究所成立；2002 年，重庆师范大学开设了科学教育本科专业，部分高校陆续开设了科学教育硕士、博士学位课程；2009 年，中国教育学会科学教育分会成立；2010 年12 月，学会开始定期举行学术年会，随后，学会主办了一系列与科学教育相关的学术会议①，但我国有影响的科学教育学术刊物尚待创立，研究者只能在教育类相关期刊发表学术成果。

二、国际科学教学研究的主题变化

了解国际科学教学的现状和趋势，一些学者主要从研究结构入手，如上述科学教学改革阶段的划分、学术环境的发展变化，这可以详细了解科学教学研究的范围和变化过程。另外，可以对科学教学研究文献进行计量分析，了解研究主题的变化。

早期的研究发现，科学教学研究已经从非生态的实验研究转向生态化的科学观察和描述，对师生访谈及基于此的文本分析成为普遍的研究范式。随后，学者们对这种转变而产生的研究质量进行了分析，Rennie（1998）认为，提高对定量研究结果的解释形式和呈现方式有助于打破科学教育研究与实践的鸿沟。［5］

通过对1998—2007 年发表在国际科学教育期刊 IJSE（International Journal of Science Education）、JRST（Journal of Research in Science Teaching）和 SE（Science Education）上的内容进行簇族分析［6］［7］，结果显示，科学教学实证研究占大多数并且多采用定量分析方法；主题分析显示，这些研究普遍关注的是“学习背景”“科学教学”，而“学习概念”“与科学教学相关的文化、社会、性别差异”等内容呈下降趋势；从高被引文献来看，论证教学已成为一个热点研究内容。De Jong（2007）也采用了类似的内容分析方法，对 1995 年和 2005 年发表在 JRST、IJSE 和SE 上的论文进行了主题划分分析。［8］结果显示，研究主题从“学生的科学概念”“科学教学实践”“教师CK 知识”转向“教师 PCK 知识”“STS 和学习背景”“科学教学实践”；深入内容分析发现，基于科学教育研究项目的设计式的教学研究是其研究设计趋势，其次，多样化的数据定量分析工具被不断引入研究分析过程，另外，科学教师教育研究更加关注教师在培训项目中的参与度以及对科学课程改革的看法。张月夏（2010）用科学计量学的方法对1990—2007 年 IJSE、JRST、RSE（Research in Science Education）、SE 期刊上的文献进行了内容分析。［9］结果显示，主题“概念转变”“概念图”是研究者最感兴趣的方向，但在21 世纪初有所下降，主题“教师专业发展”“科学本质与社会科学议题”“概念转变和类比”逐渐受到关注。从高被引文献来看，科学教育所寻求的理论基础已形成了一个簇群，如建构主义学习理论、认知心理学、教育学以及科学哲学。

上述对科学教育研究主题的划分，主要有两种路线：一是根据国际科学教育会议主题来对文献进行主题分类，如李旻宪（2009）等所依据的是美国国家科学教学研究协会2000—2003 年召开的年会划分主题，De Jong（2007）则兼顾了美国国家科学教学研究协会年会主题和欧洲科学教育研究协会一年两次的研讨会主题进行划分。另一种是对每篇文献归纳和概括，并基于相关性集合成较大的簇，再根据簇的相关性组成主题簇，最终形成主题划分，如上述张月夏（2010）运用科学计量学技术依据主题相关性而划分的研究主题。

基于不同的方法和个人的看法，研究者们进行了不同的分类，综合他们的文本分析结果，我们发现，科学教学实践（如发展学生的各项科学技能、教学评价）仍然是当前及今后一段时期热点研究领域。同时，研究者更加关注科学教学情境以及科学教学前学生所处的社会、文化背景；科学教师教育及其专业化发展（如PCK、教学经验、教育理念）也受到越来越多的关注；20 世纪90 年代普遍关注的“概念转变、概念学习”主题研究受到冷遇，取而代之的是对科学论证教学的研究。最后，科学教学所依据的理论基础有所更新，并呈现多样化，如认知心理学、科学哲学、建构主义学习理论、文化历史理论等。

三、我国科学教学研究的主题变化

应用科学计量学的方法对近10 年（2010—2019）教育学领域CSSCI 期刊中“科学教学”相关文献进行关键文献分析，寻找国际科学教学研究背景下我国科学教学研究的理论基础、实施策略以及现状。我们发现，我国科学教学研究形成了“一核心三外环”的研究结构，即以科学教育为核心，内环主要围绕科学教学的内涵、外延开展研究，构成了基本的主题框架，中环主要以“介绍美国科学教学、我国科学教师研究”为主，边缘结点构成了分散的外环（如STS、STEM 教育、社会科学议题、科学教材等），展示了我国研究者对国际科学教学研究新近主题的关注，具体分析如下：

（一）科学教学及其内涵的研究

2010 年以来，我国研究者吸收了大量国际科学教育研究范式，对科学本质、科学探究、HPS、科学素养、概念转变、科学教学的核心概念等进行了相关研究。

“科学探究教学”研究也成为一个小聚类，并吸收了“作为实践的科学”这一新理念，为科学探究教学中实现科学方法、教师发展、体现科学本质提供了新的研究方向。美国科学教学研究对我国科学教育学者有重要的影响，一些学者从不同方面介绍了美国科学教学现状，其中影响最大的是2013 年美国国家研究理事会制定的《新一代科学教育标准》，该文件成为我国学者挖掘美国科学教学新动向的重要媒介。同时，也有学者从文化的视角探讨了中美科学教学的差异、非正式科学教育、美国科学教育政策等。

（二）科学教师研究逐渐得到重视

2002 年我国设立了科学教育本科专业，至今已培养了大量的科学教师，科学教师研究也随之发展，但科学教师研究并没有形成像“科学探究教学”那样的聚合结点，其研究主题仅仅包括科学本质观、PCK、小学科学教学等。随着“国培计划”10 年对各级各类科学教师的参与式培训，研究者还需要关注“科学教师”这一主题。

（三）紧跟国际科学教学的新动态

我国学者积极关注国际科学教学的前沿研究内容，如“论证”“模型”“社会性科学议题”“STS 议题”“非正式科学教育”等。但同时也应该看到，这部分研究者仅仅停留在引入层面，并没有进行相关内容的实证研究和深入的内涵分析，这体现了研究水平的差异。当然，从结构上看，我国科学教学研究尚需丰富（如前所述），这需要培养更多的研究者，并从制度上保证科学学科的可持续发展。另外，我国研究者还关注科学教学与人文、信息技术等的联系，这种跨学科的视角丰富了科学教学理论，扩大了研究范围。同时，从不同民族的文化层面、不同个体所面临的文化差异来探讨科学教学逐渐受到关注，这能够解决我国多元文化背景的科学教学现实困境。

四、结果与讨论

（一）寻求科学教学的多元化理论基础

从上述三次改革浪潮可以看出，国际科学教学不断革新自我的理论基础，经历了从行为主义、认知发展理论、发现学习理论到建构主义、科学哲学基础、社会文化理论的多元化发展。目前，研究者正在挖掘文化历史活动观下的科学教学过程。

历史文化活动理论下的科学教学改变了科学素养“个人拥有”（如个体科学素养、个体对科学本质的认识）的特征，这时的科学学习是自然发生的、集体中生成的、分散式的现象。“分散式”指的是一种形势特征而非单独个体，“集体中生成”是指科学教学是以集体特征的形式展现相互作用而不能简化到单独的个体，“自然发生”是指发展背景下科学教学所展示的某种特征。另外，针对科学概念，文化历史活动理论框架下的知识观与个人建构主义所认为的“知识是不连续的、可试验的认知实体”不同，文化历史活动理论把知识置于、分散于活动之中，并认为知识是集体的、分散式的认知实体。这时，知识或概念就不应被缩减到个体，或分解成各个元素，而应是整个实践产生的突现特征。

有研究者用文化历史活动理论解释“科学素养”的形成过程，Roth（2003）曾做过一项研究［10］，当地居民与科学家讨论当地水资源短缺问题，科学家提出了相关建议但都被当地居民否定了，因为居民认为科学家的建议并不能及时解决当时的问题。这时，当地居民的提问与科学家不适当的回答，以及居民拒绝建议的行为都可解释为他们不太理解合适的科学方法，但在文化历史活动理论框架下，则会产生不同的结果。因为科学素养被理解为科学家和居民共同的实践过程，在这种情境下，科学家并没有特权来决定具有科学素养的公民需要什么，也不能决定居民使用什么知识，居民和科学家是相互作用，共同塑造构成科学素养的科学知识。

我国对科学教学的理论研究还停留在科学哲学、多元文化层面，这无疑阻碍了我国科学教学研究的发展，我们应该从维果茨基的文化历史活动理论挖掘科学教学的理论依据，填补理论上的空白。

（二）关注科学教学的实验干预研究

我们不应仅仅停留在介绍国外科学教学理念、政策等层面，除了介绍之后给予少量建议之余，还应该进一步进行教育实验或教学干预。教育科学研究的价值理念是“价值中立、可验证性、实证方法中心”，因而，科学教学研究要将概念还原为直接的经验，由经验事实来验证概念的正确性（价值中立）；要探讨科学教学事实之间的因果联系，可实施重复验证和研究推广（可验证性）；要确定研究科学教学问题使用的方法，凡是“能允许进行实证研究”的科学教学问题要少进行一些概念的思辨（实证方法中心）。实现这三个价值理念的媒介便是教育实验或教学干预，我们可从中考察我国学生在某些教学模式、教学主题下的现状水平、发展路径，进而构建我国学生科学学习的学习进阶。另外，科学教学研究的新近主题，如科学论证、学习进阶、SSI 议题、非正式科学教育、科学本质等本应该是实证研究的热点，却仅仅停留在概念引入、内涵辨析层面，实质上，这并不能帮助教师在教学中实施这些理念，必须要有教育实验结果的支撑，才能编制我国学生的学习进阶路径、开发科学论证教学模式、设计SSI 议题课程、拓展非正式科学教学等。

（三）加强科学教师教育研究

目前，科学教师教育研究更加关注教师在培训项目中的专业知识变化及发展。普遍认为，SMK 是PCK 体系中的桥梁，能促进教师PK 和CK 的融合，最终促进科学教师PCK 的发展。随着信息技术融入科学教学，PCK 又转化为TPACK 体系；另一视角，学科文化知识（Cultural Content Knowledge，CCK）又扩充至PCK 体系，对科学教师的文化使命与责任、科学本质观、知识更新提供了新的研究方向。

另外，教学经验、教育理念方面的研究主要是构建专业信念与教学实践的关系。一种观点认为二者之间有很强的线性相关关系，教师信念会影响教师怎么教和为什么教。如Driel（2013）等研究显示［11］，教学和学习的信念、课程内容信念和教育信念能相互作用并最终形成合力影响教师的教育教学；另一观点认为教学实践受众多因素影响，教学信念是其中一个重要的影响变量。如Lumpe（2012）等人的研究显示，教师的信念还和学生的学习情况、课堂实践、课程材料、学校支持、学生背景等变量有关。［12］

我国的科学教师教育研究主题主要集中于科学教师的PCK 体系、科学本质观、现状调查等，很少涉及基于培训项目的生态化研究。“国培计划”已有10 年，我们需要探讨项目中的各种培训内容、方式是否有助于科学教师的专业发展，为基于设计的项目式研究提供数据支持。另外，我国还缺乏有关科学教师教学信念、教学实践的研究。

（四）紧跟科学教学研究前沿

如前所述，我国研究者积极关注国际科学教学的新动态，并拓展科学教学的跨学科研究。但事实上，这些内容多为表层的研究。例如，我们找到2010 年以来我国非正式环境下的科学教学文献共18 篇，但介绍美国K-12 教育经验的占到44%。这种“介绍式评说”并不能推动我国科学教学与国际接轨，只会产生“跟进国际科学教学理念”的假象。因此，我们必须要在介绍经验的基础上开展开发研究，把这些研究动向与科学教学实践结合起来，用干预的结果考察效果。

五、结语

通过对比分析国内外科学教学研究主题，我们发现，相比国际科学教学研究，我国研究者能紧跟国际科学教学前沿，特别是欧美等发达国家的科学教育研究，我国研究者已基本对科学教学的基础研究内容有所涉及，但是，有关科学教师的研究仍然较少。而且，对国际科学教学前沿内容我们不应仅仅停留在介绍层面，后续的研究应该是与我国科学课程与教学结合起来，并以教师教育研究为突破口，服务于科学教学实践。

注释：

①如科学教育学科与专业建设研讨会、全国科学教育专业师范生教学技能创新展示活动、科学特级教师及名师论坛等。