科学论证教学中教师提问角色的变化及其对学生口头论证表现的影响研究

弭 乐，郭玉英，刘述勇

(1.2.北京师范大学物理学系，北京 100875； 3.山东省昌乐第一中学，山东昌乐 262400)

我国新修订的高中物理课程标准明确将科学思维作为物理核心素养的要素。科学论证是一种重要的科学思维方式，在科学教育领域体现了师生、生生之间的社会协商过程，涉及建构观点与证据之间的交互作用及其批判过程。[1]如何将科学论证融入教学，促进学生物理观念和科学思维的共同发展是物理教学实践中迫切需要研究和解决的问题，也是当前科学教育领域共同关注的问题，而解决这一问题的关键在于教师角色的变化。[2]

已有研究表明，教师提问在塑造教师的角色、促进论证对话交流和学生自主学习方面起着主导作用。[3]在建立对话交互的过程中，教师提问能够服务于各种认知条件。[4]例如，Yip研究了10个主要类型的教师提问，旨在评估学生的高级认知技能，如分析、综合和评价。[5]这些问题为学生提供了有意义学习的认知条件，能够将前概念与科学概念联系起来，并促进将科学概念应用于新颖和现实的环境。从社会认知的角度来看，教师在辩论中的问题被认为是社会认知的来源，它建立了支持学生公开辩论不同想法并达成共识的论证环境。[6]

本研究依托教学改进项目，在教师实施科学论证教学实验过程中，针对师生互动视频进行分析，探讨教师利用提问工具来促进学生的口头论证表现时采用了什么角色，这些角色随着论证教学的持续进行有哪些变化，及其对学生口头论证表现的影响，并对研究结果进行了总结和讨论，在此基础上提出了相关建议。

一、研究设计

本研究在科学论证教学实验背景下，利用视频分析工具对教师提问角色的变化及其对学生口头论证表现的影响进行定性和定量研究。

(一) 研究背景

本研究在教学改进项目支持下，选取S省C中学高一年级教师Y及其所教两个班级为研究对象。*本研究为尽量减少无关变量的干扰，两个班级由同一位任课教师授课。教学前测显示两个班级的学生能力无显著性差异，随机确定为实验班和对照班。项目校是省重点中学、省规范化学校，生源来自全省，本地和外地学生各约占半数，学校总体教育水平处于中上水平。

实验前，教师参与约6个小时的科学论证教学理论培训，在实验班采用基于学习进阶的论证教学模式开展教学。论证教学模式包括六个阶段：(1)创设驱动问题；(2)各小组初步建构概念；(3)各小组初步建构论证；(4)全班围绕核心概念展开论证；(5)咨询“专家”；(6)总结反思。本研究重点关注阶段4，该阶段教师负责组织学生展开全班讨论和论证活动。学生在教师创设的讨论环境中分享、辩论、说服和合作建构对相关概念的理解。教师利用各种提问为学生提供脚手架，给予建设性反馈。在教师实施每节论证教学之后，研究者及时对教师进行教学指导，要求教师逐渐把论证互动中的思想权和活动权移交给学生。对照班按照常规教学进行，不实施论证教学干预，虽然没有集中全班论证环节，但有间断性的教学提问。

教学使用人民教育出版社出版的《普通高中课程标准试验教科书·物理》(选修3-5)，实验班和对照班的教学内容为动量守恒主题。研究者对实验班和对照班全程录像，所分析的视频内容选自本实验开始时的4节物理课，每节课时45分钟。研究对象视频信息如表 1所示。

表1 研究对象视频信息

研究假设学生口头论证表现与教师的提问角色相关。首先分析实验班和对照班在师生互动教学环节中教师提问角色的差异和随着科学论证教学的持续进行发生的变化，再对学生口头论证表现进行比较分析，最后研究教师提问角色的变化对学生口头论证表现的影响。

(二) 研究工具

本研究的课堂视频分析采用教师提问角色分析框架和学生口头论证表现框架。

1.教师提问角色分析框架

2016年,Chen等在综述教师提问角色相关文献的基础上，[7][8]提出了两个所有权概念，即“讨论中的思想所有权和活动所有权”，将教师的提问角色界定为四种：传递者、主持者、教练者和参与者。四种教师角色被确定为促进学生辩论所必需的条件。传递者角色由教师控制讨论的想法和活动；主持者角色允许学生在教师指导的活动期间控制讨论的想法；教练者角色在学生开展的活动中控制讨论的所有权；参与者角色允许学生主导思想和活动。

四种教师角色编码按照教师的实际表现划分为九个子编码：演讲、指导、识别、比较、整合、挑战、引出、交换和鼓励。传递者角色包括演讲和指导；主持者角色包括识别、比较和整合；教练者角色包括挑战和引出；参与者角色包括交换和鼓励。具体编码说明和示例如表2所示。

表2 教师提问角色分析框架[9]

2.学生口头论证表现框架

为了分析学生针对教师或同伴的回应所体现出来的口头论证水平，Chen等开发了一套覆盖整个口头论证表现的编码系统，包括八个编码：检索、表达、阐释、重构、辩护、综合、挑战和证实。并依据Bloom分类法将八个论证编码划分为三个水平。低级水平(知识/理解)，即水平一，包括检索和表达；中级水平(应用/分析)，即水平二，包括阐释和重构；高级水平(评价)，即水平三，包括辩护、综合、挑战和证实。具体编码说明和示例如表3所示。

表3 学生口头论证表现框架[10]

(续表)

(三) 研究方法

研究利用以上两个框架对所选的视频样本进行分析。实验班视频分析关注全班讨论环节，对照班关注教师间断性的教学提问。首先将视频中的师生互动部分转录成文本，每个文本被分解成单个话语，单个话语代表对讨论有贡献的独特想法。在识别话语之后，用编码来记录教师的提问角色以及学生针对教师和同学提问的反应方式，标定文本中的功能话语或者他们在文本中传达的意思。

本研究有两位观察者依据研究框架对视频进行了编码，利用SPSS 16.0软件计算kappa值，即内部一致性系数。教师提问编码的检验结果为：kappa=0.83，表明编码具有较高的一致性。学生口头论证编码的检验结果为：kappa=0.86，编码具有较高的一致性。

二、研究结果

研究结果包括两个方面：(1)在实验班和对照班互动教学部分，分别针对教师提问角色和学生口头论证表现进行比较分析；(2)科学论证教学中教师提问角色的变化及其对学生口头论证表现的影响。

(一) 实验班和对照班在教师提问角色以及学生口头论证表现上的比较分析

为了探究教师提问角色在实验班和对照班中是否存在显著性差异，我们按照教师提问角色分析框架对教师的提问话语进行编码，并将结果进行汇总整理，如表4所示。

表4 实验班和对照班教师提问角色编码结果汇总表

注：表中括号外数据为话语的频数，括号内数据为所占百分比。

依据表4，将实验班和对照班中的教师提问角色数据进行图像化表征，如图1所示。

图1 实验班和对照班教师提问角色变化的比较分析

对实验班和对照班的教师提问角色进行Pear-

son Chi-Square检验。动量课堂χ2检验结果为：χ2(3)=0.150，P>0.05，无显著性差异。动量定理课堂：χ2(3)=11.682，P<0.01，差异极其显著。动量守恒课堂：χ2(3)=16.191，P<0.01，差异极其显著。碰撞课堂：χ2(3)=35.992，P<0.01，差异极其显著。由统计分析可知，随着科学论证教学的深入开展，实验班教师提问角色与对照班之间存在显著性差异。

为了探究学生口头论证表现在实验班和对照班中是否存在显著性差异，我们按照学生口头论证表现框架对学生的论证话语进行编码，并将结果进行汇总整理，如表5所示。

表5 实验班和对照班学生口头论证表现编码结果汇总表

注：表中括号外数据为话语的频数，括号内数据为所占百分比。

依据表5，我们将实验班和对照班中的学生口头论证表现数据进行图像化表征，如图2所示。

图2 实验班和对照班学生口头论证表现的比较分析

对实验班和对照班的学生口头论证表现进行Pearson Chi-Square检验。动量课堂χ2检验结果为：χ2(2)=1.175，P>0.05，无显著性差异。动量定理课堂：χ2(2)=4.727，P>0.05，无显著性差异。动量守恒课堂：χ2(2)=23.194，P<0.01，差异极其显著。碰撞课堂：χ2(2)=44.964，P<0.01，差异极其显著。由检验结果可以看到，在科学论证教学持续实施的过程中，实验班学生口头论证表现水平逐渐高于对照班。

综上可知，当教师持续实施科学论证教学模式时，实验班教师提问角色与对照班之间逐渐出现了显著性差异，与此同时，实验班学生口头论证表现趋向优于对照班。下面我们再来分析，实验班和对照班的教师提问角色具体有哪些差异，这些角色随着论证教学的持续进行发生了什么变化，以及如何影响了学生的口头论证表现。

(二)科学论证教学中，教师提问角色的变化及其对学生口头论证表现的影响

为了探究教师在连续实施科学论证教学中，所扮演的各种提问角色，以及随着时间的推移对促进学生口头论证表现所起的作用，本研究追踪实验班和对照班课堂中，教师连续实施四节物理课的提问角色变化及其对学生口头论证表现的影响。依据表4和表5的数据，我们分别将实验班和对照班中，教师提问角色编码结果及其所对应的学生口头论证编码结果，通过比较的方式进行图像化表征，如图3和图4所示。

图3 实验班教师提问角色的变化(左)与学生口头论证表现(右)

关于实验班教师提问角色的变化，从动量课堂到动量定理课堂，χ2检验结果为：χ2(3)=10.867，P<0.05，差异显著。从动量定理课堂到动量守恒课堂：χ2(3)=4.279，P>0.05，差异不显著。从动量守恒课堂到碰撞课堂：χ2(3)=2.879，P>0.05，差异不显著。但从动量课堂到动量守恒课堂：χ2(3)=26.671，P<0.01，差异极其显著。从动量定理课堂到碰撞课堂：χ2(3)=12.748，P<0.01，差异极其显著。

在实验班学生口头论证表现上，从动量课堂到动量定理课堂，χ2检验结果为：χ2(2)=2.716，P>0.05，无显著性差异。从动量定理课堂到动量守恒课堂：χ2(2)=18.142，P<0.01，差异极其显著。从动量守恒课堂到碰撞课堂：χ2(2)=3.903，P>0.05，差异不显著。但从动量定理课堂到碰撞课堂：χ2(2)=32.858，P<0.01，差异极其显著。

图4 对照班教师提问角色的变化(左)与学生口头论证表现(右)

关于对照班教师提问角色的变化，从动量课堂到动量定理课堂，χ2检验结果为：χ2(3)=0.987，P>0.05，无显著差异。从动量定理课堂到动量守恒课堂：χ2(3)=6.082，P>0.05，差异不显著。从动量守恒课堂到碰撞课堂：χ2(3)=2.934，P>0.05，差异不显著。从动量课堂到动量守恒课堂：χ2(3)=2.988，P>0.05，差异不显著。从动量定理课堂到碰撞课堂：χ2(3)=1.261，P>0.05，差异不显著。从动量课堂到碰撞课堂：χ2(3)=0.055，P>0.05，差异不显著。

在对照班学生口头论证表现上，从动量课堂到动量定理课堂，χ2检验结果为：χ2(2)=0.453，P>0.05，无显著性差异。从动量定理课堂到动量守恒课堂：χ2(2)=2.569，P>0.05，无显著性差异。从动量守恒课堂到碰撞课堂：χ2(2)=1.315，P>0.05，差异不显著。从动量课堂到动量守恒课堂：χ2(2)=1.451，P>0.05，差异不显著。从动量定理课堂到碰撞课堂：χ2(2)=2.306，P>0.05，差异不显著。从动量课堂到碰撞课堂：χ2(2)=2.112，P>0.05，差异不显著。

通过与对照班进行比较分析，我们发现教师在实验班主题教学期间逐渐采用四种不同的提问角色。在动量课堂，教师体现了最典型的传递者角色，关注获得某一具体的反映。然而，当教师持续的实施论证教学时，逐渐发展了不同的提问角色来建立学生的思想和活动所有权。主持者角色是识别、比较和整合学生思想而迅速发展的角色之一。主持者话语比例从第一阶段的20%上升到第四阶段的37%。教练者角色从第一阶段的10%上升到第四阶段的21%。参与者角色从第一阶段的3%上升到第四阶段的18%。总之，当教师持续实施论证教学时，提问角色主要从单一角色出发，重点是控制思想和活动的所有权，逐渐发展到提供学生思想和活动所有权的多种角色。我们将实验班的教师提问角色变化与学生口头论证表现进行比较分析，研究结果发现，当教师仅仅采用传递者角色与学生进行交互时，学生主要从事较低层次的认知活动(水平一)，例如：寻找物理概念和提供简短的答案。当教师在构建论证互动中采取了多种角色时，学生体现了更高层次的认知反应。持续的比较分析表明，传递者角色体现了学生简短的答案和较低层次的认知活动，然而主持者、教练者和参与者角色通常要求学生通过捍卫、挑战、综合等深入思考的方式表达观点和证据，促进了更高层次的认知。当教师提问角色从单一的、以教师为中心的角色转移到多维的、以学生为中心的角色时，学生更高层次的认知思维得到了提高。学生论证表现转变的证据是中、高档话语编码的增长，分别从第一阶段的21%和13%增长到第四阶段的32%和46%。

综上可知，与对照班相比，在实验班持续实施科学论证教学的过程中，教师在建立提问模式和构建课堂交互方面体现了多重角色。教师在逐渐利用多种提问角色建立论证性话语的同时，发展了学生更高水平的认知思维，提高了口头论证水平。

三、总结与建议

教师提问角色是促进学生论证互动深入的关键因素，不同的提问角色在促进学生口头论证表现上功能不同。研究结果揭示了教师提问角色在实验过程中的变化，及其与学生口头论证表现的关系：(1)随着研究者对实验班进行持续的论证教学干预，教师逐渐使用多种提问角色建立论证话语；(2)教师使用多种提问角色建立问题模式和建构课堂互动的同时，学生展现了更高水平的口头论证表现。

下面对研究结果进行总结，分析研究中获得的启示和存在的问题，最后探讨如何促进教师提问角色的转变。

(一) 研究者对教师进行持续的论证教学干预，可以促进教师针对不同的知识内容或问题，交替运用多种提问角色提高学生的口头论证表现水平

在非控制状态下，教师在对照班中主要体现了传递者角色，学生的口头论证表现水平也比较低。科学论证教学实验的前期调研也证实，该教师在平时教学中主要以讲授法为主，很少在课堂上给予学生讨论和辩论的机会。因此，针对教学以教师为中心和教师提问角色比较单一的现状，本研究设计在实验班科学论证教学实验中，研究者指导和督促该教师在连续实施论证教学的师生互动环节，交替采用多种提问角色，逐步将讨论中的思想权和活动权移交给学生，促进学生自主学习。

研究结果表明，持续的教学干预是有效的，通过研究者对教师进行持续的论证教学指导，教师各种提问角色的交替运用不仅增强了学生学习的自主权，而且提高了口头论证表现的水平。在定量分析的基础上针对每一种教师提问角色所起的作用进行了深入分析，结果发现参与者角色在提升学生的口头论证表现上效果最佳。但是该结论是有局限性的，因为针对参与者角色的分析是从各种教师提问角色背景中隔离出来进行的，这些角色交织在一起，必然会产生交互效应，这与教师单纯实施参与者角色的情境是不同的。还有一个关键问题是教师是否应该消除传递者角色。Erdogan 等认为封闭式问题与本研究中的传递者角色类似，它们具有重要的功能，例如帮助学生利用当前所学概念关注重要的事物。[11]Scott等基于自由对话与权威之间的辩证关系，认为教师应该明白何时应发挥权威作用，何时应发挥自由对话作用，以不断促进学生的认知思维。[12]单一的角色，甚至更加以学生为中心的对话角色，并不能保证学生参与更高层次的认知思维。相反，教师需要灵活地使用不同的角色来协调课堂话语。

因此，教师应该更好地理解不同提问角色的重要认知功能，以及运用这些角色来帮助学生富有成效地发展概念理解和提高口头论证表现水平。教师需要确定在论证教学中，针对不同的知识内容或问题使用不同角色的最佳时间和情境，以及利用不同角色来促进学生概念理解和论证能力发展的最合适顺序。

(二)影响教师提问角色转变的因素，既有教师自身的因素，也有外在的因素，导致教师趋向于控制论证互动中思想和活动的所有权

研究结果表明，教师随着实验班论证教学的持续开展，能够体现出多种提问角色，促进和提高了学生的口头论证表现。但随着研究者的持续观察，发现了另一个问题，即教学实验结束后，研究者不再督促和指导实验班教学时，该教师又恢复到以前的提问角色。这一事实表明，即使掌握了多种提问角色的教师在常规教学中并不自觉地这样去做，需要分析其中的原因。

进一步的课堂观察和教师访谈发现，影响教师提问角色转变的条件有内在和外在两种因素。内在因素包括教师教学能力不足、焦虑和教师权威。第一，针对教练者角色而言，让教师参与批判学生的想法，相比主持者角色那样与学生一起构思想法，更具挑战性。教师试图探究学生前概念的缺陷，然后就停止了，很少利用从讨论中获得的信息批判学生，进而解决新旧想法之间的差异。教师很难扮演参与者角色，本研究证实了这一论点。当教师扮演参与者角色时，需要把学生当作专家来补充老师的科学知识。由于教师对自己的知识没有把握，选择了策略性地回避或压制学生的问题，以避免有争议的问题出现。此外，教师可能担心针对高利害考试的责任压力，不愿意倾听学生所谈论的内容。第二，教师通常希望学生感到舒适，具有挑战性的问题，可能会对某些学生构成威胁，从而阻碍了学习动机，例如教练者角色。[13]第三，教师在传递者角色中，主要是提出直接的问题或进行教授，从而凸显教师的权威地位。学生通过检索已有知识，并提供非常简短的答案，参与以教师为中心的活动。学生不能随便发表主见，教师的思维代替了学生的思维，师生之间不能平等交流，教师的绝对权威限制了教师提问角色的运用以及学生口头论证能力的发展。外在因素包括教学任务、课时限制、考核机制、名目繁多的考试等等。

由上述分析可知，内因和外因的结合造成了教师提问角色转变的困难，也就导致了教师趋向于控制论证互动中思想和活动的所有权。

(三)常规教学中教师提问角色的转变需要多种条件的支持

基于对教师转变提问角色的内因和外因的分析，这种转变不是一蹴而就的，不仅发展教师掌握支持学生论证的不同提问角色需要时间，教师观念的转变和外在因素的变化也是非常重要的。这不仅仅涉及丰富知识内容或开发新技能的简单问题，还需要转变教学实践的理论定位和评价导向。教师可能需要重新思考长期存有的信念和方法，并通过教师教育、课程培训和同伴学习以及改变学校考评机制等支持教师角色的转变。教师在特定的内容和背景下将多种提问角色融入其日常教学实践中，就必须学会执行多种角色，掌握应用不同提问角色构建意义学习和促进社会协商的关键时刻。加强教师各种提问角色的培养应视为论证教学能力发展的重要组成部分，这就需要对教师的专业发展进行系统化设计，包括持续的参与式培训、强化指导和监督，并采取多种方式鼓励教师在教学实践中落实，以促进教学实践从教师为中心向以学生为中心的转变。这样才能真正促进学生科学观念和论证能力的共同发展，将学生发展核心素养的课程目标落在实处。