教师话语策略与学生科学推理学习的关系——基于全班对话的实证研究

赵 楠， 裴新宁

(华东师范大学教师教育学院，上海 200062)

一、问题的提出

科学推理是科学思维的重要组成部分，众多国家将科学推理作为中小学科学教育的基本目标和重要内容。[1-2]我国教育部2018年颁布的自然科学类普通高中课程标准(物理、化学、生物)，也把科学推理列为科学思维和学科核心素养的关键成分。但是，我国现行的国家及地方课程文件尚未对科学推理能力作出明确定义，也没有给教师开展科学推理的教学提供具体建议。

已有研究表明，发展儿童科学推理能力的理想方式是探究教学，[3]但其教学效果受到教师指导的影响；[4]并且，科学推理学习需要结合领域知识并依赖于大量专门情境中的训练。[5]在众多影响因素中，语言是科学思维的中介和管道，而教师语言是教师指导的最主要手段，[6]学生的科学推理能力受课堂中教师话语质量的直接影响。[7]然而，已有研究主要聚焦针对小组探究的干预场境，对自然的全班教学中教师话语策略与学生科学推理学习的关系鲜有观照。今天探究式教学已成为我国一些地区科学课堂的显性特征，且在“为学生赋权”等理念的感召下，课堂对话逐渐从“教师中心”转向“学生中心”，[8]但是对“学生中心”理念的误解及引致的低效不乏存在，多将其简单归为教师话语数量的减少，[9]且课堂研究主要围绕师生间社会关系的流动，而很少关注教师话语的质量及其关联的学生的意义理解。笔者想追问的是：在“学生中心”的课堂中，教师到底要不要说、该怎么说？教师话语策略与学生科学推理学习之间有着怎样的关系？

针对上述背景，本文的具体研究问题是：在全班对话中，教师话语策略与学生科学推理学习之间是否存在关联以及存在何种关联？期望本文对我国当下“学生中心”的课堂变革中科学推理的教学研究与实践有所启发。

二、文献综述

(一)科学推理能力及影响因素

如何提高学生的科学推理能力，是国际科学教育的一个研究热点。本研究所指的科学推理能力，是个体对理论和证据进行区分和协调的思维技能。[10]科学推理是科学哲学、认知心理学和教育学共同的研究主题，一般认为科学推理贯穿于整个科学探究过程，包括构建假设(hypothesis construction)、实验(experimentation)、循证推论(evidence evaluation and drawing inferences)三个阶段。[11]构建假设指围绕研究问题，通过类比和演绎推理产生能被检验的假设的过程；实验是收集证据的过程；循证推论则是通过逻辑和归纳推理，评价证据并得出推论的过程。[12]

在现有文献中，影响科学推理能力的因素分为非课堂因素和课堂因素两方面。大量研究证实，非课堂因素如学习者的年龄、性别、文化背景等会影响学生的科学推理表现，[13]然而这些因素是学校教育不能改变的。相比之下，学习材料、教师、教学环境等课堂因素则是学校教育可以改变的。雷斯尼克(Lauren B. Resnick)等学者综合大量研究发现，科学推理能力需要通过较长时间的社会化(socialized)过程才能习得，而精心设计的讨论式课堂(discussion-based classroom)能将科学推理的话语实践渗透到学生的日常学习中，更为适合培养学生的科学推理能力。[6]

在诸多课堂因素中，课堂对话质量尤其是教师话语质量是影响学生科学推理学习的关键。[9]然而，如何在加强学生科学推理方面更好地运用教师话语策略，仍然困扰着当前研究者。因此，教师话语对学生科学推理学习的影响，成为研究的一个焦点。

(二)教师话语策略与学生科学推理学习的关系

近二十多年，国际学习科学共同体持续关注教师话语策略与学生科学推理学习的关系。相关研究集中于两种课堂对话场景。一是小组对话场景。此类研究一般利用准实验法，揭示理论上有效的教师话语策略对小组推理学习的影响。此类研究发现，某些教师话语策略能有效推进小组推理进程，包括提醒注意现象、要求学生解释，以及利用他人观点等。[14-16]二是全班对话场景。小组学习场景并不能代表学校教育场景的全部，在东亚、北美和欧洲，大班教学仍然大量存在。因此，从20世纪末起，默瑟(Neil Mercer)、雷斯尼克、豪尔(Christine Howe)等一批学者的研究团队把目光转向全班对话研究。[17-19]后者的研究一般在不施加干预的教学场景中，通过大样本研究揭示全班对话中教师话语策略对学生科学推理学习的影响。相较前者，后者的研究更具现实意义且难度更大。

然而，已有研究对全班对话场景下师生话语关系的解释十分有限。近两年，开始有学者转向研究小组对话场景下对学生科学推理学习有用的教师话语策略，是否适用于全班对话场景。2019年初，英国剑桥大学教育对话研究中心(Cambridge Educational Dialogue Research，CEDiR)的豪尔、默瑟等学者在国际权威期刊《学习科学杂志》(Journal of the Leanring Sciences)上联名发表了基于72节课、9952话轮的大样本研究成果。该研究发现，在全班对话场景中，教师“要求学生解释”的话语策略与学生的学习成绩存在正相关，但并未发现这些策略与学生的科学推理成绩有相关关系。[20]作者呼吁未来研究要寻找能衡量学生科学推理学习效果的其他指标，以优秀的教学案例为对象，深入研究全班对话场景中不同类型的教师话语策略对学生科学推理学习的影响。

(三)我国科学教育领域中的相关研究

21世纪初的新课改以来，我国科学教育研究开始关注科学推理的相关议题，研究主要集中于三方面：一是对国外科学推理能力培养方式的引介；[21]二是科学推理能力的测评工具开发和现状调查；[22]三是探索学生年龄、专业、性别等非课堂因素对科学推理能力的影响。[23-24]相关研究为科学推理能力培养的政策制定提供了域外经验和现状参考，但仍不足以解决教师层面教学策略缺乏的现实困境。总体上，中国情境下探讨课堂因素对科学推理学习影响的研究仍较为缺乏，基于实证的调查更是少见。

本文选取我国科学推理教学的代表性案例为研究对象，根据国际学界提炼的教师话语策略并基于我国课堂教学文化境脉构建课堂对话分析的概念框架，采用混合研究方法，讨论在全班对话中，教师话语策略对学生科学推理学习的影响。

三、研究设计

(一)理论基础

本研究选择学习的社会文化观作为基本理论立场，并认为语言是推理和建构知识的基本工具，科学推理可以通过参与探究和课堂对话而习得。[25]社会文化观关注学习的社会方面，强调知识来自于语言中介的交往。由此出发，科学学习是一个“话语推论的”过程(discursive process)，学习者、工具和环境之间的社会性互动中介学习的发生。[26]课堂对话是帮助学生独立处理知识、共同表达知识和协作学习的工具，学会像科学家一样“说话”和“思考”，这其中必然涉及科学语言的内化过程。[27]因此，语言的科学性可以用作衡量科学推理能力的指标。[28]

本研究认为，科学推理学习的本质是一种逐渐内化的社会性过程。在话语丰富的全班对话中，有效的教师话语策略能够帮助学生逐渐习得科学推理能力。因此，本研究立足学习的社会文化观，结合已有研究成果，将语言的科学性水平作为衡量学生科学推理能力的指标，以此探查教师话语策略对学生科学推理学习的影响。

(二)研究对象的选定

本研究选取能代表我国优秀科学推理教学的典型案例为研究对象。笔者研究团队以教育部“一师一优课，一课一名师”项目的大量课例为研究素材，通过视频分析发现，只有少数部/省优级的科学探究课在教授科学推理，并且，这些优秀教师能在全班对话中赋予学生科学推理的机会，由学生完成与科学推理本质有关的重要环节。这一发现为本文研究对象的选择划定了范围。为了增强所选课例的代表性，经团队专家集体审议，制定了教学案例选择标准，包括：(1)教学任务指向科学推理，学习活动包含构建假设、进行实验和循证推论三个阶段；(2)具备“学生中心”的课堂对话特征，[29]学生是假设和推论的提出者，他们有机会主动提取知识、完整呈现自己的主张，学生的不同观点之间存在互动，且最终主张是通过互动产生的；(3)与推理有关的全班讨论时长占课堂总时长三分之二及以上。研究团队经过分析教案、观看视频、专家讨论等多轮筛选，最终从上海市省/部优初中化学课中，筛选出符合上述标准的教学案例共两节课。所选案例的基本情况为：执教教师章老师和黄老师均为公办初中的女教师，学生共计66名(章老师班36名，黄老师班30名，章老师和黄老师均为化名)；教学任务都是围绕化学核心知识(物质提纯或化学实验中的气压变化)构建假设，并根据实验收集的证据得出推论；在40分钟的课堂中，全班讨论分别是27分钟和28分钟。

(三)话语编码工具的建构

在小组推理学习研究的基础上，本文作者使用国际上较为成熟的课堂话语分析工具，探查全班对话中的师—生话语关系。首先，根据萨马拉蓬加万(Ala Samarapungavan)等人用于分析小组推理学习的教师话语类别、[16]吉利斯(Robyn M. Gillies)团队用于分析小组语言科学性的学生话语框架[28]编制初始编码工具，并对50%的话语样本进行预编码。然后，根据预编码的结果对初始编码工具加以修订，最终构建出本研究的师—生话语编码工具(参见表1和表2)。其中，教师话语策略包括管理任务、引出学生知识、明示关键知识、要求学生解释、提示注意现象、利用他人主张和其他等7种；学生语言科学性包括沉默、是/否、日常语言、科学语言初级、科学语言中级、科学语言高级和其他等7个水平。

表2 学生语言的科学性水平编码

(四)数据收集和处理

本研究共收集到师生话语678条，教师话语占60.77%，学生话语占39.23%。全班讨论环节的师—生对话总时长55分钟，共271话轮(以说话者转换识别)，并根据推理任务属性被划分为构建假设(实验之前，共137话轮)、循证推论(实验之后，共134话轮)两个阶段。视频被全部转录为文字后，由本文两位研究者进行独立编码。评分者之间具有良好的评分信度(Spearman等级相关系数为0.854)，分歧之处经讨论达成一致。因为所选课例的编码指标在统计上不存在显著差异(两个编码工具的独立样本t检验p值分别为0.173、0.532)，所以将所选课例作为一个总体样本进行统计推断。

本研究的师生话语编码均为定性变量，适合采用卡方检验和对应分析进行统计推断。对应分析(Correspondence Analysis)是一种基于因子分析的多元统计方法，它能够把不同的样本和变量绘制在同一降维空间内，常被用作定性变量的关联分析。[30]本研究利用SPSS 23.0软件进行数据处理。首先，通过卡方检验推断教师话语策略对学生语言科学性的整体影响。接着，通过对应分析和教学片段的内容分析，共同揭示推理任务不同阶段下师—生话语的依存关系，以及对学生语言科学性起主要作用的教师话语策略。

四、研究结果

(一)教师话语策略的种类及其与学生语言科学性水平的关联

1.教师大量使用要求学生解释和关联知识的话语策略

由表3可知，在全班对话中，教师话语策略频率最高的为“要求学生解释”(33.9%)，其次是“明示关键知识”(28.4%)、“引出学生知识”(18.8%)，表明在科学推理教学中，教师倾向于使用要求学生解释和关联学科知识的话语策略。由表4可知，科学语言“初级”的频率最高，科学语言三个水平的总频率(59.7%)约是日常语言(10.0%)的6倍，表明在全班讨论中，学生大多能使用科学语言表达自己的想法。此外，在推理的不同阶段，教师话语策略的侧重有所不同，学生语言的科学性水平也存在差异。构建假设阶段“明示关键知识”的教师话语频率较多，“中级”水平的学生科学语言较多；而循证推论阶段“提示注意现象”的教师话语频率较多，“高级”水平的学生科学语言较多。

表3 教师话语策略分布及对比[频次(百分比)]

表4 学生语言科学性水平分布及对比[频次(百分比)]

2.教师话语策略显著影响学生语言的科学性水平

对不同教师话语策略和学生语言科学性水平进行卡方检验，结果显示构建假设和循证推论阶段的费希尔精确检验值分别为74.797和87.412，显著性均为0.000。这说明在全班对话的不同阶段，教师话语策略均对学生语言科学性的影响存在显著差异。

(二)对学生语言科学性起作用的教师话语策略

卡方检验只能说明总体上两变量之间存在着某种明显的依存关系，不能展示分类变量各类间的关系。[31]所以，本研究剔除与推理学习无关的话语编码(教师话语的T1和T7类，学生话语的“其他”)，采用对应分析技术进一步揭示师—生话语之间的具体关联。

对应分析结果显示，构建假设和循证推论阶段第一、第二维度的惯量累计贡献率分别为0.902和0.883，说明二维对应图能够解释90.2%和88.3%的数据变差，这是比较理想的。从总体上观察图1(a)、1(b)可知：(1)T2、T5位于纵坐标中心线一侧，T4、T6位于另一侧，这说明不同类型的教师话语策略之间存在较大差异，“提示注意现象”“引出学生知识”较为相似，“要求学生解释”“利用他人主张”较为相似；(2)T2与“初级”汇聚，T4出现在“中级”附近，这说明“引出学生知识”的教师话语带来“科学语言初级”水平的学生话语的比例要高于其他水平，“要求学生解释”的教师话语带来“科学语言中级”水平的学生话语的比例高于其他水平。

图1 对应分析图

为了揭示究竟哪些教师话语策略对学生语言的科学性起作用，下文将进一步挖掘对应图的数据信息，并结合师—生对话的内容分析加以说明。

1.构建假设阶段

(1)“引出学生知识”“提示注意现象”的教师话语策略，只能帮助学生正确使用学术词汇，却不能帮助学生提出合理假设。

由图1(a)的第三象限可知，“初级”与T2、T5关联密切，说明在构建假设阶段，教师采用“引出学生知识”“提示注意现象”的策略，容易带来“科学语言初级”水平的学生语言。

章老师课的话语内容分析支持了上述发现。由表5可知，教师询问学生“与生成假设有关的知识”(01)或让其猜测“与检验假设有关的现象”(10、16)，有助于学生调用先前知识(02、11、17、18)，但这种交流仅停留在规范使用学术词汇层面。

(2)“要求学生解释”的教师话语策略对学生语言科学性起主要的推动作用，它能促进学生将概念性知识与预想结果联系起来，给出合理假设。

对应图的向量分析揭示了对学生语言科学性起主要推动作用的教师话语策略。在图1(a)上，先从原点向“高级”做向量，而后从不同的教师话语散点向这条向量及延长线做垂线，如垂点越靠近向量正向，则表示该垂点对应的教师话语策略对科学语言“高级”水平的学生话语影响越大。可见，垂点距“高级”向量正向最近的教师话语是T4，说明“要求学生解释”的教师话语对“科学语言高级”水平的学生话语影响最大。

话语内容分析为上述结果提供了细节支持。由表5可知，教师要求学生详细解释“构建假设的依据”，不断推动学生在概念性知识与可被观测的证据之间建立关联，直至提出完整假设。这种教学互动激起了师—生有关方法取舍、条件控制等重要问题的深入讨论。当教师要求学生解释方法取舍的理由时(06、08)，学生能将选择缘由与结晶原理联系起来给出完整解释(07、09)；当教师要求学生解释不能蒸干的原因时(12)，学生能将预想结果与蒸发原理联系起来给出合理的命题(13)。

2.循证推论阶段

(1)“引出学生知识”的教师话语策略只能帮助学生正确使用学术词汇，而“提示注意现象”的教师话语策略则可能带来日常语言。

由图1(b)的第一象限可知，在循证推论阶段：(1)T2与“初级”关联密切，说明教师“引出学生知识”的话语策略倾向于引发“科学语言初级”水平的学生回应，这与构建假设阶段的结果一致；(2)T5与“日常”关联密切，说明“提示注意现象”的教师话语容易带来日常语言，这与构建假设阶段的结果不同，在图1(a)中T5则离“日常”较远。

表5 师—生对话片段一(构建假设阶段)

s黄老师课的话语内容分析支持了上述结果。由表6可知，当教师引出学生“与推论有关的先前知识”时(35)，学生能用学术词汇复述概念知识和答题套路(36)，却不能将气压变化与化学反应联系起来，得出科学的推论；当教师提问“与推理有关的现象”时(20)，学生基于日常观察而不是科学观察作答(21)。

(2)“要求学生解释”“明示关键知识”的教师话语策略对学生语言科学性起主要的推动作用，它们能引导学生发现日常推理与科学推理的差别，并有效推动学生协调证据和主张，得出科学的推论。

根据对应图1(b)的向量分析可知，垂点距“高级”向量正向最近的是T4和T3，说明“要求学生解释”“明示关键知识”的教师话语策略对“科学语言高级”水平的学生话语影响最大。可见，与构建假设阶段相比，循证推论阶段对学生语言科学性起主要推动作用的教师话语策略除了“要求学生解释”，还有“明示关键知识”。

话语内容分析为上述结果提供了细节支持。由表6可知，教师使用“要求学生解释”“明示关键知识”的话语策略，有助于学生意识到自己推理的矛盾之处，在证据与知识或主张之间建立关联，直至得出合理的推论。如当学生基于常识推理时(21，23)，教师没有立即纠正，而是顺着学生思路追问原因(22，24)，待其完整陈述观点后(25)，才要求其解释自己的推理是否合理(26，28)，此时学生能发现自己推理的矛盾之处并加以修正(27，29)。又如，当教师以类比方式提示推理所需的关键知识时(39)，学生能把实验证据和概念性知识联系起来产生合理的推论(40)。

表6 师—生对话片段二(循证推论阶段)

综上，本文明确了教师话语策略与学生科学推理学习的关系。图2总结了上述研究结果。

五、研究结论

本研究基于学习的社会文化观，探索了教师话语策略与学生科学推理学习之间的关系，并试图回答在“学生中心”的课堂中教师话语究竟要不要说和如何说的问题。综合对师—生话语的量化和内容分析，得出以下研究结论。

第一，在自然的全班教学中，教师大量使用要求学生解释和关联领域知识的话语策略，引导学生对科学推理过程展开深入讨论，并且教师话语策略与学生语言科学性之间存在显著关联。

本研究发现，在科学推理不同阶段的对话中，“引出学生知识”的教师话语策略总是与正确使用学术词汇的学生话语关联密切，而“要求学生解释”的教师话语策略总是与使用命题式证据的学生话语关联密切。为何会产生如此大的差别？究其原因，可能与我国科学课堂的话语文化(discursive culture)有关。话语文化会影响课堂对话的质量。[6]本研究筛选出的优秀课例虽具备“学生中心”的课堂对话特征，但师—生话语的对应关系依然受限于“教师权威式”话语文化，学生习惯用词组回应提问，只有在被要求提供解释时才以句子形式作答。

已有研究仅从时间比、频次比角度研究师—生话语关系，如萨马拉蓬加万等认为，教师话语策略发挥了一种元认知指导的作用，可能会引导学生更多地解释自己的推理过程，[16]但该研究并没有发现二者存在关联的确凿证据。本研究综合师—生话语的量化与内容分析，不仅区分了教师话语策略的类型，还进一步揭示了不同类型的教师话语策略与学生科学推理学习存在密切关联的事实，结论有助于增强对“学生中心”的全班对话中教师话语策略的理解，丰富师—生话语关系的相关研究。

第二，在全班对话场景中，要求学生解释的教师话语策略对学生科学推理起主要推动作用。

本文结论与小组对话场景的已有研究既具有一致性也有不同。首先，本文的数据发现契合了小组对话研究中的一些观点，即教师“要求学生解释”“利用他人主张”“提醒注意现象”的话语策略能有效推动学生小组的推理进程。[15-17]其次，本研究还进一步发现，切换至全班对话场景后，只有“要求学生解释”的教师话语策略对学生语言的科学性起主要的推动作用。对此的解释是，在全班对话场景中，后两种教师话语策略的使用频次不高，使得它们发挥不出明显的推动作用。因此，本研究揭示了小组对话场景下教师话语策略的适用局限性，凸显了全班课堂对话中师—生话语关系的特点。

本研究还从两方面发展了全班对话场景的相关研究。在测量方法上，豪尔等人所使用的科学推理测试题偏重测量通用的推理技巧，并不能代表学生科学推理学习的全部结果。[22]本研究根据学习的社会文化观，引入学生语言的科学性作为实证变量，多元化了科学推理学习的测量指标。在师—生话语关系规律上，已有研究发现教师“要求学生解释”的话语策略与学生推理测试成绩不存在相关关系，[22]而本文改变了这一研究认识，发现教师话语策略对学生科学推理学习起主要的推动作用。可能的解释是，教师在聆听学生解释的过程中，能够“看到”学生的理解或误解，并据此适时提供脚手架式的言语指导，这也体现了语言在实现集体认知和构建个体思维中的重要作用。[26]

第三，教师话语策略的作用与科学推理活动的本质是一致的。

本研究发现，教师话语策略在“学生中心”的课堂发挥着重要作用。在科学推理的不同阶段，同一类型的教师话语策略对学生语言科学性的作用并不相同，但其具体作用与推理活动的本质相一致。以“要求学生解释”为例，在构建假设活动中，其作用是帮助学生将理论与可能被观测的证据之间建立联系；在循证推论活动中，其作用则是帮助学生发现自己推理的矛盾之处，并配合关联知识的话语策略，共同推动学生将观测到的证据与知识主张之间建立联系。这符合科学推理活动的本质，即构建假设是从理论出发，生成能被检验的假设；而循证推论则是依据知识主张来评价证据，产生推论。[12]研究结论有助于唤起我国探究式课堂对教师话语质量的关注，并借此提升学生科学推理学习的效率。

六、结束语

学生科学推理能力发展受多重因素制约，课堂对话特别是教师话语策略，已成为关键的课堂影响因素。本研究通过课堂对话的实证分析，从学习的社会文化观解析了教师话语策略在学生科学推理学习过程中的作用。研究结论在话语策略层面为教师开展科学推理的教学提供了参考。在设计课堂对话时，教师需要增加对科学推理学习起主要推动作用的话语策略，避免单纯缩减教师话语量或降低师—生话语频次比的低效行为。在全班讨论中，教师需要调整对话策略，赋予学生知识建构和推理学习的自主权，避免直接告知学生推理的结果。