国外理科教师学科知识的研究述评

佘雪玲　邓峰　刘睿琪　胡润泽

摘要：梳理了國外理科教师学科知识（SMK）研究的最新进展，包括SMK的理论研究、SMK的测查研究、SMK与教学实践的关系;据此探讨SMK对我国化学教育研究的启示，以期对我国化学教师SMK的研究以及化学教师教育提供有益借鉴。

关键词：学科知识;SMK;PCK;教师教育;理科教师

文章编号：1005-6629（2021）04-0014-07 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1问题的提出

20世纪80年代，舒尔曼（Shulman）质疑北美教师教育缺乏明显的学科知识（Subject Matter Knowledge，简称SMK）并指出教师教育“缺失范式”的现状，从而呼吁教师教育对教师学科知识（SMK）给予更加细致的关注。《普通高中化学课程标准（2017年版）》强调教师进一步增进化学学科理解有助于开展基于学生化学学科核心素养发展的课堂教学。因此，教师学科知识在教师专业化提升、学生关键能力与必备品格发展的地位不言而喻。同时，大量的理论研究和实证研究表明，教师的学科知识是教师知识的基础和先决成分，也影响着学生的课程成绩。起初，国外研究集中于教师学科知识内涵性质的研究上。相继地，教师学科知识研究从定义内涵研究过渡到对教师学科知识主题领域研究以及学科知识与实践关系等的研究，结果表明国外理科教师的学科知识是有限的，他们往往与学生持有类似的错误概念。此外，教师的学科知识对其教学行为也会有一定的影响。由此可见，国外对理科教师学科知识的研究已形成较为完整的体系。

因此，国内有研究者对国外教师学科知识的研究进行综述。单媛媛结合定性与定量两个角度厘定国外科学教师的学科知识测量工具。王伟从学科知识的特点、教师资格认定、教师发展等多角度对科学教师的学科知识进行述评。整体而言，研究者对国外教师学科知识研究述评的主体对象是科学教师，且阐述的内容多为测评工具、教师发展等，而未详细地说明教师学科知识的整体现状、学科知识与教学实践关系。与此同时，国内部分研究者开始探索理科教师对学科知识内容与结构的理解。不过，现有研究对理科教师学科知识影响因素及其学科知识与教学实践的关系等的关注度较低。基于此，本文对国外理科教师的学科知识研究进展，特别是理科教师的学科知识测查研究、学科知识与教学实践的关系进行系统梳理，借此弥补国内这一类综述的不足，从而为我国理科教师学科知识的研究与教师发展提供有益建议。

2理科教师学科知识的理论研究

2.1理科教师学科知识的概念内涵

学科知识被认为是教师知识核心要素及教师实践的核心，但有趣的是，研究者对该定义的理解却不尽一致。一方面，由于国外学者在不同历史阶段对科学史、科学教育等方面的注重程度有所改变，学科知识的定义也突显出相应的时代演变趋势。譬如，施瓦布（Schwab）认为学科知识包括实体知识与句法知识。其中，实体知识是概念、规则、原理等知识的集合体，句法知识是学科评价和接受新知识的方法的知识。在此基础上，舒尔曼将学科知识列为教师知识库的七大类别之一，并转变性地指出其也包括内容知识和特定学科的看法。与此不同，Juttner认为学科知识由陈述性知识、程序性知识、条件性知识组成。整体看来，在许多科学教育研究者的使用中，学科知识是嵌套着内容知识（主题的事实和概念）、主题信念（学习者和教师对主题各方面的感受）、实体知识、句法知识四个方面的知识模型。然而，这样的教师学科知识定义模型仍依赖于知识的一般特征，无法解释教师学科知识与学生所学内容的区别，即难以推动教师在不同层次上理解主题。基于此，研究者开始发展区别于学生所学知识的教师学科知识模型。譬如Nixon构建了由核心内容知识、专业内容知识、相关内容知识组成的SKT知识模型，并将其用于描述学科知识的性质。也有研究指出学科知识应包括观念及观念与知识的联系，这也从观念层面上延伸了学科知识的内涵。

值得一提的是，研究者在探讨学科知识内涵的同时，也就学科知识与内容知识（Content Knowledge，简称CK）的内涵范围进行了界定。Cochran将SMK而不是CK定义为包罗万象的范畴，其中包括实体知识、句法知识和信念。而Ball却持有相反的意见，他认为CK是一个包括SMK在内的包罗万象的范畴，其中涵盖了主题知识及其组织结构。迄今为止，相关的研究未明确两者内涵的界限差别，但在众多SMK（或CK）与学科教学知识的关系讨论中都采纳了Schwab的定义，即两者都至少包含了关于概念和事实的知识。因此，本文也基于其他学者的观点，认同CK与SMK是近似的概念，并将CK的部分研究纳入其中进行梳理。

2.2理科教师学科知识与学科教学知识的关系

在探讨SMK定义内涵的同时，研究也发现SMK与学科教学知识（Pedagogical Comem Knowledge，简称PCK）两者存在非常密切的联系。目前有两种理论模型来阐述两者的关系。第1种模型是“转化观”模型。该模型是由Shulman提出的“教师知识库”模型发展起来的，其强调SMK与PCK的关系是“并列型”，在教学实践中SMK与其他知识“相互反应”转化为教师独特的PCK。换言之，教师PCK是由教师的学科知识、一般教学知识、教师的专业背景知识相互作用形成的一个独特知识领域。此后，大多数研究者在此基础上对PCK的组分内涵进行发展。譬如，Magnusson提出了由CT0（教学取向）、KoC（课程知识）、KoL（学生知识）、KoA（评价知识）、KoS（策略知识）构成的PCK五组分模型，而SMK却未包含其中。第2类模型“混整观”模型则认为SMK与PCK是“从属型”关系。该模型认为SMK与其他知识等通过类似于“物理混合”的方法整合形成PCK L2Sj。整体而言，关于PCK与SMK的两种关系类型的争议尚未有定论，但基于两者的优缺点，研究者更青睐于第2种模型，这是由于“混整观”模型能够更好地呈现教师的知识与技能。

此外，不少研究者探究了SMK和PCK之间发展的关系。通常情况下，SMK被视为PCK发展的来源之一，对主题知识的连贯与透彻的理解是PCK发展的先决条件。譬如Chan通过研究表明4名香港生物教师的PCK发展受到SMK的促进，当教师SMK较弱时，PCK的发展受到限制。类似地，Davidowitz在评估教师有机化学主题的SMK和PCK中发现，SMK是PCK发展的必要条件。然而，也有学者指出SMK不足以作为发展PCK的必要条件，其认为经验丰富的科学教师在教授一个超出其学科领域的主题时，可依靠一般教育学知识快速学习新的内容。这项研究观点也与Kind的观点相一致，即当教师在其他专业领域进行教学和理解相应的SMK的情况下，PCK更容易发展。换言之，PCK与SMK可以同时发展。

3理科教师学科知识的测查研究

基于对学科知识的定义内涵的理解，研究者从不同角度对理科教师（职前、在职）的学科知识进行测查。根据测查内容不同，可将研究分为2类。第1类研究侧重于对理科教师学科知识概念理解进行测查。尽管研究的对象存在差异，但研究结果基本相同，即理科教师对主题概念的理解或心理模型存在误解。譬如，Usak研究了30名理科教师对化学反应主题概念的理解，结果表明教师并未对化学反应的基本概念持有较好的理解，也不清楚宏观与微观两个层面之间的关系。有趣的是，这一问题在大学教师中也存在。有研究发现，大学教师对“勒夏特列”概念的理解与大学一年级学生相同。尽管理科教师在SMK上表现不足，但高学段理科教师的学科知识概念理解更加复杂、准确。譬如Birnie在比较小学教师、中学教师等对气体中粒子理论的看法中发现，小学教师对其理解与九年级学生相同，而中学教师对其理解会更好。

第2类研究则更关注理科教师学科知识主题结构或一个特定知识领域的组织的测查。此类研究大多采用概念图法并结合半结构访谈分析教师主题结构的层次水平。整体而言，理科教师的主题结构较为零散。譬如Lederman通过绘制概念图的方法，对至少有5年工作经验的物理教师主题结构进行研究，发现教师主题结构缺乏深度和相互联系。需要关注的是，现有的理科教师学科知识主题结构的相关研究甚少，同时分析教师学科知识的质量和结构，未来研究可对工具进一步开发以同时评价教师学科知识水平与结构。

随着教师学科知识理论研究的发展，教师学科知识测评的工具也发生了变化。起初，研究通过间接测量学科知识的自我报告问卷评价教师知识水平。而后，为更加真实反映教师概念解释和教师对主题结构的组织，概念图、访谈、课堂观察、教学内容表征（Content Representations，CoRe）等定性的测评工具或方法投入到研究中。基于对大样本、大数据的处理，定量测评的概念清单、开放性问题纸笔测试和Rasch模型工具也被采用。相应地，测评的范围可从对特定主题概念研究拓展至教师学科知识概念理解和解释的广度以及对新情境的概念应用的深度。譬如Stott设置了由6道概念多项选择题和4道计算题组成的概念清单，分析184名教师关于化学计量主题的算法知识和概念知识。有研究者也将Rasch模型工具应用于SMK与PCK的发展模式探查中。整体而言，各种测评工具均有其优势和局限性，同时在研究中各工具和方法较少实现有机结合，故后续研究需对测评工具做进一步探索。

4理科教师SMK与教学实践的关系

在探讨SMK与PCK关系的同时，亦有研究关注到理科教师SMK与教学实践的关系。该研究可分为2类，第1类研究侧重理科教师SMK对教师实践的影响;第2类研究关注教学经历或实践对理科教师SMK的影响，并基于此着手研究教师SMK的提升策略和途径。

4.1理科教师SMK对教学实践特征的影响

基于Shulman提出的教师对学科知识的构建将会影响其实践的假设，第1类研究关注理科教师SMK对教师实践的影响。大量的研究通过评估教师SMK水平与教师的教学行为发现，教师的SMK水平越高，其教学实践行为的表现更为灵活。譬如，Hashweh研究了三名物理教师和三名化学教师关于物理主题和化学主题的SMK与其教学的关系。研究表明，一方面，在教科书提供的情况下，SMK水平较低的教师会依赖教科书上的教学活动。而知识渊博的教师则会对教科书上的活动进行多处修改;也能提出更高层次的问题，从而更容易发现学生的误解之处，这也与Chen的研究中关于高中生物教师SMK对学生学习影响的研究结果相一致。另一方面，当教科书不提供活动的情况下，只有知识渊博的教师才能组织活动。类似地，也有研究发现，SMK水平高低会对教师教学模式产生显著的影响。即SMK水平较高的教师往往选择“学生为中心”的课堂教学行为，而SMK水平较低的教师则更倾向于“以教师为中心”的课堂教学行为。

4.2实践经历对理科教师SMK的影响

第2类研究是将实践经历作为理科教师SMK的影响因素之一进行研究。然而这一影响因素对SMK的影响关系仍存在一定争议。一方面，有研究表明拥有丰富教学经验的教师能够提出更复杂、更清晰的解释，这种SMK的复杂性可能是随着教师被要求向学生提供解释而发展起来的。譬如，在一项对小学教师SMK成绩与教学经验年限关系的研究中表明教学经验鼓励了教师在完成日常教师职责的同时发展他们的科学SMK。另一方面，少部分研究从反面证明了教师未通过教学经验或实践发展SMK。譬如，在一项观察教师工作前5年与一项观察教师工作长达10年的教学与SMK的變化情况的纵向研究中，结果均显示教师SMK并未随时间发生明显的变化，即教师并未在实践中发展其SMK。

因此，基于上述实践经历对SMK的影响，已有部分研究通过教学实践或教学材料，探讨提升教师SMK的策略和途径。目前，提升理科教师SMK的途径大致有以下2种。

第1种途径是通过实践，以及实践过程中专家或同事的帮助支持，反思自身学科知识的误区而发展教师SMK。譬如，研究人员将2名职前教师置于互联网的学习环境中各自发展电磁概念图，之后进行为期一周的两人的团队规模协作对概念图进一步发展。最后将2名教师置于25名职前教师中进行全班讨论与互动，形成最终的个体概念图，并从2名职前教师所绘制的概念图的复杂性和质量分析教师的SMK水平是否有有效提升。研究结果表明，教师通过协作学习和互动反思了电磁概念图中大概念的选择，同时在争论和互相解释中矫正概念问的连接与关系表述，从而发展了教师原有的SMK水平。因此，教师如果在实践中有足够的反思机会和规划空间，对于提升教师SMK是非常有益的。

与第1种途径有所不同，第2种途径侧重将SMK的培训材料融入教师教育课程中，从而提升教师的SMK。譬如，有研究不仅为教师提供全套教育课程材料、课程所需的成套材料，还提供了校园内开放的实验室来实践课程。同时，该研究也安排另一部分教师参与了与教育课程材料相关的教学。结果表明，参与教学的教师与在实践中使用教育课程材料的教师在主题知识方面均有显著的收获。相似地，Lee等人设计了一项包括创新教育课程材料和整个学年的教师专业发展研讨会，在1年的时间里帮助教师加强了课程主题的科学SMK。但遗憾的是，部分教师的培训项目和其他专业发展机会往往侧重于一般教学知识的发展，而并未在教学中加强对SMK的学习，导致其SMK无法提升。这似乎也解释了教师并未在实践中发展SMK的原因。

5对我国化学教师教育的启示

以上较为系统而全面地概述了SMK的理论研究、SMK测查研究、SMK與教学实践的关系研究3个方面。考虑到国内关于化学教师学科知识的研究仍有所欠缺，因而可先从研究视角与教师专业发展方面借鉴国外已有研究，再对上述4个方面进行相应的拓展。

5.1对国外已有研究的参考

5.1.1研究思路的借鉴

就国内化学教师SMK实证研究而言，大部分研究仍集中于教师的SMK内容或结构水平的研究，并得出与国外研究相似的结果。然而，现有研究较少关注SMK与教学实践及SMK提升途径等方面。因此，国内可借鉴国外的研究内容与研究方法，如访谈记录、开放性问卷、概念图等，收集教学实践与化学教师SMK的实证数据，以探讨我国实际情况是否与国外相吻合。

5.1.2研究成果的应用

就我国化学教师专业素质发展而言，国外理科教师SMK的研究成果具有一定的应用价值，这主要体现在SMK的提升途径上。通过教学实践或教学材料提升教师SMK是可行又必要的，可根据不同的培训对象有的放矢地使用不同的培训方式。职前教师拥有较多的时间，可将培训教材或者活动有机地渗入到大学课程中。相比而言，在职教师缺乏时间或精力，难以进行封闭式培训或者连续性培训，因而可将培训材料融入到真实课堂中，并促进教师问的反思与互动，在讨论中纠正和提升SMK。

5.2对国外已有研究的拓展

5.2.1完善SMK的定义内涵

虽然SMK的定义理解基本是在Schwab、Shulman等学者对教师知识建构的基础上发展的，但其仍存在较多争议，因而需要进行更多的研究明确SMK的定义内涵。本文从国外理科教师SMK的定义内涵的发展和核心素养背景下教师专业发展出发，借鉴吴微和黎梦丽提出的概念架构，尝试从化学学科视角对化学SMK内涵组分作出如下定义：（1）化学知识架构——关于化学定义事实、概念原理等知识的结构化和本原性认识;（2）化学观念架构——对知识承载的学科观念的结构化和本原性认识;（3）知识架构与观念架构的联系与整合。

5.2.2明确SMK与PCK的关系

SMK与PCK的关系争议在于两者是从属关系还是并列关系，因此，未来研究者可从定量与本土化情境的角度检验两者的关系以确定PCK的理论模型。此外，在未来的研究中，SMK与PCK发展的先后顺序需要更多的关注，探讨化学教师在教授本专业课程时能否发展出合适的PCK，以检验SMK是否为PCK发展的先决条件。整体而言，目前国内更倾向于将SMK视为PCK的一部分，且SMK的深化可促进PCK的提升。基于当前教育部倡导的学科核心素养，化学教师教育工作者需协助化学教师学习并发展一套与之相适应的PCK，从而促进化学教师SMK转化为能解决学生迷思概念的具有针对性的教学的知识。

5.2.3发展SMK的测查工具

由于SMK的测查工具发展尚未成熟，各工具仍存在一定局限性。与此相比，PCK领域的测查工具已较为丰富和完善，故可适当参考PCK领域的相关方面来完善SMK的测评工具。此外，在数据收集上可通过定性工具对教师的知识思维过程及价值进行深度挖掘，再通过定量工具对测查指标客观化以保证测查结果的真实性。特别地，化学教师SMK研究的最终目标不仅是理解教师的知识，而是改善实际教学，促进学生核心素养的发展，因此SMK的测查工具开发需注重其实用性和情境性。

5.2.4理清SMK与教学实践的关系

首先，教育工作者需明确化学教师SMK的水平高低是由众多影响因素相互作用的结果。如前所述，教学实践会影响到理科（化学）教师SMK的发展，但这不是唯一因素，其中不乏学习背景、地方经济等的影响。因而后续研究可在此基础上继续探讨各影响因素的影响机理，以确认其对SMK的作用关系。其次，考虑到SMK水平会影响教师的教学行为及教学的有效性，因此教师在教学过程中关注其他形式的教师知识的发展的同时，也要重视发展自身的SMK水平。