国际视野下的科学教育研究

丁林+张红洋

摘要：从国际视野分析了科学教育研究的概况，阐述了科学教育研究的跨学科特点、科学教育研究的主要范畴，认为科学教育研究的主要内容包括科学课程内容与课程结构、评价和教育政策研究、教与学问题研究，并提出了科学教育研究的初步框架。

关键词：国际视野；科学教育；教育研究

文章编号：1005–6629（2014）7–0003–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 科学教育研究概况（Status quo of science education）

在科学教育研究中，教与学的研究已受到重视。20世纪80年代主要强调学生学习，随后科学概念和科学原理等内容的学习也受到重视。到20世纪90年代，科学本质成为科学教育研究的重要领域之一。

过去30年，科学教育研究表现出两种不同性质的特点：教育性的和实证性的特点（pedagogical and empirical）[1]。教育性的特点表现为，首要关注实践的直接改进，如何运用科学的教学方法和手段提升科学教学的质量。实证性研究的特点则是需要突出证据来说服他人证明你研究的可靠性，这种特点在美国比在欧洲更为强调。以化学教学为例，Jenkins认为，教育性传统的拥护者是那些在像《化学教育》和《化学教育杂志》上发表文章的中学化学教师和大学教授，这些研究者具有化学学科的学术性，其中的许多人都会强烈地反对“任何试图将他们分类为社会科学家而不是自然科学家”。然而，有的科学教育研究者重视设计新的科学内容顺序等教学实践问题。但他们对学生需求、兴趣等方面则关注不够，容易导致科学目标和教育目标失衡。科学目标和学生目标这两种目标保持一定平衡，在理解和学习科学时才会取得较好的效果。

科学教育研究者普遍认为，改进教学实践是科学教育研究的首要目标。然而，Millar（2003）认为，Jenkins所说的许多研究太局限于“教学”，并强调研究的作用不仅仅是告诉我们“如何进行”，一些最有价值的研究会使人们意识到实际教学中还未发现的若干问题[2]。科学教育研究最重要的价值之一就是通过提供各种观点从而促进人们将注意力引导到重要问题，并对问题进行分类，通过对已有观点提出质疑和讨论，以有利于人们在批判中吸取不同观点。

2 科学教育的跨学科特点（Interdisciplinary science education）

跨学科是科学教育的重要特点之一，并对科学教育研究及其发展产生重要影响。科学学科（是指我们通常理解的理科课程，包括物理、化学、生物和自然地理等）是其核心学科，科学本体知识和内容所起的作用是非常重要的。然而其他相关学科所涉及的内容对科学教育而言也是非常重要的。科学哲学和科学史提供了批判性的分析和理解科学本质的思考模式，同时也告知人们科学是人们理解世界的一种特殊方式。教育学和心理学主要关注某一个科学内容或课题是否值得教，并试图通过实证研究揭示这些内容能否被学生所理解。其他的相关学科在科学教育中也会产生一定的作用，比如语言学在分析学校课堂话语或促使学生理解和掌握科学概念方面则会产生重要影响，伦理学在遇到科学与道德问题抉择时则会提供指南。科学教育与其他学科的关系如图1所示。

对科学教师而言，仅仅掌握和了解科学知识并不能完全胜任科学教学。科学教师需要较为宽广的多种能力和知识，才能更好地胜任科学教育工作。舒尔曼Shulman（1987）强调教师需要具有广泛的不同知识和能力[3]。他提出的学科教学知识的概念（Pedagogical Content Knowledge，简称PCK）已经在科学教育中广泛应用。传统的教师培养都包括学科内容知识和教育学知识，而联系这两种不同知识之间的学科教学知识，即学科知识所蕴含的有关教育学知识则通常容易被忽略了，而教师对学科教学知识的掌握程度则是决定一位教师能否成功开展教学的关键之一。

3 科学教育研究的主要范畴（Areas of interest in science education research）

科学教育的研究范畴随着时间推移而不断地发展与变化，通过分析科学教育研究手册以了解其研究范畴是快速了解科学教育研究的重要途径之一。

20世纪90年代，由Gabel（1994）编写的《科学教学研究手册》[4]（Handbook of Research on Science Teaching and Learning）和由Fraser和Tobin（1998）编写的《世界科学教育手册》[5]（International Handbook of Science Education）是最具代表性的两本手册。有趣的是，这两本书中有关科学教育的概念都不是很明确的并存在着一定的差异性，其共同认为，科学教育研究是改进教学实践的，其主要研究范畴则包括教学实践和行为改进的研究活动，更有效地利用教学技术，促进学生知识的形成，开展更有效的诊断性或总结性评估。比如如何有效评估学生的学习结果以及如何更好实施教师教育则是很长一段时期科学教育研究的重点，这也是20世纪对美国影响最大的科学教育研究领域之一。当然，两本手册最大的不同则表现为：前者研究主要聚焦于南美洲，而后者则提供了一个更为广阔的世界性范围的研究。

由Abell和Lederman于2007年编写的《科学教育研究手册》（Handbook of Research on Science Education）则是21世纪以来最具影响力的一本科学教育研究手册，重点关注科学教育研究中的实践问题，并强调科学教育研究旨在改进科学教育实践的观点，包括5大部分，40个章节[6]。图2列出了该手册的章节内容和主要观点。

美国教学研究协会（American Educational Research Association，简称AERA）White于2001年出版的《教学研究手册》（Handbook of Research on Teaching）的部分内容，总结并评价了过去30年作为一个独特研究领域的科学教育研究。科学教育的自我风格已经形成，其中包括运用认识论观点开展科学教育领域内的教与学研究的特点[7]。此种教学研究的基本特征是，由研究者开发、设计和控制各种教学方法，教师和课程设计者记录他们实验方法的结果并将它们应用于课堂教学实践中。其实，这样研究的大部分结果是令人失望的。然而，其最大贡献在于这种研究刺激了教学变革。研究者意识到为了使他们的研究能够切实影响教学实践，他们则必须考虑教与学的复杂性。White（2001）强调解释教与学的复杂性已成为科学教学研究的重要任务之一。但他也指出，这种解释作为教育干涉是不全面的，即需要去发现如何有效地干预。因此，科学教学研究变革的下一个目标应该是通过更加精细并能体现教学复杂性特征的实验，以促进教学研究与教学实践的回归。

Fensham（2004）分析了世界范围内75位科学教育研究者的不同观点，总结得出了科学教育研究的三个方面：（1）科学教育作为一个研究领域的结构特性和定位（the structural identity of science education as a research field）。科学教育之所以被认定为一个独立的研究领域和学科，主要体现在它满足了学术认可性、专业的科学教育研究刊物、科学教育专业协会以及专业研究会议。（2）作为独立研究领域的学科内部标准（the intra-research criteria as person）。科学教育作为专业的研究领域，其研究内容主要包括科学知识、研究问题的发现、科学教育概念和理论发展、科学教育的研究方法。（3）研究趋势（trends in research）。科学教育的研究在不断地深化和发展，对其研究进展和未来趋势的研究决定着该研究领域的前途与价值，并会对科学教育实践产生积极的影响作用。

4 科学教育研究的主要内容（Primary content of science education research）

科学教育所涉及的范围非常广泛，但科学课程、教与学以及教学评价是其最核心的研究内容。

4.1 科学课程内容与课程结构

科学课程内容应该同时满足科学本体内容与学习者教育性所规定的课程内容。科学本体内容主要指科学现象、科学事实、科学概念和科学规律等，而教育性所规定的内容则需要包括科学过程，学生在探究的科学过程中，才能促进学生的发展。当然，有关科学学、社会科学的相关观点都是科学内容不能缺少的部分。

4.2 教与学问题研究

教与学的研究是科学教育研究的最主要内容之一，大多数国际科学教育杂志的研究论文都属于该范围。其主要包括：（1）学生学习方面（学生已有概念、学习动机和学习信念、概念转变、学习态度、自我概念、性别差异等）；（2）教学问题（教学策略、课堂状况以及教学语言等）；（3）教师观念和行为（教师对科学概念、科学过程、科学本质的理解；教师对教与学过程的认识问题、教师的专业能力水平等）；（4）媒体资源和教学方法（实验室设施、多媒体应用、各种媒体相互支撑等）；（5）学习结果评价（掌握学生获得科学知识、科学方法和多样性发展的相关证据和评价方法）。

科学教育研究应促进教学质量的提升，课程内容问题要与教学问题紧密联系。教学改革要基于研究而开展，改进教学则必须将发展和研究紧密地联系在一起。

4.3 评价和教育政策研究

教育政策和评价研究考虑到科学教学的教育系统的特征，考虑到教学实施效果及其外界的关系，评价的结果会影响到教育政策的制定和实施。国际上最具影响力的评价项目是TIMSS（Trends in International Mathematics and Science Study）和PISA（Program of International Student Assessment）。TIMSS是由国际教育成就评价协会（The International Association for the Evaluation of Educational Achievement，简称IEA）发起和组织的，该项研究是目前国际上学生学习成就研究中规模最大的评价工具，TIMSS的科学成绩测试可以作为衡量各国科学教学水平的一个指标，有助于寻找不同国家在科学教学上的差距，借鉴他国经验以促进和提高科学教学质量。PISA是国际经济合作与发展组织（Organization for Economic Cooperation and Development，简称OECD）的成员国共同开发的教育评测项目，测试十五岁学生是否掌握了参与未来知识社会所必需的基础知识和基本技能，从而建立一套学生评价方面的教育指标，为各国制定教育政策提供参考，使他们能够用这套指标来审视、评估和检查其国家以及学校教育的整体成效。

这些评价一方面提供了从科学教育研究的观点解释科学教育的相关数据和证据。另一方面，这些研究也揭示出不同国家科学教育中所存在的问题，从而有助于世界范围内不同国家改进科学教育的质量。

5 结论

为了实现科学教育质量的提升，为了改进科学教育实践目标，基于上述讨论，特提出科学教育研究的初步框架，并将其总结为如下三个方面：

（1）科学教育具有跨学科特点，科学教育者需要具有包括科学内容和其他相关学科的多种知识和能力。

（2）科学教育目标是为改进教与学的各种实践，科学教育研究在重视问卷调查研究的同时，也应重视对典型的教与学问题进行描述性特征的质性研究。

（3）科学教育研究和发展应紧密联系科学学科的代表性和具有影响力的问题，并深入到复杂的课堂教学情境，将内容问题和学生问题平衡起来。然而，需要注意的是，教师能力的改进和教学质量是由许多方面相互作用而产生的，不能进行简单的归因分析。

作者简介：丁林，2000年毕业于上海市复旦大学（硕士研究生）。2007年获美国北卡罗来纳州立大学博士学位。2010年10月至今担任美国俄亥俄州立大学哥伦布分校教育学院助理教授。现为科学研究学会Sigma Xi正式成员、美国国家科学教学研究协会成员。主要研究领域为：学生在学习中的概念理解和问题解决、科学教学的考核和评价等。

参考文献：

[1] Jenkins， E. . Research in science education in Europe： Retrospect and prospect. In H. Behrendt， H. Dahncke，R. Duit， W. Gr？ber， M. Komorek， A. Kross & P.Reiska， Eds.， Research in science education - Past， present， and future. Dordrecht， The Netherland： Kluwer Academic Publishers，2001：17～26.

[2] Millar， R. . What can we reasonably expect of research in science education？ In D. Psillos， P. Kariotoglou， V.Tselfes， E. Hatzikraniotis， G. Fassoulopoulos， & M.Kallery， Eds.， Science Education research in the knowledge based society，2003：7～8.

[3] Shulman， L.S. . Knowledge and teaching： Foundations of the new reform. Harvard Educational Review， 1987，57（1）：1～21.

[4] Gabel， D.， Ed. . Handbook of research on science teaching and learning. New York： Macmillan Publishing Company，1994.

[5] Fraser， B.， & Tobin， K.， Eds. . International handbook of science education. Dordrecht， The Netherland： Kluwer Academic Publishers，1998.

[6] Abell， S.K. & Lederman， N.G. . Handbook of research on science education. Mahwah， NJ： Lawrence Erlbaum （in print），2007.

[7] White， R. . The revolution in research on science teaching. In V. Richardson， Ed.， Handbook of research on teaching， 4th Edition. Washington， DC： AERA （American Educational Research Association），2001：457～472.

[8] Fensham， p. . Defining an identity： The evolution of science education as a field of research. Dordrecht， The Netherlands： Kluwer Academic Publishers，2004.