馮華宇 劉瑞

摘要： 大量研究發(fā)現(xiàn)，教師在將其科學本質觀轉化到課堂實踐中由于受到不同因素的影響從而導致低效的科學本質教學。通過文獻回顧，將影響教師的科學本質觀轉化到課堂實踐的因素歸納為： 環(huán)境因素、教師因素、學生因素，對各因素的形成原因進行了探討，并提出了促進“轉化”的措施與建議。

關鍵詞： 科學本質觀; 化學課堂實踐; 影響因素; 文獻研究

文章編號： 10056629（2020）06001307? 中圖分類號： G633.8? 文獻標識碼： B

科學本質是科學素養(yǎng)的重要組成部分，被認為是近一百多年來學生學習科學的重要目標之一，體現(xiàn)在各國科學教育改革文件之中[1]。教師在提高學生科學本質觀的過程中發(fā)揮著關鍵作用。因此，教師自身必須要對科學本質具有充分的理解，而許多研究發(fā)現(xiàn)即便教師具有充分的科學本質觀也不能直接、必然地將其轉化到課堂實踐中，存在各種因素影響導致教師的科學本質觀與其課堂實踐之間的關系錯綜復雜[2，3]。雖然探索該影響因素方面的研究較多，但缺乏系統(tǒng)的歸納和探討，對教師是如何將其科學本質觀轉化到課堂實踐的關系缺乏整體性的認識。

本文以Web of Science核心合集為檢索源，關鍵詞為Nature of Science、 classroom practice、 teacher，首先將三者使用AND相連接，然后把translation、 influencing factor、 relationship分別用AND與前三者連接，最后使用OR連接這三類關鍵詞，檢索了1990至2018年的文獻。通過進一步閱讀文章摘要和主要內容對檢索結果進行二次篩選，篩選出集中反映“影響教師將其科學本質觀轉化到課堂實踐的因素”的文獻，以作為本文研究文獻綜述的樣本。

1 科學教育中的科學本質

科學教育界對科學本質（Nature of science）的概念仍然存有一定爭議。正如Schwartz & Lederman（2002）所指出：“不存在唯一能夠完整地描述所有科學知識和科學事業(yè)的科學本質的概念”[4]。McComas（1998）認為科學本質是科學史、科學哲學、科學社會學以及認知科學等多個領域的融合[5];Lederman（1992）認為科學本質涵蓋了不同領域，尤其是認識論，涉及科學知識的產生方式和科學的特征[6]。從現(xiàn)有文獻來看，科學教育界較為贊同Lederman（2002）提出的觀點，即“科學本質涉及科學社會學和科學認識論，它將科學視為一種認知方式，或科學知識及其發(fā)展中所固有的價值和信念”[7]。

然而，以上概念對于基礎教育階段（12）的學生過于抽象，也不利于教師開展科學本質教學[8]。當前，科學教育文獻對哪些科學本質易于學生接受和理解達成了基本的共識，包括以下8個方面： （1）科學知識具有暫時性，這意味著我們所具有的科學知識是現(xiàn)階段最好的，但它會隨著新證據的出現(xiàn)，或者對原有證據的新解釋而改變;（2）科學知識是以實證為基礎的;（3）科學是一個創(chuàng)造性的過程，即科學家用他們的想象力和創(chuàng)造力來計劃和實施研究以及讓數據具有意義;（4）科學知識的產生具有主觀性，科學家個人的價值觀、已有知識和經驗會影響科學家研究什么及怎樣研究;（5）科學和其所屬的社會和文化相互影響;（6）科學基于觀察和推理，二者是有區(qū)別的;（7）科學研究通常會包括收集證據、進行邏輯推理以及基于證據做出解釋和預測，但并不存在程序化的單一的科學方法，科學家在研究中應用各種各樣的方法;（8）科學的一個主要目的是形成理論和定律，二者也是有區(qū)別的[9～12]。

2 教師的科學本質觀與課堂實踐的關系

探索教師的科學本質觀與課堂實踐二者關系的研究可追溯到20世紀80年代后期[13]。早期研究發(fā)現(xiàn)學生不具備充分的科學本質觀，而教師作為課程的實施者，教師具有怎樣的科學本質觀、自身的科學素養(yǎng)現(xiàn)狀是基于科學本質的科學教學的重要前提，是學生科學素養(yǎng)提高的必要條件，進而研究的視角逐漸從學生的科學本質觀轉向教師的科學本質觀及其科學本質的教學，認為教師的概念與學生的概念密切相關;學生可通過科學探究教學活動隱性地理解科學本質;教師只要具有充分的科學本質觀，就能直接、必然地轉化到課堂實踐中[14～17]。但早在20世紀50年代，就有研究者對教師的科學本質觀進行調查，發(fā)現(xiàn)教師的科學本質觀同學生的科學本質觀一樣是不充分的[18]： 認為科學知識是靜態(tài)的;假設、理論以及定律之間可以轉化或存在等級關系;科學模型是對現(xiàn)實的復制而非人類的創(chuàng)造;科學方法是通用的、菜譜式的;科學家的觀點是完全客觀的，科學研究不需要創(chuàng)造性。并且對社會、文化與科學之間的關系的認識也不清晰。為此，研究者通過以社會科學議題、科學探究和科學史等作為教學情境，采取直接講授法、反思法和討論法相互結合的綜合法以及提供豐富的研究類課程等方式在一定程度上改善了教師的科學本質觀。

然而，近年來有關研究發(fā)現(xiàn)即使教師擁有充分的科學本質觀也不能自動轉化到課堂實踐，教師充分的科學本質觀僅僅是轉化到課堂實踐的一個必要不充分條件[19，20]。這些研究指出，教師在將其科學本質觀轉化到課堂實踐的過程中會受到不同因素的影響從而使得兩者的關系變得錯綜復雜[21，22]。厘清不同影響因素對于理解這一“轉化”過程具有重要意義。

3 影響教師的科學本質觀轉化到課堂實踐的因素

根據Schwartz & Lederman（2002）提出的教授科學本質要求模型（a model of the requirements for teaching NOS）對檢索文獻進行梳理、分類，發(fā)現(xiàn)教師在這一轉化中主要受到環(huán)境因素、教師因素和學生因素的影響，并提出了教師科學本質觀轉化到課堂實踐影響因素模型（見圖1）。教師因素中的認知因素是最為重要的，教師的課堂教學結果表現(xiàn)為學生成就，學生成就會進而影響教師的教學行為。其中，虛線表示這種轉化并非直接的而是會受到環(huán)境因素的影響。

3.1 環(huán)境因素

從課堂層面來講，教師主要面臨三大難題： 跟進教學進度以完成學科知識教學任務的壓力;教學時間以及科學本質教學資源的不足;繁重的教學負擔和處理班級日常雜務等，使其難以兼顧和專注于科學本質的教學[23～29]。同時，新手教師還面臨著課堂組織管理以及教學生存壓力這類亟待先行解決的問題。

在人際關系層面，主要是指教師與同事、教學管理人員以及學生和家長之間的關系。新手教師往往受到指導教師在教學計劃和實施方面的“插手”，甚至不支持教授科學本質;在與同事建立良好工作關系前期難以得到教學方面的支持或幫助;如果教師之間沒有就是否教授科學本質上達成一致的觀點，某一教師很難堅持教授科學本質[30～33]。教師的教學結果必然會受到教學管理人員的評價，通常這些評價觀念較為陳舊落后以及評價的功能較為偏狹，主要集中在對學科知識水平的評價上過分強調評價的競爭刺激作用，以及將過程性評價和形成性評價與考試完全對應起來，科學外在功能的凸顯使得科學教育表現(xiàn)為了應付考試而學，科學本質教育就表現(xiàn)為追求科學知識的教育，科學史的內容也沒有發(fā)揮出理解科學的功能而成為記憶的材料，從而約束著教師的教學取向，弱化科學本質的教學[34]。學生、家長以及學校對于升學率的盲目追求更是加劇了這一情況[35，36]

在制度層面上，教師科學本質職前或在職培訓存在時間限制、課程內容的安排和實施缺乏連貫性以及教學的有效性等問題，以致不足以改善教師科學本質觀或難以固化[37]。部分教育改革文件對學生科學本質的學習缺乏較為清晰的表述，缺乏對教師如何進行科學本質教學的指導，造成了教師教學實踐的難度[38]。升學考試注重對“雙基”的考察和強調甄別選拔功能，即便相關教育文件中包含科學本質內容但考試中也會剔除或弱化這部分內容，進而影響了教師教授科學本質的意圖[39～41]。

文化是教育的土壤，影響著教師的教學。例如，中國教師受中國文化“尊權”“考試文化”和“功利主義”思想影響，同時科學文化一直沒有在中國生根，導致中國科學教師對于科學的理解也就處在一種認識知識的水平，其課堂教學是一種對“我們知道什么”而不是對“我們如何知道”的關注，因此科學本質的教學停留于表象，且表現(xiàn)出無根性[42]。

3.2 教師因素

從教師個人背景層面來講，教育實習經歷影響著新手教師的教學判斷，認為應該遵循指導教師的教學要求，實際的學校環(huán)境中沒有強調教授科學本質，那么就沒有必要學習和教授科學本質[43];新手教師和經驗豐富的教師的區(qū)別之一在于教學經歷的長短，經驗豐富的教師的科學本質觀與其課堂實踐行為表現(xiàn)得更為一致以及在課堂管理和教師機智方面表現(xiàn)得更為成熟[44];具有相應學科學術背景的教師在教學時具有更為豐富的素材并且對學科知識的理解較為深刻，但扎實的學科知識雖是必要的但并非充分的[45]。

從教師個人認知的層面來說，大部分教師把科學本質視為科學的附加物[46]，認為首要考慮的應是學生的學習需求和興趣，使學生獲得基本的科學知識和技能，相較而言科學本質則顯得不重要或無暇顧及教授科學本質[47]。由于科學本質的理念直接受到了哲學觀的影響，表述上具有的哲學氣息在具有思想性的同時也加大了教師教學的難度，進而對自身科學本質觀的理解水平以及科學本質教學能力缺乏自信，表現(xiàn)出較低的自我效能感[48]。同樣，教師對學生學習科學本質的能力和動機也表現(xiàn)出擔憂： 不同年齡段的學生應該教授哪些內容以及對這些內容深廣度的把握，這些內容和活動是否適應學生的身心發(fā)展，是否會造成學生的認知負荷等，使得教師在教學時常常孤立看待科學本質的不同方面[49，50]。教師教授科學本質的動機和意圖至關重要。即便教師具有扎實的學科知識和教學法知識，但如果教師認為科學本質對于學生的成長不重要、不相關、學生無法掌握，那么教師則不會去教授它[51～54]。

從教師個人的知識和能力的層面來講，扎實的學科知識、科學本質知識和教育學知識以及知識間融會貫通的能力是教師提高“轉化”能力的必要條件，但研究表明大多數教師是缺乏的[55，56]。這些知識掌握的程度可能還會影響教師教學意圖的實現(xiàn)[57]。在教學目標制定上，除了很少包含科學本質外，對科學本質目標的表述也不夠具體、清晰，更多關注于這些術語的定義和應用而很少涉及它們是如何與科學知識的產生相聯(lián)系。在評價上，教師往往缺乏對學生前概念的探查以及有意識地利用正式的、有計劃的評價方案來評價和監(jiān)控學生科學本質概念學習的狀況，從而使得教學低效。在教學方法和策略上，盡管顯性反思性教學（ExplicitReflective Instruction）是目前教授科學本質最為有效的方法，但教師卻依然沿用隱性的教學方法，或者對顯性反思性教學存在偏差認識，認為學生通過動手做實驗或者在參與活動的過程中不對科學本質加以顯性的聯(lián)系就能夠自然而然地理解和學習科學本質，并且常常混淆科學本質和科學探究。此外，以學生為中心的教學方法來教授科學本質相較于傳統(tǒng)的教師主導的教學更有效，但大多數教師鑒于班級規(guī)模和教學便利性通常選擇教師主導，采取說教、演示等策略，缺乏顯性的對話、討論、反思環(huán)節(jié)[58]。另外，教師在查找、修改和熟練應用科學本質教學資源以滿足不同教學的內容、情境存在困難[59]。在教學中，教師語言也會影響到學生科學本質的理解[60]。

3.3 學生因素

學生對科學本質存在著迷思概念，例如： 科學知識是絕對的;科學家的觀點是完全客觀的;證據的累積會產生可靠的知識;存在著一般性、通用的科學方法等等，這些迷思概念通常來自學生的生活經驗、教材或教師的課堂教學[61～64]。例如，Irez（2009）通過對土耳其十年級五本不同的生物教科書分析，發(fā)現(xiàn)存在有許多錯誤以及對科學方法和科學知識的解釋不夠充分。學生的迷思概念影響著教師的教學。大部分教師忽視了對學生迷思概念的探查以及缺乏有效的概念轉變教學技能使得其科學本質的教學盲目而低效。其次，學生個體差異的不同，例如學習水平、學習風格、已有知識基礎等方面的差異也加大了教師科學本質教學的難度[65]。另外，學生就學習科學本質的動機和興趣同樣存在重要影響。

綜上所述，教師的科學本質觀并非直接、必然地轉化到其課堂實踐中，而是以上不同因素相互交織、協(xié)同地影響著教師將其科學本質觀轉化到課堂實踐中，使得這一過程錯綜復雜。

4 提升教師“轉化”能力的措施與建議

為了促進教師將自身的科學本質觀轉化為有效的科學本質教學實踐，從培訓、教師和環(huán)境討論了提高這一“轉化”的措施與建議。

4.1 改善教師培訓質量

教師培訓是向教師傳遞教學理論知識和思想的一種主要媒介。教師職前培養(yǎng)和職后培訓在促進教師科學本質觀轉化到課堂實踐中起著至關重要的作用[66]。首先，最重要的是使教師內化科學本質教學的重要性，將科學本質視為重要的教學目標，以避免在教學計劃中缺乏對科學本質的關注，也能克服一些通常的影響因素[67，68]。第二，增強教師科學本質教學效能感的同時也要使教師堅信自己的學生應當學習和能夠學習科學本質。Lederman（1998）認為中小學階段應該教授科學本質中比較沒有爭議的、更加具體的方面。例如，科學知識具有暫時性的特征;科學知識基于觀察的經驗基礎;科學知識包含人類的推論、想象力和創(chuàng)造力以及科學知識受到社會、文化的影響等[69]。Metz（2004）指出給予恰當的教學和腳手架的搭建，低齡兒童也能理解適合的科學本質方面[70]，并且教師應當慎重選擇合適的語言向學生傳達信息以避免制造迷思概念。第三，教師培訓對教學不應持過于技術化和簡單化的觀點，認為只要向教師傳輸一定的教學知識策略，就可以幫助教師更好地解決教學中的各種實際問題，而應當采取除講述以外的各種方式幫助教師外顯化對科學本質的緘默理解，加深教師對科學本質及其背后基本原理的理解[71]，意識到在不同教學內容、情境中顯性教授科學本質的教學時機，還應當幫助教師在教學實踐中情景化對科學本質的理解，從而提升教師將新獲得的對科學本質的理解遷移到新的實際教學情境中的能力[72，73]。Schwartz & Lederman（2002）進一步指出如果只是簡單地提供大量的科學本質活動包給教師，則會造成其盲目地使用或是一味地模仿，應當培養(yǎng)教師開發(fā)和修改已有資源以適應自身教學需求的能力[74]。第四，給予教師足夠教授和評價科學本質的教學經歷，使教師獲得關于學生是如何理解科學本質以及如何修改教學活動能夠讓學生形成充分的科學本質觀的實際經驗[75]，只有當教師掌握了學生對特定主題學習的認知和情感狀態(tài)時，他們才能運用經過教學調整的程序來促進學習[76]。因此，不僅要從外部向教師傳授專業(yè)知識，而且要通過教師對自己的實際經驗的解釋來增進其對教學的理解，提高教學的能力。第五，培訓中應當強調顯性—反思性教學方法教授科學本質的必要性，糾正學生可通過參與科學活動隱性地理解科學本質的觀點[77]。此外，將顯性—反思性教學方法整合到科學內容的學習情境中[78];在概念轉變學習框架下進行[79];結合從HPSS中精心挑選的案例[80];結合元認知策略等其有效性會得到進一步的加強[81]。最后，培訓時間安排上應當合理，短期的教學時間不足以使教師獲得理想的科學本質觀[82];在課程內容上應當保證連貫性，即科學本質知識、學科知識和科學本質教學知識在培訓的各環(huán)節(jié)都該得到統(tǒng)一和一致的強調[83]。

4.2 加強教師個人教學專長的培養(yǎng)

許多研究者指出培養(yǎng)和加強教師科學本質學科教學知識（pedagogical content knowledge for nature of science， PCK for NOS）的重要性?？茖W本質學科教學知識是科學本質知識、學科知識和一般教學法知識的有機整合，教師通過運用這種知識能夠將科學本質轉化為學生易于理解和掌握的形式[84，85]。Shulman（1987）還進一步指出促進知識轉化到課堂實踐不單單是知識量的累積，更重要的是這些知識是如何建構的。Park（2007）指出不同教師的學科教學知識在教學中具有特異性[86]，因此科學本質學科教學知識的建立必須基于教師個人的基礎上以適合其課堂教學，培養(yǎng)教師的真實感（authenticity）和主人翁意識（ownership）是發(fā)展教師的科學本質學科教學知識所必需的[87]。通過參與恰當的教師專業(yè)發(fā)展項目可以提升教師這一知識[88]。為此，科學教育者提出了不同的教師發(fā)展模型。Bell & Gilbert（1996）提出了一種有效的教師發(fā)展模型，從個人發(fā)展、社會發(fā)展和專業(yè)發(fā)展三個方面闡釋了如何提高教師的科學本質學科教學知識[89]。Henriques（1998）指出示范課程（Model lessons）是關于科學本質專業(yè)發(fā)展的重要組成部分[90，91]。除了培養(yǎng)和加強科學本質學科教學知識外，提升教師探查學生前概念的能力也可以促進科學本質的教學。例如，教師可以通過元認知策略、科學認識論問卷、概念圖等方式對學生科學本質的學習狀況進行評價、監(jiān)督[92]。課堂管理是新手教師一直擔憂的問題，Lederman（1999）認為開展不同的教學程序和方案使新手教師對教學的組織和安排感到舒適是幫助新手教師著手提高學生科學本質觀的先決條件[93]。

4.3 重視反思對教師科學本質教學提高的重要性

許多研究指出教師通過對自身教學經驗進行反思以提高“轉化”能力的重要性[94]。Posner（1989）指出沒有反思的經驗是狹隘的經驗，至多只能形成膚淺的知識。反思的一個重要作用恰恰就在于使教師看到理論與實踐的不一致，從而有針對性地改進教學。因此，科學本質教學的提高離不開反思。Brubacher（1994）提出了教師對自己教學經驗進行反思的四種方法： 寫反思日記、觀摩與分析、職業(yè)發(fā)展和行動研究。其中，開展案例教學是一種有效的觀摩與分析的學習形式，教師之間可通過分享優(yōu)秀的科學本質教學案例，互相觀摩探討，判斷教學任務是否可控，情境和個人資源是否充足，從而提升自我效能，提高教學能力[95]。行動研究則通過教師與研究者合作對課堂上遇到的問題的實質進行調查和實驗研究，并探索用以改進教學的行動方案，能夠在一定程度上減輕教育研究者與教師之間的對立，研究活動與教學活動的反差，教育理論與實際教學之間的距離等問題，從而實現(xiàn)研究與實踐之間的溝通。KremerHayon（1993）指出為反思提供外部支持的必要性，反思并不僅僅是教師個人的事，教育各界人士都應對教師的反思給予支持、合作。

4.4 引導社會、學校對科學本質的接納與重視

對于社會和學校來講，應當認識到科學本質學習對于學生學習科學的重要性。理解科學本質有助于學生理解科學的過程，對社會科學議題做出充分的決定，能將科學作為當代文化的關鍵要素，以及更多地了解科學共同體的規(guī)范和更深入地學習科學知識[96]。同時，應當轉變原有的評價觀念和方法。如果評價體系相對于課程改革文件要求沒有做出相應的改變，例如升學考試仍舊只注重評價科學知識和技能;課堂教學中缺乏對科學本質顯性、恰當的評價;教師的教學成果由升學率來評價，那么科學本質教學的重要性則會被教師忽視[97]。另外，學校不應該把新手教師視為“成品”，應當適時減輕新手教師的教學負擔，給予成長的時間和空間[98]，在教師群體中營造教授科學本質的教師文化氛圍，由此為教師的教學提供意義、支持和身份認同。針對課程教材，除了修訂勘誤外，單純地提供陳述性的知識是不夠的，還應當提供關于這一知識科學家們是如何形成的這樣有用的信息以及選擇適當的內容載體呈現(xiàn)科學本質的教育內容[99]。各國科學教育改革文件還應適應國情，完善科學本質學習進階的界定以及可操作的表現(xiàn)評價等。

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