国际科学教育中科学教师SSI教学知识的研究进展与启示

邴 杰，刘恩山

科学教育的重要目标是培养学生的科学素养，越来越多的国家和地区将科学素养作为其科学课程的培养目标，科学教育领域关于科学素养内涵的理解随着时代的发展发生了显著变化：从仅关注学生对科学内容和实践知识的理解，到关注科学知识在日常生活中运用的能力[1]。科学与技术的发展促生了一系列与之相关的社会性科学议题（SocioScientific Issues，简称SSI），围绕SSI开展SSI教学对于培养学生的科学素养具有重要作用，尤其可以将SSI中蕴含的与道德、伦理、文化差异等内容与学科教学有机整合[2][3]。多国将SSI及其教学引入其科学课程标准，作为培养学生科学素养的重要情境载体，我国最新版和修订版的普通高中课程标准中，如生物学、化学等学科都首次提到与社会相关的科学议题是培养学生核心素养尤其是科学思维和社会责任的重要载体[4]。

在科学教育领域中，科学教师将SSI应用到教学中还面临着诸多挑战[5]。SSI教学中教师需要帮助学生获得论述、论证、决策、评价信息来源的能力和素养，为培养学生成为具备社会责任的未来公民做准备[6]。SSI教学属于新型教学，在科学课堂上的开展实施需要科学教师具备SSI教学的教师知识[2]。舒尔曼（L.Shulman）将教师知识（Teacher knowledge）定义为：教师对特定领域（学科、特定内容、特定题材、特定主题、特定问题等）知识的理解，并被广泛认为是衡量教学质量和教师课堂行为的重要指标[3]。因此，有必要从教师知识的视角对当前国际科学教育中SSI的相关研究进行归纳概括，为我国科学教育领域中实施SSI教学及其教师专业发展研究提供启示与建议。

一、科学教育中实施SSI教学的教师知识结构及其相关研究

教师知识是影响教师教学质量的重要因素之一，科学教育中关于教师知识的研究已经有很长的历史。20世纪中期，教师知识的研究主要集中在对通用知识及其转化到课堂中的行为准则的研究，并被称为简化的行为主义教学观，经常备受批判[7]。直到20世纪80年代对教师知识的研究开始转向认知主义和建构主义教学观，教师知识被认为具有个体性，并被认为对教师行为具有决定性。因此，在教师教育和专业发展的研究中，建构结构合理的SSI教师知识结构框架，将有助于开展SSI教学专业发展的实践活动。

基于舒尔曼和格雷斯曼（P.Grossman）等对教师知识的构成及内涵的相关定义，可以将科学教育中SSI教学中的教师知识划分为：SSI内容知识（Content knowledge of SSI，简称CK-SSI）、SSI一般教学知识（General Pedagogical Knowledge of SSI，简称PK-SSI）和SSI学科教学知识（Pedagogical Content Knowledge of SSI，简称PCK-SSI）[8]。具体如图1。为了阐述的清晰性，以下将从科学教师实施SSI教学时需要具备的SSI内容知识、SSI一般教学知识和SSI学科教学知识三个部分展开。

图1.科学教师开展SSI教学需具备的教师知识框架图

（一）科学教师的SSI内容知识

SSI内容知识指科学教师对于所教SSI的本体知识和分析方式的理解。可分为SSI本体知识和SSI分析方式，其中，SSI本体知识指教师对于有关SSI是什么的理解，即对其内涵与特征的理解；分析方式指教师对SSI在科学教学中的价值的理解，并能理解SSI用到的社会性科学推理的方式方法。涉及到具体的SSI的内容，教师应当在教学中明确该SSI对应的科学大概念是什么、社会关注的焦点又是什么、产生争议的动因等有关SSI的知识，以及在分析SSI的过程中需要依赖的科学本质和社会伦理道德的评判标准等有关SSI争议的知识。前期研究发现，有大量教师对SSI本身的理解不够深入，从而影响了教师对SSI教学的意愿，如奥尔顿（C.Oulton）等的研究发现教师在教学中对SSI的复杂性认识不清，需要教师花大量时间和精力去处理其中的复杂性关系，同时教师也缺乏SSI相关的知识，导致教师教学压力过大，从而影响了其对SSI教学的实施和推广[9]。萨摩（M.Summers）等对85位在职教师和120位职前教师关于SSI的内容知识理解的研究，结果显示多数教师对于SSI的内容知识并不了解[10]。布瑞茨（T.Bryce）等对实施SSI教学的教师研究发现：教师虽然有意愿参与到SSI教学中，但是其对SSI议题本身的优势或功能认识不清，影响了其对SSI教学的实践和推广[11]。从对前期该领域的文献分析发现，很多教师会在科学教学中运用SSI，但是其运用过于肤浅，只是将其作为热点事件引入科学内容的学习，而忽视了SSI在科学教育中的真正价值，仅仅将对SSI的认识局限在为科学概念的学习提供社会文化情境，而忽视了SSI对于学生认知发展和情感道德发展的价值，如在生物学科中利用基因编辑婴儿引发学生的学习兴趣和学习动机，而忽略了基因编辑婴儿中所承载的对科学概念理解、科学本质理解、伦理道德和情感态度及其价值观的发展。因此，提升教师的SSI教学质量的重要前提是增强教师对SSI内容知识的理解。

（二）科学教师的SSI一般教学知识

SSI一般教学知识的子维度划分和内涵界定以普瑞斯勒（M.Presley）等对SSI教学的一般性设计原则为基础[12]，指教师对SSI教学的一般性教学原则的认识与理解，该类知识是区别于传统教学的知识类型。包括：对教学聚焦点、教学过程、教学中的师生角色的认知。其中，SSI教学聚焦点子维度内涵界定根据唐纳利（L.Donnelly）等的研究[13]，指SSI教学中对教师目的、学习目标、学生目标和选材目标的认识；SSI教学过程子维度的内涵界定根据桑德拉（T.Sadler）和托普朱（M.Topcu）等的研究[14]，指教师在SSI教学中教学内容安排的前后顺序、教学活动、教学步骤等；SSI教学中师生角色子维度的界定，根据普瑞斯勒等的研究，指SSI教学中教师创设教学情境和师生角色的定位情况。2019年最新的《中国高考评价体系说明》中强调情境是知识、能力和素养的重要载体，有效的情境能帮助学生实现知识的建构和对知识的迁移和应用等能力[15]35。而SSI是与当代社会文化有关的具备科学意义的情境载体，SSI的科学属性决定了其分析过程的科学实践意义，为学生的知识建构和知识迁移运用提供了重要场域。然而，前期该领域的研究多聚焦于SSI情境中的学习科学概念和科学实践活动的研究，而忽视了对学生情感和道德认知过程的发展，因此，教师很难在科学课堂教学中运用SSI培养学生对交叉概念、多学科能力和素养的发展，尤其表现在教师不能充分根据SSI在科学教育中的价值，确定其教学取向、制定教学过程，在教师角色上仍以传统角色为主，而不能实现真正意义上的SSI教学设计[16]。

（三）科学教师的SSI学科教学知识

SSI学科教学知识指教师在科学相关学科课程的教学设计和教学实践中所应具备的教学知识。该类知识直接与学科联系，属于教师学科内的知识与SSI教学融合的部分。当前关于SSI学科教学知识的研究多为“整合型”模式研究，该领域中莱德曼团队的汉杜苏诺格鲁（T.Han-Tosunoglu）和荷兰本伊拉姆（D.Bayram-Jacob）的研究中都包含了舒尔曼最早提出的关于学生理解的知识和教学策略的知识；本伊拉姆以及我国台湾地区的林树声等[17]关于SSI学科教学知识的研究中也强调SSI教学评价知识的重要性，同时，狄德曼（S.Tide mand）等关于国外生物学教师的研究发现SSI教学评价知识的缺失会造成教师实施SSI的重要障碍[5]。因此，SSI学科教学知识的子维度中，评价知识也在其内。三个子维度的内涵界定参考本伊拉姆等对SSI学生知识、教学策略知识和教学评价知识的内涵界定：SSI的学生知识指教师对SSI教学中学生的学习重、难点和错误概念的理解；SSI教学策略知识指教师在SSI教学中对教学方式、教学活动、时间安排、教学难点和重点的解决以及教学灵活性等的认识和理解；SSI教学评价知识指在生物课程SSI教学中教师在评价中采用不同的学习维度时，所采用的特定工具、方法或活动的知识，该类知识经常与学生知识和教学策略知识相关联，如教学评价的理念：学生兴趣、目标导向；评价方法：观察、学生学习成果（学生报告、论文、视频、讲演、个人反思等）；同伴互评、持续性形成性评价等；教师在SSI教学中的评价理念和评价方法。本伊拉姆等的研究发现，当教师在SSI教学中采用新的教学方法或教学材料时，伴随着其对新知识和新方法的学习，以及在教学中遇到的新型问题而采用的新型教学策略，可有效促进教师的相关知识，如学生知识、评价知识等的发展[3]。

SSI相对传统教学其情境、教学方式、教学内容、教学目标等都发生了相应的变化，这一方面要求教师具备特定的教学能力，如教学设计的能力、情境创设的能力等，在特定领域中教师的学科教学知识被认为是教师专业发展的核心，教师需要通过学习来适应并提升其SSI教师知识，实现教师知识的整体提升；另一方面，SSI教学是探讨科学与社会相互关系的课程，是将科学知识迁移到日常生活情境中，需要的是知识的迁移，从传统的概念理解到SSI教学下的概念迁移，需要教师更多地了解学生前知识中的错误概念和替换概念。SSI教学注重学生的参与性，学生在课堂对话中可以暴露出自己的前知识，从而增加了教师对学生知识的内容储备。可以说，SSI教学对教师提出了更大挑战，需要教师引导学生理解SSI，并能结合科学内容、科学实践和对科学本质的理解对议题做出评判和决策，实现解决问题能力的提升。

SSI教师知识的相关研究，为实现科学教师SSI教学专业发展培养目标的制定、教学内容的选择、具体实施策略的规划提供了可行性参考。SSI教师知识的系统性及其要素间的关联性，决定了有关教师SSI教学知识各维度之间也是相互关联的整体。与在其他相关领域研究中一样，尽管教师的SSI内容知识是独立于SSI一般教学知识和学科教学知识之外的维度，但在实际教学中很难将其与教师的SSI教学剥离开。当前关于教师知识的研究多聚焦于对职前教师和在职教师的关于SSI内容知识理解的研究和分析，也有关于对教师SSI认知和态度的研究，或从教师的角度进行SSI价值的认知研究，或聚焦于教师SSI教学知识测量工具、观察工具开发的研究，但是很少有将教师对SSI内容知识理解与教师SSI一般教学知识和学科教学知识整合后的探查及专业发展的研究。因此，在教师SSI教学专业课程开发中，为了保证SSI教学专业发展的有效性和教师专业发展课程开设的针对性，教师对SSI内容知识理解与SSI一般教学知识和学科教学知识发展相整合的评价工具开发及现状调查成为必须考虑的方面。

二、科学教育中SSI教师知识评价的相关研究

科学教育中SSI教师知识评价的研究比较侧重于对教师SSI学科教学知识的评价研究，其中包括对SSI学科教学知识发展程度的评价研究，也包括对特定主题下SSI学科教学知识的评价研究。评价数据的收集包括：大规模数据调查和小规模问卷的定量研究，以及以文本、访谈等形式进行的定性研究。

（一）科学教师SSI学科教学知识发展的评价研究

对科学教师SSI教学知识的评价研究较为系统的是荷兰内梅亨大学的本伊拉姆等，其利用欧洲委员会ENGAGE项目提供的教学材料为支架，对欧洲多国科学教师的SSI学科教学知识（PCK-SSI）发展变化的研究，结合了马格努森（S.Magnusson）等对科学教师的学科教学知识（PCK）的内涵要素界定框架[3][18]。从PCK的教学目标（Goals，简称GO）、学生知识（Student understanding，简称SU）、教学策略知识（Instructional strategies，简称IS）和教学评价知识（Assessment，简称AS）入手，对教师利用“ENGAGE Project”提供的SSI教学材料并实施SSI教学的情况进行全程跟踪研究。教师PCK-SSI的发展情况利用直接编码和演绎编码确定教师在教学前、教学中和教学后的PCK变化情况，并在演绎编码中结合对编码内容的本质理解，从PCK的内在各维度发展的丰富度和相互关系编码，划分教师PCK-SSI发展的低、中、高三个水平。其演绎编码的具体维度和具体表述如表1和表2。

该研究按照教师SSI教学的前、中、后的SSI学科教学知识探查结果，将教师的教学目标、学生知识、教学策略、评价知识相结合，利用其在各个阶段出现的丰富度和各要素间相互关联的频次计算得分，对SSI学科教学知识发展的评价具有重要的参考价值，为后续研究者通过对教师的SSI学科教学知识（PCK-SSI）的专业发展评价开启了新的方向。但是该研究的评价基础以设计有效的SSI课程材料支架为前提，只是从PCK整合的角度上，对独立教师个体的SSI学科教学知识的发展作出水平界定评价，而对于教师对SSI知识和SSI教学的理解以及教师的教学知识和能力水平并未作出相关评价研究。

表1.演绎性编码表及PCK演绎编码的本质性理解[3]

表2.内容丰富度和关联性划分PCK-SSI的发展水平[3]

（二）科学教师SSI学科教学知识的评价研究

美国伊利伊诺州立大学莱德曼团队的汉杜苏诺格鲁等，在舒尔曼的学科教学知识框架和前期对SSI教学研究成果基础上，聚焦于高质量的SSI教学中SSI教学的内涵、教师对SSI的理解、教师需要必备的SSI教学能力、教师SSI学科教学知识等内容，建构了探查教师PCK-SSI概念框架，并在该框架基础上开发了探查工具展开调查[19]。该量表包括三个部分：第一部分，对教师的基本情况调查；第二部分，聚焦于教师对SSI的理解；第三部分，聚焦于教师对SSI教学的理解。其中第三部分包括了四个不同片断（饮食与肥胖、疫苗免疫、基因工程和基因治疗），每个片断包括相关的开放性问题，以“饮食与肥胖”为例，具体见表3，从对SSI的理解到SSI教学知识包含的六个不同维度设置考察项目（课程、教学、主题、学生、学校、SSI教学知识），并对六个维度的评价做了不同的归类，将“课程”、“教学”、“学生”的评价分为三个水平：有根据的、折中的、质朴的；将“教学”的评价也分为三个水平：无研究基础、中级水平、基于研究的；“学校”评价类别为不支持到强烈支持。利用该评价系统可以系统地了解教师在特定主题下SSI教学中的优势和劣势。然而，该工具只能对教师的特定主题的SSI教学知识进行评价，对教育教学研究者开设特定主题的SSI教学专业发展课程具有重要支撑作用，其并不适合大规模的科学教师SSI教学知识的评价探查，同时，该工具聚焦于教师已有的SSI教学经历研究，缺少课堂实践调查和教师实施SSI教学的决策访谈。因此，在后续研究中需要着重开发适用于不同主题下对SSI教师知识的评价工具，从而为特定主题下SSI教学专业发展提供参考。

三、对我国科学教育中SSI教师知识研究的启示

学生SSI中的学习能力的培养离不开成功的SSI教学实践，SSI教学实践的有效开展离不开教师SSI教学知识结构的完善和发展。基于前期国际研究经验，对在我国科学教育领域中开展SSI教师知识培训及评价的启示主要包括以下两点。

表3.SSI及其教学知识的调查工具——以“饮食与肥胖”为例[19]

（一）注重提高教师对SSI内容知识的理解

SSI内容知识包括SSI的本体知识和分析方式的知识两个部分。本体知识的理解是科学教师SSI教学专业发展的基础。而对凸显SSI分析能力培养的教学研究和实践分析发现，在注重教师对于SSI本体知识的理解基础上，还应当关注其一般分析方式知识的发展。另外，我国刘恩山教授团队对于中学生物学教师SSI教师知识的实证探查研究[20]，以及国外狄德曼（S.Tidemand）等对中学科学教师SSI及其教学知识的探查研究[5]，都证明当前科学教师关于SSI内容知识的理解并不理想，并且对SSI内容知识的理解还存在着错误概念，如前所述，教师对SSI的教育学价值仅停留在其情境性上，而忽视了其对学生认知和道德伦理的发展。因而对教师SSI教学的专业发展而言，如何在培训和实践中提高教师对SSI内容知识的理解，是提高教师SSI教学能力的重要前提。

（二）加强对教师SSI教学知识的评价研究

科学教育的目标旨在通过在真实情境中解决问题，从而培养学生的科学素养，而这种真实情境的问题解决需要多种学科的知识。当前我国科学教师的培养模式多以分科培养和分科教学为主，当遇到如新冠肺炎此类的SSI教学时，教师的知识边界就需要进一步外延，因此，教师不仅仅需要对所教学科的深入理解，还需要对相关学科的知识有所了解。那么对于教师而言，这类交叉知识的理解深度和广度又该如何界定，实现学科知识与其他学科交叉融合的方式方法已成为当前科学教育领域中面临的研究难题[21]。SSI教学为以上难题的破解提供了重要的突破点，其社会性、科学性、争议性和不确定等特征，为科学教育中交叉学科知识的融合提供了重要载体。当前研究发现，科学教师关于SSI的本体和价值认识并不深入，如何有效评价教师关于SSI及其教学的认知，如何根据教师认知现状开发教师专业发展课程，在遵循教师发展规律的情况下，开展有效的教师专业发展研究，已成为科学教育研究者不可跨越的问题。

《中国高考评价体系说明》强调基于情境对学生素质、素养、能力和知识的发展，让学生在真实的社会情境中解决实际问题[15]40，而学生学习目标的达成必然也需要教师具备相应的教学能力，教师的教育教学能力现状直接影响到学生的表现水平，因此，国际科学教育领域中关于SSI教师知识评价的研究，对于我国教师SSI教学知识的评价研究，以及基于评价而开展有针对性的教师SSI教学专业发展的研究具有借鉴价值。在今后研究中，我国科学教育教学研究者可以借鉴SSI教师知识评价的成功案例，加强对我国本土化情境中教师知识的评价研究。

四、结语

综上所述，通过对以上国际科学教育中科学教师SSI教学知识及其评价的研究综述，可以发现，随着SSI教学在科学教育中的价值日益凸显，科学教师将SSI整合到科学学科教学中需要相应的教师知识，而教师知识的提升需要相应的教师专业发展。然而，从当前文献研究发现，国内相较于国际在该领域的研究还相对有限，还需要教师教育研究者从教师知识的角度，并结合本土案例，开发针对我国不同科学学科教师的SSI教学专业发展课程，从而为我国在科学教育中顺利实施SSI教学奠定基础。