首 新 陳明艷

（1.重慶師范大學科技教育與傳播研究中心 重慶 401331；2.重慶市渝北區(qū)中央公園小學 重慶 401120）

普遍認為，現(xiàn)代科學教育始于20 世紀50 年代［1］，而我國的科學教育則是在 20 世紀 80 年代與國際科學教育接軌，開始融入國際科學教育主流。但直到21 世紀初，我國的科學教育研究才逐漸得到一些學者的關注，并作為一個研究領域成立了科學教育學會、科學教育研究所、科學教育本科專業(yè)等。教育研究的目的是批判性地告知教育測量和教育決策，以提高各級各類教育行動［2］，即一方面科學教學研究幫助教師提高其課堂教學實踐，以便更好地適應“提高學生科學素養(yǎng)”培育者的角色，另一方面科學教育研究者需要為教育決策者提供幫助。本文的目的在于為研究者呈現(xiàn)國際科學教學研究現(xiàn)狀及趨勢，并運用文獻計量分析的方法，呈現(xiàn)我國科學教學研究現(xiàn)狀，以比較的視角審視我國科學教學的發(fā)展。

一、科學教學改革的歷史與發(fā)展

以科學課程改革文件為媒介，近50 年的科學教學改革可劃分為三次浪潮。

第一次科學教學改革浪潮始于美國和西方對國家科學和技術水平的擔心。當時蘇聯(lián)衛(wèi)星發(fā)射成功，其他國家認識到這種差距正是由于科學教育落后所致，當時的科學教學過分強調記憶科學事實，于是第一次改革轉向讓學生理解基本的科學概念、科學過程、學科結構等，同時，學者們也在追求科學課程與教學的理論支持，其中最顯著的是引進當時的心理學理論。20 世紀60 年代的科學教學研究主要受兩種不同的心理學理論影響：第一種是描述性行為主義（Descriptive behaviorism），其核心理念是“刺激—反應”機制，即通過操作性條件作用來塑造行為，這時學習被認為是學習者對外界刺激的反應，而忽略學習者到底是如何學習的，如此發(fā)展起來的教學模式如程序教學、用于評價學生學習結果的多種選擇問題教學等。另一種是認知發(fā)展理論，即關注學習者認知發(fā)展的各個階段，如科學教學中科學主題的安排序列、課本的建構框架序列等。

第二次科學教學改革始于1983 年，美國國家教育優(yōu)異委員會發(fā)表題為“國家處于危險之中：教育改革勢在必行”的報告。De Jong（2007）認為，這次改革主要是想扭轉學生消極的學習狀態(tài)，轉向讓學生積極參與學習過程，提倡科學學習與日常生活聯(lián)系起來，如科學學習的概念轉變過程、開展開放式的探究課題等。與此同時，心理學理論也有所發(fā)展，心理學家們不僅關注學習結果，而且把更多的興趣放到了學習過程本身，其中認知心理學中的發(fā)現(xiàn)學習理論、學習的信息加工機制被廣泛應用于科學教學研究中。這兩種理論促使科學教學開始關注“創(chuàng)造積極的學習過程”［3］來促進科學實驗教學，也產生了一些科學教學模式，如學習環(huán)。同時，與上文指出的利用多重選擇問題來評價學生的科學學習結果不同，這時教師們開始嘗試利用問答的形式來了解學生的學習過程。

第三次科學教學改革始于20 世紀90 年代末，當時人們對過分強調概念理解、概念轉變過程不滿，這源于把個體的社會和文化背景分離于概念理解過程，雖然學習概念時會提供生活背景，但所給的背景與理解概念本身缺乏相匹配的聯(lián)系。于是，建構主義、STS議題、社會文化理論、文化歷史理論等理論被廣泛運用于科學教育研究并作為其理論基礎開拓了新的研究方向。同時，20 世紀80 年代興起的計算機輔助教學仍然發(fā)揮著生命力，并隨著網絡技術的發(fā)展，給科學教學研究提供了另一個平行發(fā)展的視角。三次科學教育改革及其理論基礎如表1 所示。

表1 科學教育改革及其理論基礎

科學教學改革推動了科學教學研究，科學教學研究也為科學教學改革開拓了新方向，隨著國際科學教學改革與科學教學研究的相互促進，逐漸發(fā)展成了一個獨立的學科研究領域。Fensham（2004）認為，一個獨立研究領域的確立主要包括三個基準：結構性基準、內部研究基準、結果性基準，并指出一個發(fā)展良好的研究領域應包括六個要素：有完整的教授任命制以獲得學術認可、有研究性學術期刊、建立專業(yè)學會、定期舉行學術會議、建立研究中心、制定培訓計劃發(fā)展新的專業(yè)研究人員。現(xiàn)當代科學教學研究始于美國，早在20世紀70年代美國就注意到科學教育的重要作用，但其作為一個獨立的研究領域卻經歷了30 年的發(fā)展才成熟。目前，大部分發(fā)達國家的科學教育已成為一門獨立的學科，但我國的科學教育還沒有成為如Fensham所描述的結構良好的獨立研究領域。2000年，在教育部基礎教育課程研究中心的資助下，廣西師范大學科學教育研究所成立；2002 年，重慶師范大學開設了科學教育本科專業(yè)，部分高校陸續(xù)開設了科學教育碩士、博士學位課程；2009 年，中國教育學會科學教育分會成立；2010 年12 月，學會開始定期舉行學術年會，隨后，學會主辦了一系列與科學教育相關的學術會議①，但我國有影響的科學教育學術刊物尚待創(chuàng)立，研究者只能在教育類相關期刊發(fā)表學術成果。

二、國際科學教學研究的主題變化

了解國際科學教學的現(xiàn)狀和趨勢，一些學者主要從研究結構入手，如上述科學教學改革階段的劃分、學術環(huán)境的發(fā)展變化，這可以詳細了解科學教學研究的范圍和變化過程。另外，可以對科學教學研究文獻進行計量分析，了解研究主題的變化。

早期的研究發(fā)現(xiàn)，科學教學研究已經從非生態(tài)的實驗研究轉向生態(tài)化的科學觀察和描述，對師生訪談及基于此的文本分析成為普遍的研究范式。隨后，學者們對這種轉變而產生的研究質量進行了分析，Rennie（1998）認為，提高對定量研究結果的解釋形式和呈現(xiàn)方式有助于打破科學教育研究與實踐的鴻溝。［5］

通過對1998—2007 年發(fā)表在國際科學教育期刊 IJSE（International Journal of Science Education）、JRST（Journal of Research in Science Teaching）和 SE（Science Education）上的內容進行簇族分析［6］［7］，結果顯示，科學教學實證研究占大多數并且多采用定量分析方法；主題分析顯示，這些研究普遍關注的是“學習背景”“科學教學”，而“學習概念”“與科學教學相關的文化、社會、性別差異”等內容呈下降趨勢；從高被引文獻來看，論證教學已成為一個熱點研究內容。De Jong（2007）也采用了類似的內容分析方法，對 1995 年和 2005 年發(fā)表在 JRST、IJSE 和SE 上的論文進行了主題劃分分析。［8］結果顯示，研究主題從“學生的科學概念”“科學教學實踐”“教師CK 知識”轉向“教師 PCK 知識”“STS 和學習背景”“科學教學實踐”；深入內容分析發(fā)現(xiàn)，基于科學教育研究項目的設計式的教學研究是其研究設計趨勢，其次，多樣化的數據定量分析工具被不斷引入研究分析過程，另外，科學教師教育研究更加關注教師在培訓項目中的參與度以及對科學課程改革的看法。張月夏（2010）用科學計量學的方法對1990—2007 年 IJSE、JRST、RSE（Research in Science Education）、SE 期刊上的文獻進行了內容分析。［9］結果顯示，主題“概念轉變”“概念圖”是研究者最感興趣的方向，但在21 世紀初有所下降，主題“教師專業(yè)發(fā)展”“科學本質與社會科學議題”“概念轉變和類比”逐漸受到關注。從高被引文獻來看，科學教育所尋求的理論基礎已形成了一個簇群，如建構主義學習理論、認知心理學、教育學以及科學哲學。

上述對科學教育研究主題的劃分，主要有兩種路線：一是根據國際科學教育會議主題來對文獻進行主題分類，如李旻憲（2009）等所依據的是美國國家科學教學研究協(xié)會2000—2003 年召開的年會劃分主題，De Jong（2007）則兼顧了美國國家科學教學研究協(xié)會年會主題和歐洲科學教育研究協(xié)會一年兩次的研討會主題進行劃分。另一種是對每篇文獻歸納和概括，并基于相關性集合成較大的簇，再根據簇的相關性組成主題簇，最終形成主題劃分，如上述張月夏（2010）運用科學計量學技術依據主題相關性而劃分的研究主題。

基于不同的方法和個人的看法，研究者們進行了不同的分類，綜合他們的文本分析結果，我們發(fā)現(xiàn)，科學教學實踐（如發(fā)展學生的各項科學技能、教學評價）仍然是當前及今后一段時期熱點研究領域。同時，研究者更加關注科學教學情境以及科學教學前學生所處的社會、文化背景；科學教師教育及其專業(yè)化發(fā)展（如PCK、教學經驗、教育理念）也受到越來越多的關注；20 世紀90 年代普遍關注的“概念轉變、概念學習”主題研究受到冷遇，取而代之的是對科學論證教學的研究。最后，科學教學所依據的理論基礎有所更新，并呈現(xiàn)多樣化，如認知心理學、科學哲學、建構主義學習理論、文化歷史理論等。

三、我國科學教學研究的主題變化

應用科學計量學的方法對近10 年（2010—2019）教育學領域CSSCI 期刊中“科學教學”相關文獻進行關鍵文獻分析，尋找國際科學教學研究背景下我國科學教學研究的理論基礎、實施策略以及現(xiàn)狀。我們發(fā)現(xiàn)，我國科學教學研究形成了“一核心三外環(huán)”的研究結構，即以科學教育為核心，內環(huán)主要圍繞科學教學的內涵、外延開展研究，構成了基本的主題框架，中環(huán)主要以“介紹美國科學教學、我國科學教師研究”為主，邊緣結點構成了分散的外環(huán)（如STS、STEM 教育、社會科學議題、科學教材等），展示了我國研究者對國際科學教學研究新近主題的關注，具體分析如下：

（一）科學教學及其內涵的研究

2010 年以來，我國研究者吸收了大量國際科學教育研究范式，對科學本質、科學探究、HPS、科學素養(yǎng)、概念轉變、科學教學的核心概念等進行了相關研究。

“科學探究教學”研究也成為一個小聚類，并吸收了“作為實踐的科學”這一新理念，為科學探究教學中實現(xiàn)科學方法、教師發(fā)展、體現(xiàn)科學本質提供了新的研究方向。美國科學教學研究對我國科學教育學者有重要的影響，一些學者從不同方面介紹了美國科學教學現(xiàn)狀，其中影響最大的是2013 年美國國家研究理事會制定的《新一代科學教育標準》，該文件成為我國學者挖掘美國科學教學新動向的重要媒介。同時，也有學者從文化的視角探討了中美科學教學的差異、非正式科學教育、美國科學教育政策等。

（二）科學教師研究逐漸得到重視

2002 年我國設立了科學教育本科專業(yè)，至今已培養(yǎng)了大量的科學教師，科學教師研究也隨之發(fā)展，但科學教師研究并沒有形成像“科學探究教學”那樣的聚合結點，其研究主題僅僅包括科學本質觀、PCK、小學科學教學等。隨著“國培計劃”10 年對各級各類科學教師的參與式培訓，研究者還需要關注“科學教師”這一主題。

（三）緊跟國際科學教學的新動態(tài)

我國學者積極關注國際科學教學的前沿研究內容，如“論證”“模型”“社會性科學議題”“STS 議題”“非正式科學教育”等。但同時也應該看到，這部分研究者僅僅停留在引入層面，并沒有進行相關內容的實證研究和深入的內涵分析，這體現(xiàn)了研究水平的差異。當然，從結構上看，我國科學教學研究尚需豐富（如前所述），這需要培養(yǎng)更多的研究者，并從制度上保證科學學科的可持續(xù)發(fā)展。另外，我國研究者還關注科學教學與人文、信息技術等的聯(lián)系，這種跨學科的視角豐富了科學教學理論，擴大了研究范圍。同時，從不同民族的文化層面、不同個體所面臨的文化差異來探討科學教學逐漸受到關注，這能夠解決我國多元文化背景的科學教學現(xiàn)實困境。

四、結果與討論

（一）尋求科學教學的多元化理論基礎

從上述三次改革浪潮可以看出，國際科學教學不斷革新自我的理論基礎，經歷了從行為主義、認知發(fā)展理論、發(fā)現(xiàn)學習理論到建構主義、科學哲學基礎、社會文化理論的多元化發(fā)展。目前，研究者正在挖掘文化歷史活動觀下的科學教學過程。

歷史文化活動理論下的科學教學改變了科學素養(yǎng)“個人擁有”（如個體科學素養(yǎng)、個體對科學本質的認識）的特征，這時的科學學習是自然發(fā)生的、集體中生成的、分散式的現(xiàn)象。“分散式”指的是一種形勢特征而非單獨個體，“集體中生成”是指科學教學是以集體特征的形式展現(xiàn)相互作用而不能簡化到單獨的個體，“自然發(fā)生”是指發(fā)展背景下科學教學所展示的某種特征。另外，針對科學概念，文化歷史活動理論框架下的知識觀與個人建構主義所認為的“知識是不連續(xù)的、可試驗的認知實體”不同，文化歷史活動理論把知識置于、分散于活動之中，并認為知識是集體的、分散式的認知實體。這時，知識或概念就不應被縮減到個體，或分解成各個元素，而應是整個實踐產生的突現(xiàn)特征。

有研究者用文化歷史活動理論解釋“科學素養(yǎng)”的形成過程，Roth（2003）曾做過一項研究［10］，當地居民與科學家討論當地水資源短缺問題，科學家提出了相關建議但都被當地居民否定了，因為居民認為科學家的建議并不能及時解決當時的問題。這時，當地居民的提問與科學家不適當的回答，以及居民拒絕建議的行為都可解釋為他們不太理解合適的科學方法，但在文化歷史活動理論框架下，則會產生不同的結果。因為科學素養(yǎng)被理解為科學家和居民共同的實踐過程，在這種情境下，科學家并沒有特權來決定具有科學素養(yǎng)的公民需要什么，也不能決定居民使用什么知識，居民和科學家是相互作用，共同塑造構成科學素養(yǎng)的科學知識。

我國對科學教學的理論研究還停留在科學哲學、多元文化層面，這無疑阻礙了我國科學教學研究的發(fā)展，我們應該從維果茨基的文化歷史活動理論挖掘科學教學的理論依據，填補理論上的空白。

（二）關注科學教學的實驗干預研究

我們不應僅僅停留在介紹國外科學教學理念、政策等層面，除了介紹之后給予少量建議之余，還應該進一步進行教育實驗或教學干預。教育科學研究的價值理念是“價值中立、可驗證性、實證方法中心”，因而，科學教學研究要將概念還原為直接的經驗，由經驗事實來驗證概念的正確性（價值中立）；要探討科學教學事實之間的因果聯(lián)系，可實施重復驗證和研究推廣（可驗證性）；要確定研究科學教學問題使用的方法，凡是“能允許進行實證研究”的科學教學問題要少進行一些概念的思辨（實證方法中心）。實現(xiàn)這三個價值理念的媒介便是教育實驗或教學干預，我們可從中考察我國學生在某些教學模式、教學主題下的現(xiàn)狀水平、發(fā)展路徑，進而構建我國學生科學學習的學習進階。另外，科學教學研究的新近主題，如科學論證、學習進階、SSI 議題、非正式科學教育、科學本質等本應該是實證研究的熱點，卻僅僅停留在概念引入、內涵辨析層面，實質上，這并不能幫助教師在教學中實施這些理念，必須要有教育實驗結果的支撐，才能編制我國學生的學習進階路徑、開發(fā)科學論證教學模式、設計SSI 議題課程、拓展非正式科學教學等。

（三）加強科學教師教育研究

目前，科學教師教育研究更加關注教師在培訓項目中的專業(yè)知識變化及發(fā)展。普遍認為，SMK 是PCK 體系中的橋梁，能促進教師PK 和CK 的融合，最終促進科學教師PCK 的發(fā)展。隨著信息技術融入科學教學，PCK 又轉化為TPACK 體系；另一視角，學科文化知識（Cultural Content Knowledge，CCK）又擴充至PCK 體系，對科學教師的文化使命與責任、科學本質觀、知識更新提供了新的研究方向。

另外，教學經驗、教育理念方面的研究主要是構建專業(yè)信念與教學實踐的關系。一種觀點認為二者之間有很強的線性相關關系，教師信念會影響教師怎么教和為什么教。如Driel（2013）等研究顯示［11］，教學和學習的信念、課程內容信念和教育信念能相互作用并最終形成合力影響教師的教育教學；另一觀點認為教學實踐受眾多因素影響，教學信念是其中一個重要的影響變量。如Lumpe（2012）等人的研究顯示，教師的信念還和學生的學習情況、課堂實踐、課程材料、學校支持、學生背景等變量有關。［12］

我國的科學教師教育研究主題主要集中于科學教師的PCK 體系、科學本質觀、現(xiàn)狀調查等，很少涉及基于培訓項目的生態(tài)化研究。“國培計劃”已有10 年，我們需要探討項目中的各種培訓內容、方式是否有助于科學教師的專業(yè)發(fā)展，為基于設計的項目式研究提供數據支持。另外，我國還缺乏有關科學教師教學信念、教學實踐的研究。

（四）緊跟科學教學研究前沿

如前所述，我國研究者積極關注國際科學教學的新動態(tài)，并拓展科學教學的跨學科研究。但事實上，這些內容多為表層的研究。例如，我們找到2010 年以來我國非正式環(huán)境下的科學教學文獻共18 篇，但介紹美國K-12 教育經驗的占到44%。這種“介紹式評說”并不能推動我國科學教學與國際接軌，只會產生“跟進國際科學教學理念”的假象。因此，我們必須要在介紹經驗的基礎上開展開發(fā)研究，把這些研究動向與科學教學實踐結合起來，用干預的結果考察效果。

五、結語

通過對比分析國內外科學教學研究主題，我們發(fā)現(xiàn)，相比國際科學教學研究，我國研究者能緊跟國際科學教學前沿，特別是歐美等發(fā)達國家的科學教育研究，我國研究者已基本對科學教學的基礎研究內容有所涉及，但是，有關科學教師的研究仍然較少。而且，對國際科學教學前沿內容我們不應僅僅停留在介紹層面，后續(xù)的研究應該是與我國科學課程與教學結合起來，并以教師教育研究為突破口，服務于科學教學實踐。

注釋：

①如科學教育學科與專業(yè)建設研討會、全國科學教育專業(yè)師范生教學技能創(chuàng)新展示活動、科學特級教師及名師論壇等。