职前物理教师科学本质观的现状调查与思考

施甜甜

摘 要 基于课程标准的教学，物理教师不仅要关注学科知识，还要关注科学本质，而教师的科学本质观在职前就已初步形成，并且越来越多的非师范生走上了教育类工作的岗位。本研究使用调查问卷VANSK，建立相应的评价标准进行整理分析。发现职前物理教师的科学本质观整体处于较朴素水平，尤其是在“科学的主观性和客观性”、“科学理论与定律的区别”上需要更多的重视和关注。物理师范生和非师范生的科学本质观没有显著性差异，物理师范教育中关于科学本质的教学有效性不高。建议开设HPS显性课程；重视科学探究教学；渗透人文科学教育；专业课教师以知识为载体进行显性教学。

关键词 科学本质观 职前物理教师 调查与思考

中图分类号：G451 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.04.032

Investigation and Reflection on Pre-service Physics

Teachers' View of Nature of Science

SHI Tiantian

（Center for Learning Science， Southeast University， Nanjing， Jiangsu 210096）

Abstract Based on the teaching of curriculum standards， teachers of physics not only pay attention to the subject knowledge， but also pay attention to the nature of science. However， teachers' concept of the nature of science has been preliminarily formed， and more and more non-normal students have embarked on the position of educational work. This study uses the questionnaire VANSK， and establishes the corresponding evaluation criteria for finishing analysis. It is found that the science essence of pre-service physics teachers is relatively simple as a whole， especially in "the subjectivity and objectivity of science" and "the difference between scientific theories and laws" need more attention and attention. There is no significant difference in the nature of science between normal students and non-normal students. Physics teaching is not effective for the teaching of the nature of science. It is suggested that the explicit HPS course should be set up， the scientific inquiry teaching should be paid attention to， the humanities education is permeated， and the teachers of the specialized course take the knowledge as the carrier for explicit teaching.

Keywords view about nature of science； pre-service physics teachers；investigation and thinking

隨着我国新一轮理科课程改革的推进，最新制订的义务教育小学科学、义务教育物理、普通高中物理课程标准[1][2][3]强调培养和提高每一位学生的科学素养，而科学本质作为科学素养的核心成分，也越来越受到人们的关注和强调。科学本质的概念很难界定于某一概念领域之中，它具有暂定性、动态性，并随科学史、科学哲学和科学社会学的发展而改变。根据美国著名科学教育专家莱德曼（Lederman）的研究结果，关于科学本质的内涵，各界学者至少在以下几个方面已达成广泛共识：（1）科学思想是不断发展变化的；（2）科学需要证据；（3）科学带有主观性；（4）科学是逻辑推理及人类想象和创造力的结合；（5）科学的发展受社会及文化因素的影响。[4][5][6]科学本质观则是指人们对科学本质问题的认识。科学本质观也一直在发展，并无定论。当代的科学本质观是以当代科学和科学哲学为基础的，具有与境性、主体间性、历史性和反思性。[7]

莱德曼在大量的研究基础上指出，教师理解科学本质并不是帮助学生理解科学本质的充分条件，但是，教师自身拥有精深的科学本质观是进行科学本质教育的必要条件。[3]也就是说，想要帮助学生理解科学本质，教师自身必须对科学本质有精深的理解，并且有意识地教授关于科学本质的内容，形成明确的教学目标。而教师的科学本质观在职前就已经初步形成，同时随着教师资格管理制度的改革，待遇的不断提高以及就业形势的持续严峻，越来越多的非师范生通过考取教师资格证走上了教育类工作的岗位。为此本研究的目的是探查职前物理教师科学本质观的现状，比较物理师范生与非师范生在科学本质的认识上是否存在显著性差异，同时在此基础上谈谈笔者的思考和建议。

1 研究设计

1.1 研究方法

本研究采用分层抽样的方法，在普通师范院校和重点师范院校中分别抽取一所大学，选择的是F 大学、N大学物理专业已经基本修完专业课的大三学生。然后采用整群抽样的方法抽取两所院校物理师范专业与非师范专业各一个班的学生。整群抽样调查的被试中物理学专业（师范）111人，物理专业（非师范）92人，共计203人，问卷回收率100%。其中男女生的比例为1.3：1，男生略多。本研究选择的被试在分析当代职前物理教师的科学本质观上具有一定的普遍性。

1.2 研究工具

本文使用的调查问卷是参照美国拉萨尔大学的梁玲博士改编的调查问卷VANSK，[8]由十个单项选择题组成，目的是定量地研究被试的科学本质观。每道选择题都有若干个关于科学本质的正面或反面陈述的回答，共有58个陈述句，每个陈述句有5种不同程度的答案供选择：完全不同意、基本不同意、不能决定、基本同意、完全同意。被试对每一题内容的认识程度由相关陈述的得分来反映，问卷采用5等级计分法，最高分5分，最低分1分，被试选项的得分越高，对科学本质的认识越好。

1.3 研究维度

当代教育界达成共识的科学本质的概念与建构主义的观点基本一致，都承认知识具有相对性，并且受主观因素、社会因素的影响，知识以经验观察为基础，可以说当代的科学本质观是建构主义的科学本质观。在此基础上，主要把科学本质观划分为八个维度：“科学的相对性”、“科学的实践性”、“科学的主观性和客观性”、“科学的创造性”、“社会文化的影响和渗透”、“观察与推理的区别”、“科学理论与定律的区别”、“科学研究方法的多样性”。[8]

1.4 实施过程

问卷的填写是在主试的指导下进行的，采用不记名的方式，以保证作答的真实性。作答时间没有严格限制，以确保有足够的时间让被试充分思考。

2 调查结果

本文将调查数据导入到Microsoft Office Excel 2010软件，计算出总平均分（百分制）和8个维度的平均分（百分制）之后，导入SPSS 21软件进行分析处理，分析职前物理教师科学本质观的现状，比较物理专业师范生与非师范生之间的差异。

2.1 职前物理教师科学本质观整体分析

调查结果显示，职前物理教师科学本质观的总平均分为64.66分，整体认识水平较朴素，大部分还持有传统的科学本质观。图1呈现了职前物理教师在科学本质观各维度上的总体认识水平，由此可见，职前物理教师在“科学的主观性和客观性”、“科学理论与定律的区别”项目上得分最低，分别是59.76分、55.66分。而在“科学的实践性”项目上得分最高，为81.28分。这些数据表明，职前物理教师对科学本质的实践性、创造性、社会文化的影响性等传统的科学本质观有一定程度的适宜理解，但是对于科学的主观性、科学理论和定律的本质和区别等现代科学本质观的理解仍有不足。

为进一步了解职前物理教师科学本质观的平均得分的主要分布情况，根据莱德曼的评价标准，将职前物理教师对于科学本质的认识划分为五个水平，即朴素水平（60分以下）、较朴素水平（60-70分）、一般水平（70-80分）、较理想水平（80-90分 ）、理想水平（90-100分）。统计发现对应各水平的职前物理教师人数的百分比如图2所示，分别为12.3%、74.4%、13.3%、0%、0%。由此可见，74.4%的职前物理教师科学本质观处于较朴素水平，中等偏下。只有13.3%的学生达到一般水平，到达较理想和理想水平的学生一个都没有。这说明，职前物理教师的科学本质观亟待提高。

2.2 职前物理教师科学本质观处于朴素水平的具体分析

进一步从科学本质观的具体维度出发，采用SPSS 21软件中的描述性统计分析均值、期望水平人数百分比（问卷采用李克特式五点量表，选项得分越高，表明认识越好，1-2分表明理解不足，3分表示中立态度，4-5分属于期望水平，理解不足人数百分比=100%-期望水平人数百分比-持中立态度人数百分比）等统计量来探讨职前物理教师科学本质观在不同内容上的具体表现，找出对于科学本质认识的具体薄弱环节，有针对性地提出意见和建议。根据之前的整体分析，重点对职前物理教师处于朴素水平的两个维度：“科学的主观性和客观性”、“科学理论和定律的区别”进行具体分析。

2.2.1 科学的主观性和客观性

职前物理教师在“科学的主观性和客观性”上的平均分仅为59.76分，接近60分，处于朴素水平。为进一步明确认识的不足之处，采用SPSS描述性统计分析了各项作答的平均分和期望水平情况，具体情况如表1所示。职前物理教师在“科学的主观性和客观性”上各项的平均得分，最低分为2D项52.2分，最高分为2B项72.6分，大部分选项得分在50-60分之间。

得分较低的四个正面描述的选项2C、2D、2E和2F均表述了当两个不同的理论可以同时解释相同的现象时，科学家会受到不同背景的主观影响，而倾向于接受某一个理论，同时也倾向于接受简洁的、由权威学者提出的理论。这四项达到期望水平的人数百分比均较少，只占30%左右，反映出大部分学生没有认识到科学家的主观作用，没有认识到科学家个人的知识背景、国籍、性别、信念和经历等也会影响他们进行科学观察或实验的方式及结论。

由得分最高的2B、2G可见，有65.5%的学生认为“当两个不同的理论同时出现时，科学家会同时接受，因为这两个理论可能是从不同角度解释同一现象”。但是仍然有49.3%的学生认为“当有两个不同的理论可以同时解释同一现象时，真理只有一个，科学家只会接受正确的理论”。从这两个选项的结果来看，分别赞同科学家是否会同时接受两个理论的学生，几乎各占一半。持反对意见的职前物理教师还没有意识到科学理论是由科学家发明创造的，具有主观性，并且解释同一现象的不同理论是可以共存的，并无正确与否，只是限制的条件不同，解释的角度不同。与2C、2D、2E和2F选项的情况相聯系，可以发现，职前物理教师大多都坚信科学追求客观精确，但是没有考虑到科学家有时也会受到主观因素的影响而倾向于某一理论。反映了被试对科学的主客观性的认识很片面。

总之，职前物理教师对于科学的客观性认识非常深刻，但是对于科学主观性的认识非常少，常常忽略，这与理科课程的教学紧密相关。相关理科课程的教师，在上课中往往只着重强调科学的客观性，实验、观察的准确和客观。而忽略在教学中，向学生传递科学家的主观因素、科学理论是科学家创造的并非绝对真理，同时科学理论具有简洁性。

2.2.2 科学理论和定律的区别

采用SPSS描述性统计量对“科学理论和定律的区别”各项进行分析，职前物理教师对于科学理论和定律的理解如表2所示。每项的平均分都偏低，只有8B、8C项超过60分，仅为65.4分，处于较朴素水平；其余3项均低于60分，甚至远远低于，均处于朴素水平。职前物理教师对于科学理论和科学定律的区别认识不清。

由此可以发现，职前物理教师基本上没有认识到科学理论和科学定律都是科学家以事实为基础，结合推理和想象所创造发明的。没有正确认识科学理论和定律的本质，科学定律描述两个或多个科学概念之间的联系，科学理论用于解释各种科学事实和科学定律。错误地以为科学定律高于科学理论，或者科学理论高于科学定律。而现代科学本质观认为，科学理论和定律是不同类型的科学知识，处于同一水平，不能相互转化。

2.3 物理师范生与非师范生的差异分析

由于越来越多的非师范生走上教育类工作岗位，非师范生除了拥有相关科学知识的储备以外，与接受过师范教育的学生相比，在科学本质的认识上是否存在显著性差异。从而分析如今的物理师范教育在培养和提高未来教师的科学本质观上是否行之有效。为此采用SPSS软件中的独立样本T检验对其进行比较分析，结果如表3、表4所示。

从表3可知，师范生与非师范生对科学本质的整体认识均处于较朴素阶段，师范生的总平均分仅高于非师范生0.75分，且师范生与非师范生在总体认识上稳定性均较好。师范生仅在“科学理论与定律的区别”这一方面比非师范生认识略差，其他方面均比非师范生认识较好。

从表4可知，师范专业与非师范专业在总分上，F=0.167，P=0.683>0.05，专业组具有方差齐性。并且t=1.256，P=0.211>0.05，师范专业和非师范专业在总分上没有显著性差异。仅在“科学的相对性”、“社会文化的影响和渗透”上，F=1.114，P=0.292>0.05；F=1.511，P=0.220>0.05，专业组之间具有方差齐性。并且t=2.389，P=0.018<0.05；t=2.538，P=0.012<0.05师范专业与非师范专业具有显著性差异。其中，师范专业与非师范专业在“科学的相对性”上的平均分分别为71.65分、68.60分，师范专业平均得分显著高于非师范专业，高出3.05分。在“社会文化的影响和渗透”上，师范专业平均分为74.08.非师范专业平均分为70.14，师范专业平均得分显著高于非师范专业3.94分。

由此可知，师范专业与非师范专业的学生在科学本质观上没有显著性差异，认识水平均处于较朴素阶段，亟待提高。并且接受过物理师范教育的师范生在科学本质观上与非师范生并无显著性差异，调查结果与预期完全相反，可见在现今的师范教育中对于科学本质的传授仍有欠缺，无论是在教学目标的制定中还是在教学实施的过程中，均存在不足。

3 结论与建议

3.1 结论

（1）职前物理教师的科学本质观整体处于较朴素水平，尤其是在“科学的主观性和客观性”、“科学理论与定律的区别”上认识最为朴素。

（2）物理师范教育中对于科学本质的教学有效性不高。

3.2 建议

3.2.1 开设HPS显性课程

HPS课程是一种以建构主义为指导思想，把科学史、科学哲学和科学社会学的有关内容引入课程，以期促进学生对科学本质的理解。而HPS显性课程是在其基础上，通过讨论、有引导的反思，对活动背景下的特殊问题进行调查，或从历史的事例中增进学习者对科学本质的理解，强调显性和反思性教学。将其纳入高等师范院校的课程之中，才能保证科学本质教育在教学层面被重视和实施，有利于培养和发展职前物理教师的科学本质观。[9][10]

3.2.2 重视科学探究教学

当代建构主义认为科学的本质在于科学探究。科学探究教学的主要目的是使学生通过经历科学探究的过程，提高学生对于科学本质的认识，掌握科学的思维方法，陶冶学生的科学情感、态度和价值观，培养学生发现问题、解决问题的能力。职前物理教师首先应该理解科学探究教学，认识到科学探究中的科学本质教育功能，然后熟练掌握探究教学的技能，提高自身对于科学本质的认识。[2]

3.2.3 渗透人文科学教育

由于一些课程设置的原因，职前物理教师受到人文学科的熏陶较少，人文素养普遍不高，对于科学本质的理解偏向于对自然科学的理解，他们对于科学的客观性、实证性认识深刻，却对科学的经验性、主观性认识不足，在科学研究的过程中缺乏想象力和创造力。为了让职前物理教师正确认识科学的本质，物理师范教育需要渗透人文科学的教育。 （下转第107页）（上接第71页）

3.2.4 专业课教师以知识为载体进行显性教学

相关专业课教师可以在教学过程中，借助某门课程的具体知识，突出科学事实的理论负载性，强调科学概念形成过程的创造性，关注科学知识产生的过程。不仅开展渗透教学，而且还需要进行显性教学来明确和巩固职前物理教师对于科学本质的认识。需要明确的是，“显性”不是指说教的策略，而是突出一种意图，即理解科学本质应该被有意地确定为目标和计划，而不仅仅是把它附在其他教学活动中，作为其他教学活动的“副产品”。

江苏省研究生科研与实践创新计划项目，项目编号SJCX17_0076，项目名称：基于近红外成像技术的师生交互脑机制研究

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.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.

[2] 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2011.

[3] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（实验稿）[M].北京：北京师范大学出版社，2016.

[4] Lederman N G. Students and teachers conceptions of the nature of science： A review of the research[J].Journal of Research in Science Teaching，1992.29（4）：331-359.

[5] Abd-El-Khalick F， Lederman N G. Improving science teachers conceptions of the nature of science： A critical review of the literature[J].International Journal of Science Education，2000.22（7）：665-701.

[6] Lederman N.G. Teachers Understanding of the Nature of Science and Classroom Practice： Factors That Facilitate or Impede the Relationship [J]. Journal of Research in Science Teaching，1999.36（8）：916-929.

[7] 蔡铁权，姜旭英.新编科学教学论[M].上海：华东师范大学出版社，2005.

[8] 陈维霞.科学本质观的调查研究及对理科师范教育的启示[D].南京：南京师范大学，2006.

[9] 丁邦平.HPS教育與科学课程改革[J].比较教育研究，2000（6）：6-7.

[10] 李艳梅.科学哲学视域下反映真实科学的理科教学策略研究[D].长春：东北师范大学，2009.