基于PCK模型所做的户外教学扩展与评估

Lissy Jäkel

(海德堡师范学院，德国 海德堡 69120 )

1 生物教学改革的必要性

1.1 教育是一项关乎未来的任务

在关于学科教学法的研究中，如何促进中小学和高校提升教育质量的问题始终贯穿于相关研究之中。 从TIMMS到PISA(1)Prenzel, Manfred; C. Sälzer; E. Klieme & O. Köller Hrsg. 2013. PISA 2012. Fortschritte und Herausforderungen in Deutschland. Münster: Waxmann.，再到德国的IQB国别比较研究(2)Pant, Hans Anand, P. Stanat, U. Schroeders, A. Roppelt, T. Siegle & C. Pählmann. Hrsg. 2013. IQB-Ländervergleich 2012. Mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzen am Ende der Sekundarstufe I. Münster: Waxmann.，这些德国国内和国际上的比较研究都不断促使我们反思中小学的教育成果。 特别是自Hattie研究(3)Hattie, John, W. Beywl & A. Zierer. 2013. Lernen sichtbar machen. überarbeitete deutschsprachige Ausgabe von Visible Learning. Hohengehren: Schneider-Verlag.以来，教师自身的素质与能力以及他们自己所受教育的质量越来越多地被视为是提升教育质量的关键因素。

Ekardt认为，寻找一种在全球具有可持续性的生活和经济发展方式是一项全球性的挑战。(4)Ekardt, Felix. 2016. Theorie der Nachhaltigkeit: Ethische, rechtliche, politische und transformative Zugänge - am Beispiel von Klimawandel, Ressourcenknappheit und Welthandel. 2. Aufl. Baden-Baden: Nomos.在此，发展高质量的教育被认为是一个优先的行动领域。 其中，可持续发展教育(ESD)有利于促进人们推动社会转型。 在国际上，从抗击饥饿到保护陆地生态系统，已经达成了17个“可持续发展目标”。

早在1994年，Klafki(5)Klafki, Wolfgang. 1994. Neue Studien zur Bildungstheorie und Didaktik. Zeitgemäβe Allgemeinbildung und kritisch-konstruktive Didaktik. 4. Aufl., Weinheim, Basel: Beltz.就提出了一系列“时代性的关键问题”，例如和平问题、环境问题、民主化或“在同一个世界上生活”的资源获取问题。 这些关键问题都不容易解决，但对每个人都产生影响，因此也必须是教育过程中涉及的主题。

1.2 生物多样性作为资源

从生物学教学的视角来看，如何对待自然资源，特别是如何对待生物多样性在可持续教育中发挥着特殊作用。根据我们的教学理念，生物多样性在教学中不仅包括物种多样性(包括遗传变异在内)和生物生境多样性的内容，而且还包括利用自然资源的不同可能性。 Steffen和Rockström等人(6)Steffen, Will, K. Richardson, J. Rockström, et al. 2015. Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet. Science 347 (6223) 1259855.把对待生物资源的行为视为首要行动领域，认为这甚至比气候变化本身更具挑战性。 随着生物多样性的减少和物质循环的打破，人类在威胁着自然生态系统的稳定和大自然的完整，而这恰是可持续发展，即消除贫困、创造健康的生活环境、促进正义与和平、提高生活质量的基础。

1.3 自然科学知识的重要性

具有自然科学知识对做出理性并长久性的决策来说起重要作用。

海德堡师范学院是一所具有博士学位和教授资格授予权的师范大学，一方面独立地为不同类型的中小学(例如特殊学校、小学、中等教育阶段的学校)培养师范人才；另一方面还与海德堡大学合作培养文理中学的教师。

对自然科学类专业学生的能力培养以国家教育标准中规定的四个自然科学能力领域(naturwissenschaftliche Kompetenzbereiche)为导向：

(1)专业知识方面的能力；

(2)知识获取的能力；

(3)沟通能力；

(4)评价能力。

在可持续发展教育(ESD)领域以“跨领域设计能力”(bereichsübergreifende Gestaltungskompetenz)为导向。在可持续性意义上(7)Gerhard De Haan & L. Gerhold. 2008. BNE - Bildung für die Zukunft. Einführung in das Schwerpunktthema. Umweltpsychologie 12, 4-8.(8)Rost, Jürgen; A. Lauströer & N. Rack. 2003. Kompetenzmodelle einer BNE. Praxis der Naturwissenschaften-Chemie in der Schule 8, 10-15.(9)Rost, Jürgen. 2006. Kompetenzstrukturen und Kompetenzmessung. Praxis der Naturwissenschaften -Chemie in der Schule 8, 5-8.，对此的理解是：有做出理性决策的能力和意愿，目的是在可以采取的行动中选择能够使相关体系朝最具可持续性方向发展的选项。把这一理解应用到对待生物的方式中，物种知识就不仅仅局限于对物种的样式、特征、名称或生存条件的了解，还包括真实设计能够使物种生存的生物生境。(10)Hutter, Claus-Peter & K. Blessing Hrsg. 2010. Artenwissen als Basis für Handlungskompetenz zur Erhaltung der Biodiversität. Beiträge der Akademie für Natur- und Umweltschutz Baden-Württemberg 49. Stuttgart: Wiss. Verlagsgesellschaft.

1.4 教师专业化

具有学科教学知识是教师取得教学成功的先决条件。(11)Borowski, Andreas, B. Neuhaus, O. Teppner u.a. 2010. Professionswissen von Lehrkräften in den Naturwissenschaften (ProwiN) -Kurzdarstellung des BMBF-Projekts. ZfDN 16, 341-349.如果说教师的教学能力是影响教育质量的一个关键点，那么对学科教学知识的研究也必然有助于提高大学教育的效果。

学科教学知识(即PCK,Pedagotical content Knowlegde)包括学科知识、教育学知识以及学科教学法知识。 许多关于学科教学法的研究以舒尔曼(Shulman)(12)Shulman, Lee. 1987. Knowledge and teaching: foundations of the new reform. Harvard Educational Review, 57, 1-22.的基础模型为出发点，对其不断加以完善。(13)Baumert, Jürgen, & M. Kunter, M. 2006. Stichwort: Professionelle Kompetenz von Lehrkräften. Zeitschrift für Erziehungswissenschaft 9 (4), 469-520.(14)Kunter, Mareike, J. Baumert, W. Blum u.a. (Hrsg.). 2011. Professionelle Kompetenz von Lehrkräften - Ergebnisse des Forschungsprogramms COACTIV. Münster: Waxmann.很多工作组以PCK的各方面细节为对象展开研究。 在以测量数学和自然科学师范教育专业中的专业能力为主题的 KiL项目里，Groäschedl(15)Groäschedl, Jβrg. 2013. Universitäre Biologielehrerausbildung auf dem Prüfstand. BiuZ 3 (43), 147-149.谈到了生物学教学法的双重特征：它一方面离不开学科的专业知识，另一方面，它的功能是在生物学和教育学之间架起桥梁。目前，在欧洲生物学教学法的研究中(16)Groäschedl, Jβrg, U. Harms, T. Kleic km ann & I. Glowinski. 2015. Preservice biology teachers’ professional knowledge: Structure and learning opportunities. Journal of Science Teacher Education 26, 291-318.，可持续发展教育、体系化能力(Systemkompetenz)、获取知识的能力(通过实验、使用显微镜)、教师扮演角色和学科选择 (Fächerwahl)都是这一PCK模型的各个组成部分。(17)Groäschedl, Jβrg, U. Harms, S. Herzog & M. Steffensky. 2017. Fächerkombination angehender Biologielehrkräfte als Determinante der professionellen Kompetenz. Tagung der Fachsektion Didaktik der Biologie im VBiO September 2017. Halle-Wittenberg.根据对教学和科研产生了深远影响的享誉国际的Hattie(哈蒂)研究，教学发展的基础不能仅建立在自己认为取得的教学成果之上，而是更要把准确的研究结果作为依据。这一要求当然也适用于与研究大自然相关的户外学习、户外教育和可持续发展教育。

1.5 教学理念重建与学习者的兴趣

近二十年来，在生物学教学法中,由Ulrich Kattmann创建的一种被称为“教学理念重建”(didaktische Rekonstruktion)的创新方法扎根：进行教学设计时，如果把教学仅仅作为还原当前学科知识的过程来对待是不够的。教育者和教育的目标群体共同参与学习过程本身的构建是必不可少的。通过广泛的研究，我们得以知道哪些生物学内容容易激起哪些年龄组学生的学习动力，并发现，两者之间的联系是因为这些内容直接触动到相关学生的兴趣点。同时，我们也从研究中了解到哪些内容不适合激发哪些年龄组学生的学习动力。根据世界范围内的ROSE研究(The Relevance of Science Education)(18)Holstermann, Nina & S. Bögeholz. 2007. Interesse von Jungen und Mädchen an naturwissenschaftlichen Themen am Ende der Sekundarstufe I. ZfDN 13, 71-86.，可以确定，15岁的男孩们对技术应用、航空航天和具有危险性的事物更感兴趣，而不是开花植物或饲养宠物。 而15岁的女孩子们则对人类生物学、卫生与健康，甚至对超自然现象更感兴趣，但不会对欧州中部的绿地分布图或绿地减少发生兴趣。然而，随着几年后个人情况发生变化，他们的兴趣点也会发生转移。因此，毫不奇怪，Hesse 在2000年(19)Hesse, Manfred. 2000. Erinnerungen an die Schulzeit -Ein Rückblick auf den erlebten Unterricht. Innsbruck: Studienverlag.证实，离开学校后，很多人在中学毕业后，回过头来抱怨当时没有在学校和周边探索都有什么样的动物和植物。虽然这些内容也属于中学教学大纲中规定的教学内容，但它们要么对处在当时年龄阶段的学习者来说引不起他们的兴趣，要么是教师更侧重于应对其他教学挑战。因此，应当在学科教学法上做出努力，创造出提升学习者兴趣的背景环境，以便至少能够使他们对即时的学习场景发生兴趣(20)Elster, Doris. 2007. Interessante und weniger interessante Kontexte für das Lernen von Naturwissenschaften. Erste Ergebnisse der deutschen ROSE-Erhebung. MNU 60 (4) 243-249.。

教师应当知道什么样的背景环境是适合的，并把它纳入到教学理念重建的范畴中。自从Deci和Ryan提出了内在动机理论以来，——但实际上是从上个世纪30年代以来，由Vygotskijs就“下一个发展领域”(Zone der n?chsten Entwicklung)所作论述以来(21)Vygotskij, Lev 2003. Ausgewählte Schriften. Band 1. Hrsg. J. Lompscher. Berlin: Lehmanns Media.——我们就知道动机对获得学习成功有多么重要。尽管如此，我们在做教学方案时，还是会错误地把那些强制性的教学内容放在首位，而不是设法调动学生的学习或知识应用动力。(22)atzwauk, Paul. 2007. Aufgaben im Biologieunterricht-eine Analyse der Merkmale und des didaktisch-methodischen Einsatzes von Aufgaben im Biologieunterricht. Logos.

1.6 显微镜学知识作为知识获取的能力

显微镜学在生物学和医学中扮演至关重要的角色。使用显微镜是一种旨在“获取知识的能力”，同时，它对于科学地分析细胞结构也是必不可少的。但是，在高中阶段的生物课里，却很少使用显微镜。(23)Jäkel, Lissy 2016. Conventional and digital microscopy-Developing cell conceptual competences using the example of human biology. E-Book Proceedings of the ESERA Conference Sept. 2015, Helsinki: ESERA.

在我们的显微镜学能力模型中，我们的出发点是：显微镜学方面的知识和技能不能仅被视为实践操作技术的范畴，还必须考虑其中隐含着的在解决问题过程意义上的脑力活动。以下是该模型的四个层级：

(1)层级1：与使用显微镜有关的所有基本实践技能(实验室作业)；

(2)层级2：在不同认知情况下对显微镜用途的认识(发现魅力)；

(3)层级3：有目的地使用显微镜，用以阐释问题或解释科学现象(科学推理)；

(4)层级4：在恰当使用显微镜的同时，对生物的细胞结构在知识理论上有清楚的认识(知识观)。

1.7 伴随教学的并行研究

准教师们对生物学知识的兴趣和态度是本文介绍的相关研究的出发点和主题。许多知识领域在生物学教育中至关重要，但却几乎不受到中学毕业生的重视。 我们观察到，准教师们在他们大学学习开始的时候，对生物学领域的一些工作方法(例如使用显微镜)或内容(例如植物学)持保留态度，甚至厌恶。(24)Jäkel, Lissy. 2014. Interest and Learning in Botanics, as Influenced by Teaching Contexts, In C.P. Constantinou, N. Papadouris & Hadjigeorgius (Eds.), E-Book Proceedings of the ESERA 2013 Conference (pp.12) Nicosia, Cyprus: ESERA.但是，他们在毕业后却要作为教师把教学大纲中规定的这些领域的内容放到自己的教学中——这无疑是一个教学挑战。 文章在下面将介绍多年来对师范专业学生能力发展展开的长期并行研究。

2 研究问题

第一，应用教学研究的结果是否可以提高准教师在细胞结构知识、应用显微镜和组织学研究问题三者之间建立联系的能力？第二，旨在让学生真实体验自然现象的教学形式是否能够有效向准教师传授学科知识？户外教育是否能够显示出可测量的学习效果？第三， 随着师范学生户外教学能力发生变化，他们在可持续利用自然资源方面的专业能力会发生什么样的变化？

3 显微镜应用能力的研究方法

为了研究师范学生显微镜应用能力的发展情况(混合方法)，使用了以下方法：

(1)记录眼动(eyetracking)；

(2)能力测试；

(3)调查心流体验和要求调整(Anforderungspassung)的问卷；(25)Rheinberg, Falko, R. Vollmeyer & S. Engeser. 2003. Die Erfassung des Flow-Erlebens. Diagnostik von Motivation und Selbstkonzept Hrsg. J. Stiensmeier-Pelster & F. Rheinberg, Göttingen: Hogrefe, 261-279.

(4)调查内在动机的简短问卷。(26)Deci, Edward L. & R. M. Ryan. 2003. Intrinsic Motivation Inventory. Online unter: http://www.psych.rocherster.edu/SDT/measures/intrins.html. Zugriff 19.11.2009.

关于组织学上的相关工作，使用了原始的人体生物微制剂(originale humanbiologische Mikropräparate)(Leitz显微镜D500)和在互动电子白板(采用智能技术)上的数字化组织学图像，见图1。

图1 在互动电子白板上进行有关肺组织的协作工作

通过跟踪眼动来记录大学新生和专家对组织学图像的观察(例如12秒)，然后在一个屏幕上展示眼球以及中枢神经系统受到图像刺激后的结构。受测试者的任务是要识别不同的细胞结构，例如视网膜感光细胞、脊髓中的运动神经元、小脑中的浦肯野细胞。在记录扫视和注视以及扫描路径后，立即对受试者进行采访，问他们在图像上看到了什么。

在2013年至2015年之间，在Uwe Ilg和David J. Mack的支持下，图宾根大学神经生物学实验室进行了非侵入式视频眼动追踪实验(nichtinvasive Video-Okulografie)，(Arrington Research USB220，采样频率220Hz，空间分辨率0.01°)。注视数据是通过使用一个高质量的塔上架设式眼动仪(high Quality Tower Mounted Eye Tracker)获取的，并使用了美国马萨诸塞州内蒂克市MathWorks公司的Matlab软件进行了分析。

从2015年开始使用远程眼动仪(Remote Eyetracker, SMI提供的RED 250 mobile，采样率250Hz，空间分辨率0.4°)测量眼动。就师范专业学生(n = 30)和来自其他领域学者(n = 30)的眼动行为收集了广泛的数据并进行了对比。另外还把眼动数据和关于分析组织学图像的能力测试结果进行了比较。在能力测试中，受测试者要根据自己的显微镜解释熟悉的组织结构(范围为0到5)。

4 显微镜应用能力的调查结果

多年来，在不同专业和年级学习人类生物学课程的所有师范学生都参加了就显微镜应用能力展开的调查研究，即在“原始显微镜学和互动电子白板上的组织学”之间进行的比较研究。

在一开始的时候抛出问题并介绍背景有助于学生理解应用显微镜的意义。就解决问题而言，对显微镜的心流体验达到了与涂鸦或玩计算机游戏类似的高度，与讲座课也有可比性(参见Rheinberg u.a. 2003)。

对要求的调整恰到好处，显微镜和互动电子白板都一样。(27)Berg, Julia, L. Jäkel & A. Penzes. 2016. Digital and Conventional Microscopy-Learning Effects Detected through Eye Tracking and the Use of Interactive Whiteboards. Universal Journal of Educational Research 4(6) 1319-1331.

观察组织学图像时扫视和注视的总数与受测试者的基础知识没有相关性(同上)。

但是对扫描路径的定性分析揭示了受测试者因为什么在“苦思冥想”。在问题“目标区域”(兴趣区域= AOI)结构上的注视从比例上看较为频繁。以下图2a、图2b、图2c说明了这一点：在学期的进行过程中，参加人类生物学研讨课的学生，能力都得到了显著提高(图3)。

图2a 具有丰富专业知识的受测试者的扫描路径

注 释：搜索视网膜的感光细胞(400倍的放大倍数)，测量时间为12秒，共35次扫视和注视点，其中15个位于AOI，5个位于相邻的双极细胞。

图2b 具有良好基础知识，但在组织学领域知识薄弱的受测试者的扫描路径

注 释：共有32个注视点，6个注视点在AOI，4个注视点在双极细胞。

图2c 受测试者寻找感光细胞的扫描路径

注释：在感光细胞和双极细胞之间的波动，共有36个注视点，其中11个在AOI，11个在双极细胞。

图3 解释人体生物组织的能力测试复试结果

注 释：Pretest:预测试 Zwischentest:中期测试 Posttest:后期测试Retina: 视网膜 Blutbild: 血液分析 Muskel: 肌肉 Alveolen:肺泡

2016年冬季学期，n = 78，每个图像最高分为5，n=78时可接受的Cronbachsα为0.629。

5 关于户外教学能力的研究方法

5.1 学习场所：生态花园

25年多来，在海德堡的生态花园里一直有一块约5800平方米的示范地，用于展示在人类居住区对自然资源的生态化设计和利用。 多样化的生物生境(Biotop)是多种类野生或养殖生物生存的基础。在这里，生物学师范学生规划、设计并反思针对中小学生的学习场景。在此过程中，教授会给他们深入的反馈。此外，生态花园还用于举办养蜂课程、项目研讨会，以及为中小学校提供户外课堂。

5.2 PCK-模型检验

自2016年以来，生物学师范学生系统性地参加了一项以检验PCK能力模型并测量不同模块人才培养效果的调查研究。

基于Weusmann(28)Weusmann, Birgit. 2015. Biologie-und Sachunterricht im Freiland. überzeugungen zu einer wenig genutzten Unterrichtsform. Baltmannsweiler: Schneider.的户外学习问卷被另外加入了可持续教育和户外教学的元素。为了细化测量的层级，引入了七级评价体系。

自2016年以来，学习生物学相关模块的所有师范学生都在夏季学期参加了PCK测量。2018年夏季参加的学生为n=200，在2019年夏季学期为n=246。

问卷以我们的PCK(29)Frieß, Sabrina, L. Jäkel & U. Kiehne. 2016. The effect of school garden activities on preservice student teachers’ attitudes to teaching biology outside the classroom. Poster ESERA Conference Karlstad September 2016.模型为导向，由以下类别的检验项目组成：

(1)对待大自然的态度；

(2)就与户外生物相处的知识和能力做自我评估；

(3)户外课堂提供的教育机会；

(4)户外课堂的局限性；

(5)户外教学教学方法运用能力的自我评估；

(6)可持续发展教育方面教学方法运用能力的自我评估；

(7)户外教学中的组织能力。

6 关于PCK 和户外教学调查研究的结果

6.1 模型检验和相关因素

七级评价体系在此被认为是合适的(采用克朗巴哈系数Cronbach's alpha检测每一级的项目)。在与Benjamin Tempel的合作共事下，我们基于一项验证性因子分析(CFA)Muthén&Muthén 1998-2011 对我们的理论构建进行了分析。(30)Jäkel, Lissy u.a. 2019. Heimische Vielfalt kennen, schützen, erhalten - Outdoor Teaching - Kompetenzen fördern und messen. Green, Outdoor and Environmental Education” in Forschung und Praxis. Hrsg. S. Schumann, P. Favre & A. Mollenkopf, Shaker Verlag, 109-141.结果显示，在2018年的预测试中，在n = 200的情况下，有八个一致性因数(模型拟合参数：RMSEA = 0.044，TLI = 0.871，CFI = 0.876)，另外还有在2018年后期测试中的“组织能力”因素，即现在共有9个因素(模型拟合参数：RMSEA = 0.045，TLI = 0.901，CFI =0.905)。

可持续发展教育以及户外教学中特定的学科教学法知识与能力也都同样可以作为单独因素得到证实。

与2018年一样，2019年对各项指标和基于CFA的模型测试都取得了成功，见表1、图4。

表1 2018年户外教学影响因素概览

图4 含可持续发展教育和户外教学的生物学教学PCK模型

6.2 问卷调查的总体结果

2018年的数据参见脚注32援引的文献(31)Hergesell, David, S. Frieß, L. Jäkel & U. Kiehne. 2018. Processes of professionalisation-Outdoor teaching and assessment of PCK. Poster ERIDOB Saragossa, Juli 2018.。

总体来说，生物学准教师对大自然的态度是积极的。但在向自然保护组织提供金钱资助的意愿方面有所保留。

另外，对在自己花园里大自然的态度所做的自我评估与对大自然的总体来说非常积极的态度有所不同。

学生认为，自己在生物学和园艺学的专业知识需要有明显提高。许多学生没有设计生物生境的能力，并在此提出自我批评。很多学生也没有掌握修剪果树的技能，并且不知道如何种植蔬菜或怎么对待微生物。但他们坚信，从教育学角度来看，户外学习有利于环境教育，可以增进孩子们之间的联系、巩固学习成果。

学生们认为，户外教学可能会产生的资金问题或时间和精力上的高投入不会成为较大的障碍。就带孩子们到户外学习而言，没有什么顾虑。

表1中标记的参数是指发生变化的领域。

但是，由于受调查的学生参加生物学不同的研讨课，所以调查结果中的平均值可能会掩盖各个研讨会的影响。因此，有必要仔细审视具体教学重点内容或措施产生的相关影响。因此，我们在2019年又使用了用于检验模型的问卷，以调查参加不同研讨课的全体生物学师范学生的专业化发展情况。详细结果如下：

6.3 2019年调查的详细结果

(1)对大自然的总体态度。

属于小学教育专业的师范学生(n = 20)，他们在一个学期内学习了两个生物学领域的研讨课，他们对大自然的总体态度几乎没有任何变化。只有在“我喜欢让其他人注意到自然界中的事物”这一项有中度效应量的增长：预测试在七级评价体系中的平均值M = 5.86，标准差SD = 0.77，后期测试M = 6.33， SD = 0.76，Cohens d = 0.61(32)Hemmerich, W. (2019). Cohen’s d berechnen: StatistikGuru. Retrieved from https://statistikguru.de/rechner/cohens-d.html. Zugriff 12. 8.2019.。

与往年的调查一样，学生对大自然的总体态度是积极的，高年级学生在这一类别的所有相关项上，通常在6或7级上打勾(七级评价体系)。但低年级学生则在有些相关项上比高年级学生的评价低。

在上述“我喜欢让其他人注意到自然界中的事物”这一项，低年级学生的平均值(n=75)M=5.09，SD=1.43。上自然课第三个模块的学生(n=20)，M=5.86，SD=0.77，而在中学或特殊教育的高年级学生中(n=18)，M=6.18，SD=1.04。

还在第一学期时，随着学习的进行，就已经发生了可测量的变化。第一学期三个月内的平均值发生了变化，但是，参加研讨课的人数到后期也减少了。在模块考试之前，学生还可以重新审视自己对该学科的态度。(后期测试n=75对后期测试n=41)。

(2)对在自己花园里大自然的态度

在不同师范专业里都有一些学生会在自己的花园中使用农药(七级评价体系，平均值M=3.0， SD=1.49)。

就对待自己花园里大自然的态度而言，在其中“我最想吃自己花园里的水果和蔬菜”这一项的评价最为积极。在此，基于七级评价体系，所有受测试者组的平均值都在6.6和6.7之间。

在“我会在自己的花园里为许多动物提供庇护所”这一项，高年级学生的评价较中学教育或特殊教育的低年级而言明显较高。

表2 2019夏季学期调查项目示例

(3)对自然保护工作的支持。

与对大自然的普遍积极态度相比，支持自然保护组织的意愿明显低得多(自然课里学生的预测试M=5.045，SD=1.13)。

这也构成了模型中的一个独立因素。尤其是，尽管对大自然的态度较为积极，但学生普遍不太会考虑为自然保护组织提供金钱资助(自然课学生的预测试M=4.63，SD=1.21)。

然而，学生参加了在自然保护组织进行的、为期几天的校外考察活动后，他们支持自然保护组织的意愿要高得多(文理高中教育硕士专业学生、中学教育第一阶段和特殊教育专业参加较高年级模块学习的学生n=18，预测试M=5.125，SD=1.36，后期测试M=5.36，SD=0.84;Cohens d=0.208)。

(4)户外教学的组织能力。

为师范专业大学生设置的每个课程都旨在促进他们对课程教学内容的理解，以及培养他们的相关能力。在较高年级设置的户外学习模块规定了学生要每两个星期在户外给小学生上一次课，调查研究表明，这一措施取得了很好的效果。例如，学生在户外教学的组织能力方面评价较高：预测试n=19，M=6.26，SD=0.933；后期测试n=15，M=6.67，SD=0.61(Cohens d=-0.52)。

(5)专业知识和园艺技能。

根据参加了户外教学研讨课的学生所做的自我评估，他们在识辨草甸植物(预测试n=19，M=5.25，SD=0.85；后期测试n=15，M=5.66，SD=0.89，Cohens d=0.471)或蔬菜栽培(预测试n=19，M=4.8，SD=1.15；后期测试n=15，M=5.6，SD=0.73，Cohend=0.831)方面的能力有了很大提高。这些主题根据中小学教学大纲都属于教学内容。另一方面，果树修剪不属于户外教学研讨课的内容，在此可以观察到学生对这方面知识的自我评估也很低(M=3.45，SD=1.70对M=4，SD=1.85，Cohensd=0.31)。

(6)户外教学的学科教学知识。

学生们对户外教学的优势表示肯定，因为这是一种很真实，并能够提高学生积极性的一种教学方式。

学生们对户外课堂可能出现意外事故的风险、成本或其他麻烦情况没有什么顾虑。在七级评价体系中，选择的等级大多为2(例如，针对户外研讨课学生的后期测试n=15，M=1.933，关于对意外事故的担忧SD=1.03；“在户外难以控制可能出现的情况”M=2.66，SD=1.44)。

即使是小的教学挑战也可以为提高PCK起帮助作用。例如，一年级大学生就“我可以给孩子们布置不同的任务”所做评估从预测试M=5.575，SD=1.10变为后期测试M=5.95，SD=0.81(Cohensd=0.39)，在此的教学挑战是，在研讨课当中的一天，学生们要为儿童计划、设计并反思一个关于植物主题的学习站。

7 结 语

在教学研究中经常会出现这样的情况：当教学措施能够取得的效果比较有限时，教师们就会较为失望，但尽管如此，若要提高教师教育的质量，离不开对实际能力进行诚实的测量。在本文介绍的PCK模型中，能力发展涉及学科教学知识、可持续发展教育、教育学知识和学科知识。

尽管主观态度被认为是相对持久的人格特征，发生较快改变的可能性不大，但它在此还是属于PCK模型的内容，因为人们应该是可以期望准老师对自己的学科是充满“激情”的。在此，对第一学期新生所做调查的结果确实会有些令人惊讶，因为他们中有些人甚至自己都不喜欢观察大自然。可以推测，并非所有的中学毕业生在开始大学学习时就找到了自己的使命。这种情况下，到第二学期结束时，海德堡师范学院的学生可以很容易地换一个专业。

同时，学生在生物学领域就专业知识和学科教学知识所做的自我评估与教师们在教学活动中所做的观察吻合。我们看得出，学生在填写问卷时做了切合实际的自我评估。

经过数年对显微镜应用能力的研究，我们认识到眼动追踪不太能够揭示统计学上的某些相关性(33)Jäkel, Lissy & J. Gerwien. 2017. Entwicklung eines Werkzeugs zur automatischen Evaluation der Performanz beim Mikroskopieren. Tagung FdDB im VBio Halle, September.，而更多的是必须从对眼动所做的记录中得出定性结论。对相关数据进行定性的内容分析可以揭示理解上存在的问题，有助于通过布置面向问题的任务促进学生获取显微镜应用能力。(34)Jäkel, Lissy. 2012. Working with the microscope as a problem solving process. In C. Bruguière, A. Tiberghien & P. Clément (Eds.), E-Book Proceedings of the ESERA 2011 Conference: Science learning and Citizenship. Lyon, France.Crawfort(35)Crawford, Pat. 2014. From Inquiry to Scientific Practices in the Science Classroom. Handbook of Research on Science Education Volume II, Hrsg. Lederman, N. G. & Abell, S. K., New York and London: Routledge Taylor & Frieds Group, 515-541.把“基于问题的学习”(PBL)定义为“认知学徒制(cognitive apprenticeship)方法，它注重从解决问题的经验中学习，并同时促进对内容的学习和实践”。 从学科专业教学法的视角来看，在此不仅仅是要完全理解那些已经以其他方式传授过的知识，而且还要明白，显微镜是获取知识的必要手段。如果学生在新的学习情境下自己建议使用显微镜，那么这无疑是“基于问题的学习”取得的一项成功。

经验证明，有效的教学方法是交替采用显微镜学习和其他形式的实践与理论学习，并让学生能够使用现代的数字化形式来表示所看到的内容，而不是通常的显微图。有些学生甚至把在中小学校对显微镜的使用选作为他们大学毕业论文的课题。教师职业的魅力之一是可以在职业生涯中不断学习新东西，但是，专业知识的重要基础是在大学学习时就奠定下来的。

我们可以不断地观察到，教师对与教学活动并行的学科教学研究得出的结果有时会感到失望，并担心会收获质疑和批评。但是，该调查研究的结果完全在预期范围内。一些教师不再想做进一步的调查研究，但也有一些教师认为自我反思是有帮助的，并愿意尝新的学科教学法，并在此基础上创新他们的教学方案。

在关于教学效果的研究中，我们认为，研究的重点应是学生的学习成果和获取的能力，而不是从学习者，即学生的角度考察教师的教学表现。

给学生布置任务被认为是生物学课程中对学习起帮助作用的重要工具，可以证明的是，它们会影响学习者信息获取和信息处理过程的有效性。一起讨论任务及其解决方案会对学习很有帮助，例如文中介绍的在互动电子白板上处理关于组织学的任务。

特别是针对显微镜的使用而言，布置任务的质量看起来对成功应用这种获取知识的能力至关重要，并且这样也会提高准教师们的学习动力。至于他们是否以后确实会跟自己的中小学生经常使用显微镜，则需要经过实证研究来证实。

另外，目前有一项博士研究正在就户外教学展开实证研究，目的是了解师范教育中的教学重点在多大程度上改变中小学校的现实，以及在多大程度上影响教学文化。因为许多师范大学毕业生目前在就职的学校从事“学校花园”的工作，而过去二十年里，他们的母校一直把户外教学作为师范教育的重点对待。在中小学的户外教学中，学校的花园或校园在此扮演重要角色，因为在户外很容易展开学习，并为跟孩子们一起设计生物生境创造条件。

关于PCK发展所做研究的结果证实了我们的假设，即与职业现实建立联系的模块容易调动起学生的学习动力。