高中生物学教师探究教学知识的结构、现状与影响因素研究

曹雅婷 姚宝骏

（江西师范大学生命科学学院 江西南昌 330022）

探究教学是指学生在教师指导下，通过类似科学家的探究活动发现问题、解决问题。学生的主动参与、亲自体验、自由表达、科学质疑和释疑是探究教学的基本内容，这符合了科学自身的学科性质［1］，因此，探究教学成为了科学教师主要使用的教学策略与理念。通过探究教学，不仅能帮助学生较深入地达到对科学概念的理解与掌握，还能促进其科学探究能力的发展、科学思维的形成，以及科学情感、态度与价值观的培育［2］。探究教学在落实核心素养上起到了关键作用。

但目前探究教学还存在许多问题，主要表现在：①探究教学课堂大多属于结构探究模式，即按照固定的环节进行探究教学；②在探究主体层面：探究课堂上依然以教师为主导，学生主体地位缺失；③在探究互动层面：探究课堂上依然以“教师讲，学生听”为主，课堂开放水平低；④在探究能力层面：探究课堂上依然以知识为主要教学目标，忽视能力综合素质的培养［3］。有学者指出，教师的学科教学知识（pedagogical content knowledge，PCK）对其教学行为会产生直接影响，是影响教学效果的关键要素［4］。探究教学作为特定的教学领域，科学教师的探究教学知识应是影响教师探究教学行为的关键要素。

探究教学知识指的是教师对科学探究如何实施教学的理解与认识，它决定了教师对探究教学目标的制定、探究教学模式的选择、探究教学内容的组织、探究学习成效的评价等，联系探究教学的方方面面，是影响探究教学效果的核心因素。若要改善探究教学中存在的诸多问题，有关研究须重视教师探究教学知识的现状，但关于教师PCK 的研究多集中在具体学科，而对特定教学领域PCK的研究较少［5］，尤其是有关探究教学这一领域的PCK 研究则更少。基于此，本文以我国高中生物学教师作为研究对象，试图对以下4 个问题进行讨论：①探究教学知识结构如何？②探究教学知识现状如何？③哪些因素会影响探究教学知识水平？④这一研究结论对教师专业发展有何启示？

1 概念界定

在科学教育界，教师知识研究一直是被关注的热点问题，其中，PCK 已被国内、外的研究确认是教师所独有的专业化知识，是最能将学科专家与教师区别开的知识，它在教师知识结构中处于核心地位，支配着教师的教学行为［6］。PCK 概念的提出者舒尔曼（Shulman）认为，PCK 是教师是面对教学时最有用的知识形式，它帮助教师根据学生不同的兴趣和能力，将学科内容转化为学生易于理解的教学形式，从而促进学生深刻理解学科内容，即PCK 是学科知识的“教学转化”［7］。德容（De Jong）等［8］依据PCK 概念强调的主题属性进行分层，将PCK 由宏观到微观，由抽象到具体划分为了3 个层次 （图1），分别是:学科PCK（general PCK）、特定领域PCK（domain-specific PCK）、特定主题PCK（topic specific PCK）。学科PCK，处于宏观层面，这一层面的主题相当于某一学科，它是指教师对某一学科如何实施教学的理解与认识，包括某门学科的学科知识、学生学情、教学策略及教育目标等。例如，对科学教学的认知和对语文教学的认知便属于2 种不同类型的学科PCK。特定领域PCK，处于中观层面，这一层面的主题相当于某一学科的特定教学领域，它指的是教师对某一学科中特定领域如何实施教学的理解与认识，每个学科都有许多特定教学领域。科学学科的特定教学领域包括概念教学、科学论证教学、科学本质教学等，与其相关的教学知识便是特定领域PCK，例如，概念教学知识［9］、科学论证教学知识［10］。特定主题PCK，处于微观层面，这一层面指向具体教学主题。生物学科的具体教学主题包括呼吸作用教学、光合作用教学等，与其相关的教学知识便是特定主题PCK，例如，呼吸作用教学知识、光合作用教学知识。

图1 PCK 的分层图

本文提出的探究教学知识属于特定领域PCK的一种，定义为：教师对探究活动如何实施教学的理解与认识。根据探究教学知识的定义与属性，可将这一知识的特征归纳为以下4 个方面：①专业性。探究教学知识属于科学教师所特有，其他学科的教师则不具备。②动态构建性。探究教学知识不是静态的知识结构，它是由教师主动将多类知识通过综合理解而构建。③情景性。探究教学知识是教师面对探究教学课堂所用的知识形式，在真实探究教学课堂使用，具有情境性，属于实践性知识。④个体性。探究教学知识面向教师所在特定班级的学生，每个班级的学生情况不同，每位教师的探究教学知识也会有所不同，具有个体性。

2 研究方法

2.1 研究工具 教学是教师一项高度复杂的认知活动，其所对应的PCK 并不是一种简单的知识，而是多种领域的知识通过整合形成的，例如，马格努森（Magnusson）在格罗斯曼（Grossman）基础上提出了科学教师PCK 模型，包括教学取向知识、学生知识、课程知识、教学策略知识、教学评价知识等5 种知识。这一理论结构被许多学者作为理论框架运用到各类实证研究中，具有良好的信度和效度，获得了学者的普遍认可［11］。探究教学属于科学教学领域，因此，本文选择马格努森提出的科学教师PCK 理论结构编制了高中生物学教师探究教学知识问卷，认为高中生物学教师的探究教学知识由探究教学取向知识、探究教学策略知识、探究教学学生知识、探究教学评价知识、探究教学课程知识组成，同时参考陈博等［12］的文献，形成高中生物学教师探究教学知识调查问卷，共有38题，包括5 个一级维度，7 个二级维度（表1）。问卷采用李克特量表法，将问卷答案分为5 个等级，计分方式如下：“非常同意＝5、同意＝4、不确定＝3、不同意＝2、非常不同意＝1”。所有题目均为正向表述。

表1 量表的题目分布和示例

2.1.1 探究教学取向知识 探究教学取向知识即教师对探究教学目标的认识。根据《义务教育初中科学课程标准（2011年版）》中探究教学目标的阐述，可将探究教学目标归纳为以下5 方面：科学知识（科学概念）、科学探究能力（提出问题能力、做出假设能力等）、科学探究技能（观察、实验技能等）、科学思维（归纳、演绎、推理等）、科学情感态度与价值观，对应5 种探究教学取向，分别是:知识、能力、技能、思维、情感态度与价值观。

2.1.2 探究教学学生知识 探究教学学生知识即教师对学生学情的认识，包括2 个二级维度：①学生关于某项探究活动已具有的知识经验；②学生在进行探究活动中可能出现的学习困难（难以提出新问题、难以作出新的猜想和假设、难以系统逻辑地设计实验和操纵活动、难以对实验和操纵活动进行计划和管理、难以理解实验数据中反映的规律、难以对探究活动进行评价）［13］。

2.1.3 探究教学策略知识 探究教学策略知识即是教师对各种探究教学模式的理解与掌握。常见的探究教学模式有学习环模式、5E 教学模式等，教师要对探究教学模式的种类、适用情境、教学程序、可能用到的教学策略与手段、师生扮演的角色要有适当的理解与掌握［14］。

2.1.4 探究教学评价知识 探究教学评价知识即教师对探究教学成效如何进行评价的理解与掌握。教师一方面要理解应从科学知识、能力、技能、思维、态度5 维度检测探究教学成效；另一方面，要知道不同的评价方法及其操作流程，以及不同方法分别适用于何种评价维度。

2.1.5 探究教学课程知识 探究教学课程知识即教师对课程标准与教材中关于探究教学内容的理解与掌握，包括2 个二级维度：①教师需要了解课程标准中对探究教学的要求，在《普通高中生物学课程标准（2017年版）》的教学建议中明确提出了进行探究教学时的要求，包括需要创设情境、应该鼓励学生观察思考和提问等［15］。②教师需要了解教材中的探究活动，包括教材每章节中探究教学活动数量、设计意图、内容编排等［16］。

2.2 研究对象 本研究以高中在职生物学教师为研究对象，通过问卷星平台发放问卷，共回收有效问卷106 份。被试基本信息见表3，包括教师性别、学历、学校性质、学校位置、教龄、专业程度。

2.3 数据分析 使用SPSS 23 作为数据录入和统计分析工具。通过探索性因素分析，分析高中生物学教师探究教学知识结构，并利用t 检验和单因素方差分析着重比较不同教师群体的探究教学知识现状及影响因素，以讨论不同教师群体在探究教学知识上存在的主要差异及原因。

3 研究结果与讨论

3.1 探究教学知识的结构

3.1.1 效度分析 对探究教学知识调查问卷作探索性因素分析（表2），运用主成份法，提取特征值大于1 的因子，进行KMO 值和Bartlett 球形检验，并用方差最大正交旋转法进行旋转。探究教学知识量表的KMO 值为0.843（接近1），Bartlett球形检验也达到非常显著性的水平（0.000），说明变量具有一定的结构性和相关关系，适合作因子分析。结果表明，探究教学知识调查问卷的方差贡献率为71.856%，可解释总变异的71.856%，共提出了7 个特征值大于1 的因子，说明可抽取7 个因子成分，与探究教学知识问卷的7 个二级维度的题目相符合，可划分为5 个一级维度，即探究教学取向知识、探究教学策略知识、探究教学学生知识、探究教学评价知识、探究教学课程知识。

表2 探究教学知识的探索性因素分析

3.1.2 信度分析 对探究教学知识问卷整体及各维度的内部一致性进行分析。得出探究教学知识问卷的总体信度为0.867，在5 个维度上，探究教学取向知识、学生知识、策略知识、评价知识、课程知识的信度分别为0.923、0.901、0.899、0.887、0.894。数据表明在本研究中所使用的问卷其整体及各个维度的信度较好，说明探究教学知识量表具有较高的内部一致性。

3.2 探究教学知识的现状 为对探究教学知识现状进行分析，将探究教学知识水平进行划分：所有题目得分均为4 分或以上（152～190 分），认为该教师处于较高知识水平；得分均为3 分或以下（0～114 分），认为该教师处于较低知识水平；处于以上2 种知识水平之间的分值认为是中等知识水平 （115～151 分）。从整体得分情况分析，37 位教师分值在较高知识水平，68 位教师分值在中等知识水平，1 位教师分值在较低知识水平，说明大多高中生物学教师探究教学知识处于中等水平。

从各维度得分情况分析，探究教学取向知识（4.09 分，大于4 分）：说明教师基本认同探究教学取向分为知识、能力、技能、思维、情感5 个方面，且5 个方面并重，而不是以知识导向的探究教学；探究教学学生知识（3.87 分）：相对于学生在进行某项探究活动前的知识经验（3.71 分），教师对学生在进行探究活动中可能出现的学习困难比较清楚（4.03 分）；探究教学策略知识（3.66 分，低于4 分）：说明教师对不同的探究教学模式的适用情境、教学程序等了解不够；探究教学评价知识（3.72 分）：教师对探究教学成效评价维度比较清楚（3.82 分），而对探究教学成效评价具体用什么评价方法及操作流程的了解相对较差（3.63 分）；探究教学课程知识（3.83 分）：教师比较了解课程标准中对探究教学的定位与要求（4 分），而对于教材中的探究活动的了解相对较差（3.67 分）。总体分析，教师对宏观层面知识比较了解，例如，探究教学取向、探究教学成效评价维度、课程标准，而对具体到其探究教学程序、评价方法及操作流程、教材中的探究活动等微观层面知识了解则相对较差。这在一定程度上反映了当前我国探究教学的现状，多数教师认可探究教学理念，但由于某些原因限制教师探究教学知识发展不够，使探究教学无法有效开展，教学效果不佳。从教师内部因素分析，可能是由于多数教师缺乏探究教学理论知识和探究教学经验，探究技能差。从外界因素分析，可能是由于教学压力与应试压力，导致教师较少学习探究教学方面的内容［17］。

3.3 探究教学知识的影响因素 采用独立样本t检验法分析探究教学知识是否存在性别差异，并采用单因素方差分析法，检验探究教学知识是否在学历、教龄、学校性质、学校位置、专业程度5 个方面存在差异，计算结果均通过了方差齐性检验。结果表明（表3），教师探究教学知识受到教师性别、教龄、专业程度几方面因素影响（P<0.05）。其中，在性别上，男教师的探究教学知识水平显著高于女教师，这可能是因为探究教学知识主要是教师在理科课堂中使用的知识形式，而有性别差异研究发现，男性相对于女性更擅长逻辑思维，故男教师掌握得比女教师好。在教龄上，教龄越大的教师，其探究教学知识得分越高，其中，“10年以上”的探究教学知识得分显著高于“1年以内”教龄的教师，而“1～5年”与“6～10年”组教师则没有显著性差异，这在教师专业程度上，专业程度越高的教师，探究教学知识得分越高，其中，专家型教师与经验型教师的得分显著高于新手教师得分，而专家型教师和经验型教师得分无显著性差异。这是因为探究教学知识是一种实践性知识［18］，会在教学实践情境中不断地发展与积累，教龄越长、专业程度越高教师的教学实践经历丰富，会不断地对其教育教学经验进行不断进行反思和提炼，形成了有意义的探究教学经验，对探究教学目标、某项探究活动的学生情况、教学模式、教学成效如何进行评价等都有深刻的掌握与理解，形成了深厚的探究教学经验与功底。因此，教师的教龄与专业程度会对探究教学知识有显著性影响，教龄越长与专学知识外显化，明确了探究教学知识的结构、现状及影响因素，可对教师探究教学知识的学习提供实际指导，但本研究样本数量较少，还需进一步进行验证。

表3 人口学背景特征描述统计结果

4.2 研究建议

4.2.1 探究教学的培训与研讨活动需加大对女教师的关注 数据表明，高中生物学男性教师在探究教学知识水平高于女性教师。这就要求学校、教育主管部门根据实际情况开展一些探究教学的培训与研讨活动。这些活动要适当照顾女性教师的接受能力，引导每一位女教师充分认识到自身问题，重点帮助解决女性教师在探究教学中遇到的困难。

4.2.2 探究教学的培训与研讨活动需更加深入细致 本研究发现，教师对宏观层面知识比较了解，例如，探究教学目标、探究教学成效评价维度、课程标准，而对具体到其教学程序、评价方法及操作流程、教材中的探究活动等这类微观层面知识了解则相对较差。说明教师对探究教学方面的学习不够细致，明白大致的探究教学理念与方向，但对于具体如何开展与实施却了解不够，因此，关于探究教学的专业培训需要深入细致，提供实践与深造平台，促使教师不仅从理念上了解探究教学的意义，更要从探究教学理念出发，真正将业程度越高教师对探究教学知识掌握得更好，而学校性质、学校位置、学历与教师实践经历没有直接关系，因此，对探究教学知识得分无显著性影响。

4 研究结论与建议

4.1 研究结论 从以上研究结果与讨论可得出：①高中生物学教师的探究教学知识由探究教学取向知识、学生知识、策略知识、评价知识、课程知识5 因子组成；②多数教师探究教学知识处于中等水平，并发现教师对宏观层面知识，例如，对教学目标、评价维度、课程标准的了解较好，而对具体到其教学程序、评价方法及操作流程等微观知识的了解则相对较差；③探究教学知识会受到教师性别、教龄、专业程度3 方面因素影响。此次调查首次将高中生物学教师的探究教探究教学从细节上实施好，不断促进教师学习探究教学程序、评价方法及操作流程等微观知识。

4.2.3 鼓励教师常进行教学反思，促进探究教学知识组分有效整合 本研究表明，我国高中生物学教师的探究教学知识水平虽大多处于中等水平，部分教师具有较高知识水平，而目前探究教学成效并不好，存在诸多问题，这说明教师的探究教学知识与探究教学成效可能不一致，知识水平较高的教师，其探究教学成效不一定好。其原因可能是教师没有对探究教学知识各组分进行有效整合与理解。探究教学知识并不是静态的知识结构，它是教师通过对各知识组分进行整合理解而构建形成的新知识结构［19］，如果不能对各类知识组分进行有意义的整合，则教师对探究教学的理解是较片面的，探究教学成效也不会很好。探究教学知识是一种在实践中逐步生成的动态知识，它需要教师在“实践—反思—再实践—再反思”的循环往复中，将各类知识进行整合、重组和再造，以增强各类知识的有效整合。因此，在相关教师教育培训中，可鼓励教师常进行教学反思，促进探究教学知识组分有效整合。