劉東方

(沈陽師范大學教師專業(yè)發(fā)展學院，遼寧沈陽 110034)

一、問題的提出

科學探究能力的培養(yǎng)是國際科學教育的核心內容。美國2013 年頒布的新一代《科學教育標準》將工程實踐融入探究過程中，賦予科學探究更深的實踐性。[1][2]我國2016年發(fā)布的“中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)”指出“科學精神”的基本要點包括“勇于探究”，“社會參與”的具體要點包括“問題解決”。[3]各國持久地重視對科學探究能力的培養(yǎng)。

學生的科學探究能力很大程度上取決于探究教學的有效實施，探究教學實施能力是理科教師學科教學能力的構成要素之一，[4]也是最體現(xiàn)教師教學實踐能力的要素之一。

理科教師探究教學實施能力是物理、科學、生物、地球科學等四門學科的理科教師在課堂上指導學生完成探究活動時所具備的教學實施能力，是對探究教學實施活動進程及方式起穩(wěn)定調節(jié)作用、保證順利完成教學活動的心理特征。目前，中學理科教師的探究教學實施能力處于何種水平，用什么樣的理論與工具可以對其進行測查，如何為促進教師探究教學能力培養(yǎng)提供借鑒，是本文要探討的內容。

二、已有研究綜述

(一)關于理科教師的探究教學實施能力

學者首先從教師的教學能力展開研究，克拉克和彼得森將教學分為三個階段，即“行動前”“行動中”“行動后”。因此，教師的教學能力也可以分為三個核心部分，即教學設計能力，教學實施能力和教學反思能力。[5]基于此，謝紹平等人從五個方面提出理科教師探究教學實施能力的構成：指導學生提出問題、指導學生提出猜想與假設、指導學生獲取證據(jù)、指導學生分析與論證、指導學生交流。[6]

(二)關于理科教師探究教學實施能力的測查方法

研究者主要采用等級量表式問卷調查法，由教師對自身的探究教學情況做出判斷，從而得出研究結論。[7-9]例如，“在選擇探究教學方式時，您覺得：A.十分困難；B.困難；C.有點困難；D.不困難。”這樣的題目在一定程度上能反映出教師對探究教學的認識、體會及存在的困難，但在具體探究教學實施能力方面得到的結論客觀性較弱，需要進一步探討客觀的研究方法。

(三)Rasch模型的應用

Rasch模型是由丹麥學者Georg Rasch提出的描述智力和成就測驗的概率模型。在該模型中，被試的能力越高于試題難度，則正確回答此題的概率越大。Rasch測量具有如下優(yōu)點：(1)測量分數(shù)是等距的；(2)被試能力和項目難度相互獨立，互不影響；(3)能力和難度是被試在一系列項目上的反應通過估算得到的，提高了測量準確性；(4)被試能力和項目難度使用同一把量尺，使數(shù)據(jù)具有可比性。[10]Rasch模型在教育和心理測量領域得到了廣泛的應用，例如，在測驗設計、測驗等值、計算機自適應考試、試題質量分析、學科能力表現(xiàn)測試等多個領域發(fā)揮重要作用。[11]但應用Rasch模型對理科教師教學能力進行測查的研究還極其少見。

三、研究設計

(一)探究教學實施能力的評價標準

1.探究教學實施能力的評價要素

本研究在2012年基于國外10個國家或地區(qū)科學課程文件的頻次分析，提煉出提出問題、猜想假設、制訂計劃、進行實驗、收集證據(jù)、解釋結論、反思評價、表達交流等8個能力的二級要素能力，[12]豐富了科學探究能力構成?；诳茖W探究二級要素能力，提出理科教師探究教學實施能力的評價要素如表1所示。

表1 探究教學實施能力的評價要素

2.評價要素的水平界定

在評價要素中，將每一個二級能力要素劃分了4個水平維度。不同水平維度劃分的主要依據(jù)是主體性、深刻性、創(chuàng)造性。[13]主要表現(xiàn)為“理科教師主體-學生主體”“表面指導-深入指導”“孤立指導—優(yōu)化指導”。例如，在“指導學生提出問題教學能力要素”的二級要素中，第一個要素為“指導學生發(fā)現(xiàn)并建構明確的問題”。其水平1為0分：“由理科教師提出要研究的問題，未指導學生發(fā)現(xiàn)和提出問題”；水平2為1分：“給予學生提出問題的機會，并對學生進行表面性指導”；水平3為2分：“給予學生提出問題的機會，深入指導學生建構明確的問題”；水平4為3分：“深入指導學生建構明確的問題，并指導學生自主、清晰地表述問題”。該測查共有40個要素指標，每個要素指標滿分為3分，合計120分。

(二)研究方法

1.課堂觀察法

課堂觀察法是觀察者帶著明確的目的，憑借自身感官及輔助工具，直接或間接從課堂情境中收集資料并進行分析的方法。[14]這種方法保證了教學能力及其表現(xiàn)研究的準確性與客觀性。本研究采用課堂觀察法，觀察理科教師的課堂探究教學視頻，并進行定量分析。

2.基于Rasch模型的統(tǒng)計方法

利用Rasch模型，并使用Bond&Fox Steps軟件對數(shù)據(jù)進行處理。[15]直接在理科教師、測查工具之間進行比較，得出理科教師探究教學實施能力的情況。

(三)測查的理科教師樣本選擇

評價對象為遼寧省初中化學教師，以“一師一優(yōu)課”國家教育資源公共服務平臺為視頻來源，[16]年份為2015-2016年度及2016-2017年度，選取的內容為義務教育化學教科書·九年級上冊(上海教育出版社)中第六章“溶解現(xiàn)象”、第七章“應用廣泛的酸堿鹽”，以及義務教育化學教科書·九年級上冊(人民教育出版社)中第九章“溶液”、第十章“酸和堿”的所有課堂教學視頻。共有358節(jié)課，其中，探究教學課共有129節(jié)，如表2所示。在這些理科教師中，男教師21人，女教師108人。3節(jié)為部優(yōu)課，7節(jié)為省優(yōu)課，21節(jié)為市優(yōu)課，22為縣優(yōu)課，76節(jié)為一般課。農村學校理科教師53人，城市學校理科教師76人。

表2 探究教學視頻樣本選取

四、測查結果與分析

(一)測查工具質量分析

根據(jù)初測分析結果，對測量工具進行修訂，并實施第二次測查，重新進行測查的質量檢驗。測查工具整體信度為0.96， MNSQ值為0.98，在0.7～1.3范圍內，接近理想水平，表明測查工具與理想模型具有良好的匹配度。分離度反映測量工具對不同能力水平被試的區(qū)分情況，分離度越大，說明區(qū)分效果越好，此試卷題目分離指數(shù)為4.88，分離度較好。Rasch模型要求測查是一維的，一維性檢驗結果如圖1所示，共40道題目，其中11道題目超出接受范圍(-0.4～0.4)，僅占總題目數(shù)的27.5%，表明測查具有一維性，這些題目能夠共同反映理科教師的探究教學實施能力。

圖1 試題一維性檢驗

(二)測查結果與分析

1.理科教師探究教學方式的使用現(xiàn)狀

所選擇的兩個主題，都與學生的生活經驗緊密結合，無論從內容上還是學習方式上，都適合學生進行實驗與探究。而在收集到的358節(jié)課中，有129節(jié)課的理科教師采用了探究教學的方式，僅占總課時的36%，這說明理科教師在日常教學中，采用探究教學方式較少。

2.理科教師各探究要素能力的情況

計算理科教師在各探究要素能力的得分，并按照滿分100分折算，結果如表3所示。

表3 理科教師探究教學實施能力的得分

總體來看，理科教師各探究要素教學能力的平均得分均未達到及格水平，總體極低。其中，提出問題教學能力幾乎沒有表現(xiàn)，即在教學中理科教師很少引導學生提出問題，很少會培養(yǎng)學生提出問題的能力；其次為猜想假設教學能力、反思評價教學能力和收集證據(jù)教學能力；再次為解釋結論教學能力、制定計劃教學能力、進行實驗教學能力；最高分為表達交流教學能力，為50分。

3.理科教師探究教學實施能力的整體水平

測查的“理科教師能力-題目難度分布”如圖2所示，呈現(xiàn)了理科教師水平與測查工具難度客觀等距量尺圖形，顯示個體與試卷整體的綜合概況。軸線的左邊為理科教師能力水平分布，自下而上依次提高，軸線的右邊為測查題目，難度水平自下而上依次提高。從圖中可以看出，題目難度的主要跨度為-4～+4個logit值，從數(shù)值上將其分為四個區(qū)域，能夠代表理科教師探究教學實施能力的四個水平，將四個水平所對應的題目組合，就分別代表理科教師在每一個水平所能達到的具體行為。相應地，可以得出理科教師在課堂探究教學實施能力方面表現(xiàn)出如下四個水平：

處于“水平1”的理科教師在教學中能夠指導學生：系統(tǒng)地、精確地測量；確認測量中誤差的可能性來源；交流數(shù)據(jù)和信息；交流科學結論和論點；考慮批評性意見和其他解釋并做出反應。

處于“水平2”的理科教師在教學中能夠指導學生：基于化學知識和原理，發(fā)現(xiàn)并建構明確的問題；選取合適的實驗材料和工具(探測器、電子天平等)；按照設計程序進行實驗；系統(tǒng)觀察；重復實驗，減小隨機誤差；使用圖和表格呈現(xiàn)信息；確認和解釋意外的不一致的數(shù)據(jù)；根據(jù)證據(jù)和邏輯推理確立因果關系；使用數(shù)學關系解釋變量關系；批判性地思考證據(jù)，確定是否選擇了合適的證據(jù)進行論證；檢驗論證過程的邏輯性；交流科學過程和方法。

圖2 理科教師能力—題目難度分布圖

處于“水平3”的理科教師能夠指導學生：編寫科學的、以模型為中心的說明；評估、修改模型，以提高模型的解釋力，更好地適應現(xiàn)有的證據(jù)；確定探究的方法，包括：實驗、模型、實地調研、信息研究、二手資料；使用恰當?shù)膶嶒灱寄埽环治?、推理證據(jù)的規(guī)律，通過歸納、演繹得出結論；構造一個模型(物理模型、數(shù)學模型、概念模型)用以表征關系；評價結論和觀點的正確性和局限性；從科學的角度評估所使用的方法；從其他角度提出可能的解釋、結論和方法；提出需要進一步解決的問題；口頭進行探究實踐報告，并準確地、有邏輯性地運用語言；撰寫書面探究實踐報告。

處于“水平4”的理科教師能夠指導學生：解讀問題，把問題拆解，指向具體的研究對象；評估問題結構、質量與價值；基于觀察和所學科學知識進行預測，建構可驗證的假設；建立簡單的模型(物理模型、數(shù)學模型等)來陳述現(xiàn)象或進行預測；鑒別各種變量(自變量、因變量、控制變量)；設計有邏輯順序的實驗步驟；使用統(tǒng)一測量尺度和記錄手法以消除系統(tǒng)誤差；利用現(xiàn)有技術和設備測定有一定精度要求的數(shù)據(jù)；用硬件(如計算機)和軟件、電子資源收集和存儲信息；使用統(tǒng)計技術組織和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

4.理科教師探究教學實施能力所處水平

根據(jù)理科教師探究教學實施能力的logit值，能夠分別找出其在不同探究教學實施能力水平上的分布，如表4所示。

表4 理科教師探究教學實施能力的水平分布

在129名理科教師中，有14.7%的理科教師探究教學實施能力處于水平1，有70.5%的理科教師處于水平2，有14.7%的理科教師處于水平3，沒有理科教師達到水平4。

5.所處地區(qū)對理科教師探究教學實施能力的影響

為了考查理科教師所處地區(qū)對其探究教學實施能力的影響，做T檢驗分析，如表5所示。結果表明，城市的理科教師探究教學實施能力略高于農村理科教師，但兩者的Sig值為0.173，大于0.05，無顯著差異。

表5 農村和城市理科教師探究教學實施能力T檢驗

6.性別對理科教師探究教學實施能力的影響

為了考查性別對理科教師探究教學實施能力的影響，做T檢驗分析，如表6所示。結果表明，男性理科教師的探究教學實施能力略高于女性，但兩者的Sig值大于0.05，無顯著差異。

表6 男性和女性理科教師探究教學實施能力T檢驗

7.優(yōu)課等級對理科教師探究教學實施能力的影響

為了考查優(yōu)課等級對理科教師探究教學實施能力的影響，做多因素方差分析，如表7所示，數(shù)字1～5依次表示部優(yōu)、省優(yōu)、市優(yōu)、縣優(yōu)、一般等級。同時做了理科教師能力與優(yōu)課等級關系圖，如圖3所示。結果表明，隨著優(yōu)課等級的下降，理科教師的探究教學實施能力也隨之下降，一般等級課相對于縣優(yōu)課得分略有上升，但差異不大。具體來看，部級優(yōu)秀課的平均成績最高，其次是省優(yōu)課。盡管省優(yōu)與市優(yōu)課的理科教師探究教學實施能力差異不顯著，但以30分為界限，將等級3與等級4、5劃分在一起。由此可以得出結論：部優(yōu)課和省優(yōu)課理科教師的探究教學實施能力明顯高于其他等級的理科教師，且呈現(xiàn)顯著差異；市優(yōu)課、縣優(yōu)課、一般等級課理科教師的探究教學實施能力差異不大，其中市優(yōu)課理科教師的探究教學實施能力略高，一般等級課理科教師探究教學實施能力略高于縣優(yōu)課，但兩者差異不大。

表7 優(yōu)課等級對理科教師探究教學實施能力的多因素差異檢驗

將顯示同類子集中的組均值。

a.將使用調和均值樣本大小8.585。

b.組大小不相等。將使用組大小的調和均值。將不足保證1類錯誤級別。

圖3 教師探究教學能力與優(yōu)課等級的關系

四、研究啟示與建議

此次對遼寧省理科教師探究教學實施能力的測查在一定程度上能為基礎教育理科課程、教學和教師培訓提供啟示。

(一)基礎教育課程標準應明晰科學探究的內涵

教師在教學實踐之前，應有足夠的理論作為指導。在現(xiàn)行的理科課程標準中，提出了八個過程性要素供教師參考，但沒有對每個要素進行指示，例如，在指導學生提出問題時，是否應引導學生提出問題的角度，是否應指導學生甄別問題價值，是否應該指導學生準確地表述問題等，沒有做出具體的闡述，導致理科教師在設置探究教學時，沒有明確的標準，指導不夠深入?？茖W探究二級要素能力的確定，進一步明確了“探究能力是什么”。因此，在課程標準中，應在“科學探究”概念的基礎上，提出科學探究的二級要素，明確其操作步驟和要點，并給出完整的探究教學范例，便于理解和遷移。同時，在理科教科書中，探究性欄目應在科學探究的二級要素上設置活動，以此保障理科教師能夠更加精致地、創(chuàng)造性地設計教學，有效地指導學生完成探究過程。

(二)理科教師探究教學實施能力應向更高水平邁進

由前文所界定的探究教學實施能力的四個水平可以看出，水平1是教師針對實驗測量和交流結果等少數(shù)幾個探究二級要素對學生進行局部性的指導，探究的過程多為教師完成，開放度小；水平2和水平3是教師針對更多的探究二級要素進行指導，對二級能力要素的雕琢更加具體和精致，實踐性更強；水平4是教師加深了對學生思維性的指導，并且開放度增大，現(xiàn)代化教育技術的應用程度也增大。目前大部分教師處于水平1～水平2，因此，理科教師在實施探究教學時，應在主體性、深刻性、創(chuàng)造性上向更高的水平邁進。

(三)對理科教師培訓的建議

1.促進理科教師從探究教學觀念向行為轉變

課程改革將近二十年，探究教學已經深入理科教師觀念，但尚未在行動上全面落實，多數(shù)教師由于各種因素而回避探究教學方式。反觀“部優(yōu)課和省優(yōu)課理科教師的探究教學實施能力強”這個結論，也說明，探究教學實施能力越強的教師，整體教學能力也越強。因此，在理科教師培訓中，還需要完善課程模式，選擇有效的培訓內容，提供真實的案例，并鼓勵教師在培訓過程中進行實踐訓練和展示，采取“理論引領+范例分析+實踐反思+評比提升”的學習模式，提供探究教學專項比賽，使培訓方式多樣化，有效地使理科教師從探究教學觀念向行為轉變。

2.強化理科教師探究教學設計能力

探究教學設計決定了探究教學的具體實施，兩者是相輔相承、相互促進的。因此，在探究教學內容選擇、資源開發(fā)、探究問題和教學情境創(chuàng)設方面，為教師提供更好的內容和策略，強化探究教學設計能力。

3.鼓勵理科教師開展探究教學行動研究

通過探究教學行動研究，找出探究教學過程中出現(xiàn)的問題，進一步查閱資料或同行研討找出策略。一方面能夠使遇到的實際問題得以解決，另一方面，使教師對學生發(fā)展、對自身局限有深刻的了解，能夠不斷積累理論和實踐性經驗，增強教師探究教學的積極性和研究力，提高自身的科學探究教學實施能力。