影响教师科学本质观转化到课堂实践因素的文献研究

冯华宇 刘瑞

摘要： 大量研究发现，教师在将其科学本质观转化到课堂实践中由于受到不同因素的影响从而导致低效的科学本质教学。通过文献回顾，将影响教师的科学本质观转化到课堂实践的因素归纳为： 环境因素、教师因素、学生因素，对各因素的形成原因进行了探讨，并提出了促进“转化”的措施与建议。

关键词： 科学本质观; 化学课堂实践; 影响因素; 文献研究

文章编号： 10056629（2020）06001307  中图分类号： G633.8  文献标识码： B

科学本质是科学素养的重要组成部分，被认为是近一百多年来学生学习科学的重要目标之一，体现在各国科学教育改革文件之中[1]。教师在提高学生科学本质观的过程中发挥着关键作用。因此，教师自身必须要对科学本质具有充分的理解，而许多研究发现即便教师具有充分的科学本质观也不能直接、必然地将其转化到课堂实践中，存在各种因素影响导致教师的科学本质观与其课堂实践之间的关系错综复杂[2，3]。雖然探索该影响因素方面的研究较多，但缺乏系统的归纳和探讨，对教师是如何将其科学本质观转化到课堂实践的关系缺乏整体性的认识。

本文以Web of Science核心合集为检索源，关键词为Nature of Science、 classroom practice、 teacher，首先将三者使用AND相连接，然后把translation、 influencing factor、 relationship分别用AND与前三者连接，最后使用OR连接这三类关键词，检索了1990至2018年的文献。通过进一步阅读文章摘要和主要内容对检索结果进行二次筛选，筛选出集中反映“影响教师将其科学本质观转化到课堂实践的因素”的文献，以作为本文研究文献综述的样本。

1 科学教育中的科学本质

科学教育界对科学本质（Nature of science）的概念仍然存有一定争议。正如Schwartz & Lederman（2002）所指出：“不存在唯一能够完整地描述所有科学知识和科学事业的科学本质的概念”[4]。McComas（1998）认为科学本质是科学史、科学哲学、科学社会学以及认知科学等多个领域的融合[5];Lederman（1992）认为科学本质涵盖了不同领域，尤其是认识论，涉及科学知识的产生方式和科学的特征[6]。从现有文献来看，科学教育界较为赞同Lederman（2002）提出的观点，即“科学本质涉及科学社会学和科学认识论，它将科学视为一种认知方式，或科学知识及其发展中所固有的价值和信念”[7]。

然而，以上概念对于基础教育阶段（12）的学生过于抽象，也不利于教师开展科学本质教学[8]。当前，科学教育文献对哪些科学本质易于学生接受和理解达成了基本的共识，包括以下8个方面： （1）科学知识具有暂时性，这意味着我们所具有的科学知识是现阶段最好的，但它会随着新证据的出现，或者对原有证据的新解释而改变;（2）科学知识是以实证为基础的;（3）科学是一个创造性的过程，即科学家用他们的想象力和创造力来计划和实施研究以及让数据具有意义;（4）科学知识的产生具有主观性，科学家个人的价值观、已有知识和经验会影响科学家研究什么及怎样研究;（5）科学和其所属的社会和文化相互影响;（6）科学基于观察和推理，二者是有区别的;（7）科学研究通常会包括收集证据、进行逻辑推理以及基于证据做出解释和预测，但并不存在程序化的单一的科学方法，科学家在研究中应用各种各样的方法;（8）科学的一个主要目的是形成理论和定律，二者也是有区别的[9～12]。

2 教师的科学本质观与课堂实践的关系

探索教师的科学本质观与课堂实践二者关系的研究可追溯到20世纪80年代后期[13]。早期研究发现学生不具备充分的科学本质观，而教师作为课程的实施者，教师具有怎样的科学本质观、自身的科学素养现状是基于科学本质的科学教学的重要前提，是学生科学素养提高的必要条件，进而研究的视角逐渐从学生的科学本质观转向教师的科学本质观及其科学本质的教学，认为教师的概念与学生的概念密切相关;学生可通过科学探究教学活动隐性地理解科学本质;教师只要具有充分的科学本质观，就能直接、必然地转化到课堂实践中[14～17]。但早在20世纪50年代，就有研究者对教师的科学本质观进行调查，发现教师的科学本质观同学生的科学本质观一样是不充分的[18]： 认为科学知识是静态的;假设、理论以及定律之间可以转化或存在等级关系;科学模型是对现实的复制而非人类的创造;科学方法是通用的、菜谱式的;科学家的观点是完全客观的，科学研究不需要创造性。并且对社会、文化与科学之间的关系的认识也不清晰。为此，研究者通过以社会科学议题、科学探究和科学史等作为教学情境，采取直接讲授法、反思法和讨论法相互结合的综合法以及提供丰富的研究类课程等方式在一定程度上改善了教师的科学本质观。

然而，近年来有关研究发现即使教师拥有充分的科学本质观也不能自动转化到课堂实践，教师充分的科学本质观仅仅是转化到课堂实践的一个必要不充分条件[19，20]。这些研究指出，教师在将其科学本质观转化到课堂实践的过程中会受到不同因素的影响从而使得两者的关系变得错综复杂[21，22]。厘清不同影响因素对于理解这一“转化”过程具有重要意义。

3 影响教师的科学本质观转化到课堂实践的因素

根据Schwartz & Lederman（2002）提出的教授科学本质要求模型（a model of the requirements for teaching NOS）对检索文献进行梳理、分类，发现教师在这一转化中主要受到环境因素、教师因素和学生因素的影响，并提出了教师科学本质观转化到课堂实践影响因素模型（见图1）。教师因素中的认知因素是最为重要的，教师的课堂教学结果表现为学生成就，学生成就会进而影响教师的教学行为。其中，虚线表示这种转化并非直接的而是会受到环境因素的影响。

3.1 环境因素

从课堂层面来讲，教师主要面临三大难题： 跟进教学进度以完成学科知识教学任务的压力;教学时间以及科学本质教学资源的不足;繁重的教学负担和处理班级日常杂务等，使其难以兼顾和专注于科学本质的教学[23～29]。同时，新手教师还面临着课堂组织管理以及教学生存压力这类亟待先行解决的问题。

在人际关系层面，主要是指教师与同事、教学管理人员以及学生和家长之间的关系。新手教师往往受到指导教师在教学计划和实施方面的“插手”，甚至不支持教授科学本质;在与同事建立良好工作关系前期难以得到教学方面的支持或帮助;如果教师之间没有就是否教授科学本质上达成一致的观点，某一教师很难坚持教授科学本质[30～33]。教师的教学结果必然会受到教学管理人员的评价，通常这些评价观念较为陈旧落后以及评价的功能较为偏狭，主要集中在对学科知识水平的评价上过分强调评价的竞争刺激作用，以及将过程性评价和形成性评价与考试完全对应起来，科学外在功能的凸显使得科学教育表现为了应付考试而学，科学本质教育就表现为追求科学知识的教育，科学史的内容也没有发挥出理解科学的功能而成为记忆的材料，从而约束着教师的教学取向，弱化科学本质的教学[34]。学生、家长以及学校对于升学率的盲目追求更是加剧了这一情况[35，36]

在制度层面上，教师科学本质职前或在职培训存在时间限制、课程内容的安排和实施缺乏连贯性以及教学的有效性等问题，以致不足以改善教师科学本质观或难以固化[37]。部分教育改革文件对学生科学本质的学习缺乏较为清晰的表述，缺乏对教师如何进行科学本质教学的指导，造成了教师教学实践的难度[38]。升学考试注重对“双基”的考察和强调甄别选拔功能，即便相关教育文件中包含科学本质内容但考试中也会剔除或弱化这部分内容，进而影响了教师教授科学本质的意图[39～41]。

文化是教育的土壤，影响着教师的教学。例如，中国教师受中国文化“尊权”“考试文化”和“功利主义”思想影响，同时科学文化一直没有在中国生根，导致中国科学教师对于科学的理解也就处在一种认识知识的水平，其课堂教学是一种对“我们知道什么”而不是对“我们如何知道”的关注，因此科学本质的教学停留于表象，且表现出无根性[42]。

3.2 教师因素

从教师个人背景层面来讲，教育实习经历影响着新手教师的教学判断，认为应该遵循指导教师的教学要求，实际的学校环境中没有强调教授科学本质，那么就没有必要学习和教授科学本质[43];新手教师和经验丰富的教师的区别之一在于教学经历的长短，经验丰富的教师的科学本质观与其课堂实践行为表现得更为一致以及在课堂管理和教师机智方面表现得更为成熟[44];具有相应学科学术背景的教师在教学时具有更为丰富的素材并且对学科知识的理解较为深刻，但扎实的学科知识虽是必要的但并非充分的[45]。

从教师个人认知的层面来说，大部分教师把科学本质视为科学的附加物[46]，认为首要考虑的应是学生的学习需求和兴趣，使学生获得基本的科学知识和技能，相较而言科学本质则显得不重要或无暇顾及教授科学本质[47]。由于科学本质的理念直接受到了哲学观的影响，表述上具有的哲学气息在具有思想性的同时也加大了教师教学的难度，进而对自身科学本质观的理解水平以及科学本质教学能力缺乏自信，表现出较低的自我效能感[48]。同样，教师对学生学习科学本质的能力和动机也表现出担忧： 不同年龄段的学生应该教授哪些内容以及对这些内容深广度的把握，这些内容和活动是否适应学生的身心发展，是否会造成学生的认知负荷等，使得教师在教学时常常孤立看待科学本质的不同方面[49，50]。教师教授科学本质的动机和意图至关重要。即便教师具有扎实的学科知识和教学法知识，但如果教师认为科学本质对于学生的成长不重要、不相关、学生无法掌握，那么教师则不会去教授它[51～54]。

从教师个人的知识和能力的层面来讲，扎实的学科知识、科学本质知识和教育学知识以及知识间融会贯通的能力是教师提高“转化”能力的必要条件，但研究表明大多数教师是缺乏的[55，56]。这些知识掌握的程度可能还会影响教师教学意图的实现[57]。在教学目标制定上，除了很少包含科学本质外，对科学本质目标的表述也不够具体、清晰，更多关注于这些术语的定义和应用而很少涉及它们是如何与科学知识的产生相联系。在评价上，教师往往缺乏对学生前概念的探查以及有意识地利用正式的、有计划的评价方案来评价和监控学生科学本质概念学习的状况，从而使得教学低效。在教学方法和策略上，尽管显性反思性教学（ExplicitReflective Instruction）是目前教授科学本质最为有效的方法，但教师却依然沿用隐性的教学方法，或者对显性反思性教学存在偏差认识，认为学生通过动手做实验或者在参与活动的过程中不对科学本质加以显性的联系就能够自然而然地理解和学习科学本质，并且常常混淆科学本质和科学探究。此外，以学生为中心的教学方法来教授科学本质相较于传统的教师主导的教学更有效，但大多數教师鉴于班级规模和教学便利性通常选择教师主导，采取说教、演示等策略，缺乏显性的对话、讨论、反思环节[58]。另外，教师在查找、修改和熟练应用科学本质教学资源以满足不同教学的内容、情境存在困难[59]。在教学中，教师语言也会影响到学生科学本质的理解[60]。

3.3 学生因素

学生对科学本质存在着迷思概念，例如： 科学知识是绝对的;科学家的观点是完全客观的;证据的累积会产生可靠的知识;存在着一般性、通用的科学方法等等，这些迷思概念通常来自学生的生活经验、教材或教师的课堂教学[61～64]。例如，Irez（2009）通过对土耳其十年级五本不同的生物教科书分析，发现存在有许多错误以及对科学方法和科学知识的解释不够充分。学生的迷思概念影响着教师的教学。大部分教师忽视了对学生迷思概念的探查以及缺乏有效的概念转变教学技能使得其科学本质的教学盲目而低效。其次，学生个体差异的不同，例如学习水平、学习风格、已有知识基础等方面的差异也加大了教师科学本质教学的难度[65]。另外，学生就学习科学本质的动机和兴趣同样存在重要影响。

综上所述，教师的科学本质观并非直接、必然地转化到其课堂实践中，而是以上不同因素相互交织、协同地影响着教师将其科学本质观转化到课堂实践中，使得这一过程错综复杂。

4 提升教师“转化”能力的措施与建议

为了促进教师将自身的科学本质观转化为有效的科学本质教学实践，从培训、教师和环境讨论了提高这一“转化”的措施与建议。

4.1 改善教师培训质量

教师培训是向教师传递教学理论知识和思想的一种主要媒介。教师职前培养和职后培训在促进教师科学本质观转化到课堂实践中起着至关重要的作用[66]。首先，最重要的是使教师内化科学本质教学的重要性，将科学本质视为重要的教学目标，以避免在教学计划中缺乏对科学本质的关注，也能克服一些通常的影响因素[67，68]。第二，增强教师科学本质教学效能感的同时也要使教师坚信自己的学生应当学习和能够学习科学本质。Lederman（1998）认为中小学阶段应该教授科学本质中比较没有争议的、更加具体的方面。例如，科学知识具有暂时性的特征;科学知识基于观察的经验基础;科学知识包含人类的推论、想象力和创造力以及科学知识受到社会、文化的影响等[69]。Metz（2004）指出给予恰当的教学和脚手架的搭建，低龄儿童也能理解适合的科学本质方面[70]，并且教师应当慎重选择合适的语言向学生传达信息以避免制造迷思概念。第三，教师培训对教学不应持过于技术化和简单化的观点，认为只要向教师传输一定的教学知识策略，就可以帮助教师更好地解决教学中的各种实际问题，而应当采取除讲述以外的各种方式帮助教师外显化对科学本质的缄默理解，加深教师对科学本质及其背后基本原理的理解[71]，意识到在不同教学内容、情境中显性教授科学本质的教学时机，还应当帮助教师在教学实践中情景化对科学本质的理解，从而提升教师将新获得的对科学本质的理解迁移到新的实际教学情境中的能力[72，73]。Schwartz & Lederman（2002）进一步指出如果只是简单地提供大量的科学本质活动包给教师，则会造成其盲目地使用或是一味地模仿，应当培养教师开发和修改已有资源以适应自身教学需求的能力[74]。第四，给予教师足够教授和评价科学本质的教学经历，使教师获得关于学生是如何理解科学本质以及如何修改教学活动能够让学生形成充分的科学本质观的实际经验[75]，只有当教师掌握了学生对特定主题学习的认知和情感状态时，他们才能运用经过教学调整的程序来促进学习[76]。因此，不仅要从外部向教师传授专业知识，而且要通过教师对自己的实际经验的解释来增进其对教学的理解，提高教学的能力。第五，培训中应当强调显性—反思性教学方法教授科学本质的必要性，纠正学生可通过参与科学活动隐性地理解科学本质的观点[77]。此外，将显性—反思性教学方法整合到科学内容的学习情境中[78];在概念转变学习框架下进行[79];結合从HPSS中精心挑选的案例[80];结合元认知策略等其有效性会得到进一步的加强[81]。最后，培训时间安排上应当合理，短期的教学时间不足以使教师获得理想的科学本质观[82];在课程内容上应当保证连贯性，即科学本质知识、学科知识和科学本质教学知识在培训的各环节都该得到统一和一致的强调[83]。

4.2 加强教师个人教学专长的培养

许多研究者指出培养和加强教师科学本质学科教学知识（pedagogical content knowledge for nature of science， PCK for NOS）的重要性。科学本质学科教学知识是科学本质知识、学科知识和一般教学法知识的有机整合，教师通过运用这种知识能够将科学本质转化为学生易于理解和掌握的形式[84，85]。Shulman（1987）还进一步指出促进知识转化到课堂实践不单单是知识量的累积，更重要的是这些知识是如何建构的。Park（2007）指出不同教师的学科教学知识在教学中具有特异性[86]，因此科学本质学科教学知识的建立必须基于教师个人的基础上以适合其课堂教学，培养教师的真实感（authenticity）和主人翁意识（ownership）是发展教师的科学本质学科教学知识所必需的[87]。通过参与恰当的教师专业发展项目可以提升教师这一知识[88]。为此，科学教育者提出了不同的教师发展模型。Bell & Gilbert（1996）提出了一种有效的教师发展模型，从个人发展、社会发展和专业发展三个方面阐释了如何提高教师的科学本质学科教学知识[89]。Henriques（1998）指出示范课程（Model lessons）是关于科学本质专业发展的重要组成部分[90，91]。除了培养和加强科学本质学科教学知识外，提升教师探查学生前概念的能力也可以促进科学本质的教学。例如，教师可以通过元认知策略、科学认识论问卷、概念图等方式对学生科学本质的学习状况进行评价、监督[92]。课堂管理是新手教师一直担忧的问题，Lederman（1999）认为开展不同的教学程序和方案使新手教师对教学的组织和安排感到舒适是帮助新手教师着手提高学生科学本质观的先决条件[93]。

4.3 重视反思对教师科学本质教学提高的重要性

许多研究指出教师通过对自身教学经验进行反思以提高“转化”能力的重要性[94]。Posner（1989）指出没有反思的经验是狭隘的经验，至多只能形成肤浅的知识。反思的一个重要作用恰恰就在于使教师看到理论与实践的不一致，从而有针对性地改进教学。因此，科学本质教学的提高离不开反思。Brubacher（1994）提出了教师对自己教学经验进行反思的四种方法： 写反思日记、观摩与分析、职业发展和行动研究。其中，开展案例教学是一种有效的观摩与分析的学习形式，教师之间可通过分享优秀的科学本质教学案例，互相观摩探讨，判断教学任务是否可控，情境和个人资源是否充足，从而提升自我效能，提高教学能力[95]。行动研究则通过教师与研究者合作对课堂上遇到的问题的实质进行调查和实验研究，并探索用以改进教学的行动方案，能够在一定程度上减轻教育研究者与教师之间的对立，研究活动与教学活动的反差，教育理论与实际教学之间的距离等问题，从而实现研究与实践之间的沟通。KremerHayon（1993）指出为反思提供外部支持的必要性，反思并不仅仅是教师个人的事，教育各界人士都应对教师的反思给予支持、合作。

4.4 引導社会、学校对科学本质的接纳与重视

对于社会和学校来讲，应当认识到科学本质学习对于学生学习科学的重要性。理解科学本质有助于学生理解科学的过程，对社会科学议题做出充分的决定，能将科学作为当代文化的关键要素，以及更多地了解科学共同体的规范和更深入地学习科学知识[96]。同时，应当转变原有的评价观念和方法。如果评价体系相对于课程改革文件要求没有做出相应的改变，例如升学考试仍旧只注重评价科学知识和技能;课堂教学中缺乏对科学本质显性、恰当的评价;教师的教学成果由升学率来评价，那么科学本质教学的重要性则会被教师忽视[97]。另外，学校不应该把新手教师视为“成品”，应当适时减轻新手教师的教学负担，给予成长的时间和空间[98]，在教师群体中营造教授科学本质的教师文化氛围，由此为教师的教学提供意义、支持和身份认同。针对课程教材，除了修订勘误外，单纯地提供陈述性的知识是不够的，还应当提供关于这一知识科学家们是如何形成的这样有用的信息以及选择适当的内容载体呈现科学本质的教育内容[99]。各国科学教育改革文件还应适应国情，完善科学本质学习进阶的界定以及可操作的表现评价等。

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