新疆职前小学科学教师 科学素养测评及改善研究

刘永泉 吴颜

[摘    要]科学素养是决定小学科学教师未来执教质量的基本素质之一。本研究使用中国公民科学素质基准规定的测试方法对部分小学教育专业理科方向大学三年级学生进行了为期五年的连续监测，结果表明，小学科学教师基本科学素养在职前培养过程中存在明显的群际差异。高校在小学科学教师职前培养过程中应以小学科学课程标准为依据切实加强物理、化学、生物、地理四大基础学科的教学，辅以科学技术史的教学内容改善准教师的科学本质观，培养准教师的科学思想及科学精神，以期提高小学科学教师培养质量，为基础教育阶段培养大批具有科学精神和创新意识的人才奠定基础。

[关键词]小学科学教师;科学素养;科学素质基准

一、研究缘起

习近平同志在2020年9月11日主持召开的科学家座谈会上进一步指出：“我国经济社会发展和民生改善比过去任何时候都更加需要科学技术解决方案，都更加需要增强创新这个第一动力。[1]”创新性科学技术解决方案的形成需要依靠创新型人才，而创新型人才培养的任务无疑将由各级各类学校来承担。创新型人才的培养是一项长期工程、系统工程，不可能在高等教育阶段一蹴而就，需要在基础教育阶段开始抓起，而这一具体任务的落实需要依靠未来的科学教师。作为未来科学教师的基本素质之一，科学素养水平的高低一定程度上决定着未来创新型人才的培养质量。研究小学科学教师职前培养过程中科学素养群际差异水平、追溯其原因并探寻改善策略不仅是提高高校人才培养质量的必要行动，也对国家创新型人才培养工程有着重大现实意义。

二、文献回顾

科学素养也称为科学素质，这一概念最早来源于20世纪50年代美国课程改革运动。[2]1958年，美国斯坦福大学的赫德在《科学素养：对美国学校的意义》一文中首次将科学素养引入基础教育领域。[3]之后不同的学术团体都试图对其定义加以界定，但由于受研究群体的兴趣偏好等因素影响，学界对科学素养的界定也不尽相同，其内涵随着科学技术的发展不断丰富。[4]1989年，乔恩·米勒在美国科学促进会年会发言中将科学素养定义为：“在某个社会中为满足一些角色功能所需要的基本可以接受的知识和技能水平。”这一科学素养定义在国外得到普遍接受和认可，目前有40多个国家采用这些维度、指标、测试题目进行科学素养调查研究。[5]

国内学者对科学素养的研究与讨论最早见于20世纪80年代初，方遇顺1982年首次对科学素养这一概念进行了本土化解释。[6]之后引起国内学者和教育从业人员对科学素养内涵、小学科学教师等特定群体科学素养水平测度及改善等问题的探讨。张红霞、[7]蔡铁权[8]等人先后对国内不同地区的小学科学教师进行了测评;马志颖[9]等人从教师专业发展角度探讨了小学科学教师科学素养的提高策略;赵书栋等人讨论了科学素养导向下小学科学教师专业发展的路径。[10]以上调查案例所使用的测试量表大多是在米勒试卷的基础上改编而成、或采用自编试卷进行测度。但不同学者在科学素养概念界定和测量方法的选用方面缺乏统一性。

教育部2017年颁布的小学科学课程标准指出：“科学素养是指了解必要的科学技术知识及其对社会与个人的影响，知道基本的科学方法，认识科学本质，树立科学思想，崇尚科学精神，并具备一定的运用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。[11]”科技部和中宣部2016年在《关于印发中国公民科学素质基准的通知》中也指出：“科学素质一般指了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神，并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。[12]”并随通知发布了科学素质测试的指导意见及参考题库。二者虽然在表述方式上存在一定的差异，但基本代表了国内对于科学素养这一概念的权威解释。

三、研究方法

（一） 问题聚焦

本研究以职前小学科学教师为研究对象，通过科学知识、科学本质观，科学方法、科学思想、科学精神以及处理实际问题和参与公共事务的能力六个维度来检测他们的科学素养总体水平及群际差异情况。在此基础上分析其成因并探寻改善策略。

（二）研究工具

本项目采用《中国公民科学素质基准》配套题库进行测量。测量试卷包括个人基本信息和测量题目两个部分。测量题目主要用来测评被调查者的科学素养水平，个人基本信息作为自变量探讨不同性别、不同年级、不同民族等变量下职前科学教师科学素养的群体差异。调查题目题型包括选择题和判断题，共50题，正确率达到60%视为具备基本科学素质，使用spss20.0软件进行数据统计与分析。

（三）研究对象

本项目以新疆某高校小学教育专业理科方向本科生为研究对象，从2016年秋季起对大学三年级学生进行测评，测评对象均为接受民汉一体化教学的学生。累计测评学生435人，共回收有效试卷412份。

四、结果与分析

（一）总体情况

本研究将测试结果分为优秀、良好、中等、合格和不合格五个等级，五个等级分别赋值为5、4、3、2、1。测试成绩≧4.5分为优秀，≧4且<4.5分为良好，≧3.5且<4分为中等，≧3且<3.5分为合格，3分以下即视为不具备科学素养。测试结果表明：具备基本科学素养的学生比例达87.69%;测试均值为3.75分，标准差为0.721，测试对象总体科学素养处于中等偏上水平。

（二）群际差异分析

1.科学素养的性别差异分析

运用独立样本T检验发现：男性大学生科学素养水平略高于女性大学生，但二者在结果变量上无显著差异（P=0.950>0.05），这表明处于职前培养阶段的小学科学教师的基本科学素养在性别上差异不显著。

2.科学素养的民族差异分析

独立样本T检验结果表明：汉族学生和少数民族学生基本科学素养存在明显差异（T（410）=4.41，Cohen，s d=0.73，p=0.000<0.001）。汉族学生测试均值为3.9948，标准差为0.84029;而少數民族学生测试均值为3.4980，标准差为0.70652。汉族学生科学素养明显高于少数民族学生，且少数民族学生群体内部差异也要大于汉族学生。

从构成基本科学素养的6个维度来看，测试均值较低的维度从低到高依次为科学知识、科学方法和科学思想三个维度。正确率普遍较低的问题是关于学生对于科学研究方法中最常见的归纳法和演绎法的了解情况，被试学生平均得分率为38.35%。即高校在大学生基础学科知识教学、科学方法训练和科学思想培育方面还需要进一步加强。

为进一步了解民汉大学生科学素养内在差异情况，运用独立样本T检验对不同民族学生在科学知识、科学本质、科学方法、科学思想、科学精神、处理实际问题和参与公共事务能力等6个维度的测试成绩进行对比分析发现，少数民族学生在六个方面均显著低于汉族学生。但在不同维度上科学素养差异情况又各有不同。如少数民族学生在科学精神、科学本质、科学知识三个维度上与汉族学生的差异要高于其他三个维度。

3.科学素养的年级差异分析

单因素方差分析结果表明：2014级学生科学素养总体水平最高，2015级学生科学素养总体水平最低，各年级之间科学素养水平均存在一定的差异。需要说明的是：5个年级的测试对象均为民汉一体化班级，民族比例不是导致科学素养水平差异的主要原因。

事后检验结果显示：2015级学生和2016级学生科学素养差异不显著，2017级学生和2018级学生相比科学素养差异不显著。但2014级学生科学素养显著高于其他四个年级，而2017级与2018级学生科学素养又显著高于2015级与2016级学生。

（三）原因分析

无论从科学知识、科学本质、科学方法、科学思想、科学精神、处理实际问题和参与公共事务能力等6个维度还是具体测试题目来看，少数民族学生测试成绩均值均低于汉族学生。由此可见，少数民族地区基础教育教学质量不高的现象依然存在。尤其是理科课程教学质量不高的问题依然是少数民族地区基础教育的主要短板。测试结果同时也表明，职前培养阶段的小学科学教师在科学方法训练、科学思想培育、科学知识教学等方面还亟待进一步提升。

为进一步了解造成不同年级学生科学素养差异显著的原因，本文对测试对象的高考志愿进行了补充调研。研究发现：测试对象中有近三分之一的同学高考第一志愿没有报考师范类专业，近50%的同学第一志愿专业没有报考小学教育专业，小学科学教师这一职业尚未得到考生的认可，生源不够稳定，招生质量尚不够理想。

五、改善策略

（一）加强基础学科的教学

义务教育是建构基本科学知识的黄金时期，科学课程是构建学生科学素养的重要途径。小学科学课程承担着保护学生的好奇心和求知欲、激发学生学习科学的兴趣的特殊责任。著名教育学家布鲁纳认为：要让儿童学习学科知识的基本结构，教育应促进儿童认知能力的发展，注重儿童的早期教育。[13]作为小学科学教师基本科学素养形成的主要阶段，高校在小学科学教师职前培养过程中应结合《义务教育小学科学课程标准》有针对性地加强物理、化学、生物、地理等基础学科的通识教育。将课程标准中18个核心概念与物理、化学、生物、地球与空间科学四大基础学科的教学进行融通、整合;如在物理、化学、生物等实验课程教学过程中加强提问的设计以实现启发式教学，[14]在地球科学教学中注重课程资源的本土化、生活化及实用化以提升教学质量。[15]

（二）强化科学方法的训练

科学方法在知识分类上应属于原理性知识，此类知识是学者们运用一定的科学思维方法对感性经验进行加工得来的，为了让学生掌握这类重要的思想方法，需要引导学生重新发现该知识，重现该知识的形成过程。所以原理性适宜采用探究式的教学方式，即学生在教师提供的支架的帮助下，练习执行原理性知识的步骤，而后摆脱教师支架的支持而能独立完成和练习各种作业。因此，在教学中教师应大胆创新学习新知识的情境以引起学生学习的兴趣，在教材编写上应注意嵌入原理性知识内容。[16]

（三）重视科学思想的培养

科学思想是指在各种特殊科学认识和研究方法基础上提炼出来的、能够发现和解释其他同类或更多事物的合理观念和推断法则。典型的科学思想有互补思想、进化思想、和谐思想、系统思想、转化思想等。[17]美国科学社会学家默顿认为普遍性、共有性、无私利性和有条理的怀疑性构成科学的思想气质。[18]科学思想对进一步的、更广泛的科学研究和社会实践具有重要的导向作用。当代大学生群体作为创新型人才的主要来源，应当具有理性的批判质疑思维、发现普通事物背后普遍科学真理的能力以及心怀科技创新旨在促进人类社会共同发展的无私情怀等思想品质。科学教学中应充分利用科学史料和科学家的故事等素材加强学生对科学本质的理解，通过重现科学家的工作场景来感受科技创新人才所应具备的基本科学思想与科学情怀。

参考文献：

[1]习近平：在科学家座谈会上的讲话[M].北京：人民出版社，2020.

[2]李雁冰.科学探究、科学素养与科学教育[J].全球教育展望，2008，37（12）.

[3]梁英豪.科学素养初探[J].课程·教材·教法，2001（12）.

[4]钟启泉.国外“科学素养”说与理科课程改革[J].比较教育研究，1997（1）.

[5]李大光.中国公众科学素养研究20年[N].科技导报.2009-04-27.

[6]方遇顺.加强大学生的文化素养和科学素养[J].上海高教研究，1982（1）.

[7]张红霞，郁波.小学科学教师科学素养调查研究[J].教育研究，2004（11）.

[8]蔡铁权，姜旭英，赵青文等.浙江省小学科学教师科学素养与科学本质观现状调查及认识[J].全球教育展望，2007（8）.

[9]马志颖.浅谈提高小学科学教师科学素养的策略——基于教师的不同成长阶段[J].佳木斯教育学院学报，2010（4）.

[10]赵书栋，刘嘉茹.科学素养导向下小学科学教师专业发展的路径探索[J].肇庆学院学报，2020，41（1）.

[11]教育部.义务教育小学科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2017.

[12]科技部，中宣部.中国公民科学素质基准[EB/OL].http：//www.gov.cn/gongbao/content/2016/content_5103155.htm2016-4-18.

[13]肖少北.布鲁纳的认知——发现学习理论与教学改革[J].外国中小学教育，2001（5）.

[14]彭达莉，宁静，吴建琴.物理实验教学中关于提问设计的思考[J].新疆师范大学学报（自然科学版），2019，38 （2）.

[15]吴颜，刘永泉.小学教育专业《地球科学概论》教学改革探微[J].新疆师范大学学报（自然科学版），2021，40 （1）.

[16]郝京华.论科学教育中的科学方法教育问题[J].教育研究与实验，2000（6）.

[17]周德红，陈敬全.谈科学思想与科学研究[J].科学，2012，64（3）.

[18]徐祥运，林琳，徐旭.默頓科学社会学思想的发展：从科学与社会的互动到科学共同体——纪念默顿逝世10周年[J].青岛科技大学学报（社会科学版），2013，29（1）.

（责任编辑：朱福昌）