新高考背景下生物师范生学科知识学习现状的调查研究

李晓波，宋 嫚，阳兴亚，侯垚瑶，刘 静，陈 亮，董昌金，张润锋，陈新鹏

(1.阳新县经济开发区五一学校，湖北 黄石 434002；2.湖北师范大学 生命科学学院，湖北 黄石 435002)

1 研究背景与意义

高考是我国人才选拔的一种重要方式，自恢复后我国一直在进行不断改革和探索。为了全面提高学生的综合素质，2014年9月4日，国务院发布《关于深化考试招生制度改革的实施意见》，拉开了我国新一轮高考改革(新高考)的序幕[1]。新高考选考方案的实施使学生可以自由选课，激发其对未知知识领域的探究热情，同时促使教师不断完善自身专业知识结构，提高教育教学能力。当前教师知识结构存在三个问题：学科知识结构不完善，学科交叉知识缺乏，不熟悉教学方面的知识[2]。教师的学科知识是教师专业素养的基础组成部分。弄清教师学科知识结构的现状，对推动新高考改革具有重要的现实意义。

学科知识并不等同于专业知识，学科知识来源于教师知识。国内外的研究将教师知识分为：1)课程知识；2)学科知识；3)教学知识；4)关于教学环境的知识；5)自身的知识[3]。在这五类知识中，学科知识与教学知识处于中心地位，占据着十分重要的地位。最早对学科知识进行讨论的是教育家杜威，他指出“教师关注的学科知识是如何能够帮助他们来理解儿童的需求和行为，并帮助他们决定将以何种方式给予学生恰当的指导”[4]。学科知识同时也可以称本体性知识，是教师所具备的某一特定学科的知识，是其进行教学活动的基础。但是本体性知识并不是指在这某一特定学科中的所有知识。美国斯坦福大学教授Shulman在教师知识分类中指出，学科知识指的是在特定学科中概念、原则和技能等这些知识在教师头脑中的数量和结构，而教学知识指的是关于课堂管理和组织的一般原理和策略，它已经超越教师所教的具体学科[5]。学科知识是教师专业素养中最基本的组成部分，也是其核心环节。具备扎实的学科知识是成为一名优秀教师的前提。本研究所述生物学科知识是指生物教师在进行教学活动中应具备的生物知识，具体包括关于生物学科的基本概念与原理、相关理论及实验方法等方面的知识[6]。随着《普通高中生物课程实验标准(实验)》的颁布，生物学的课程内容较以往也发生了较为明显的变化。通过阅读文献发现，高中生物教师及生物师范生在新高考背景下应掌握的本体性知识包括：1)基本、概念原理知识；2)与生产生活联系的知识；3)科学探究史知识；4)生物发展前沿知识；5)生物实验相关知识；6)生物科学方法知识；7)生物技术知识[7]。在这些知识中，基本原理和概念知识、生物实验知识和方法知识是最重要的知识。

新高考不仅要求教师注重夯实学生的知识基础，还应当从学生未来发展的角度出发，培养学生的生物思维能力以及探究能力[8]。因此，教师的自身素质对学生的未来发展和推动新高考来说十分重要。生物师范生是高中生物教师的预备力量，其学科知识主要来自于在校期间接受的系统性学习。生物师范生只有掌握扎实的学科知识，走上讲台后才能有效地提高生物教学的效率和质量，为推动新高考改革贡献自己的一份力量[9]。本研究以湖北师范大学的生物科学专业师范生为对象，参照《普通高中生物课程标准(实验)》，根据生物学科知识分类，选取部分章节知识来设计问卷,调查生物师范生专业知识的学习现状，分析比较生物师范生目前所掌握的学科知识能否满足高中生物教师知识需求，了解师范院校的人才培养质量的现状，进而推动教学改革和人才培养方案修订，提高师范生培养的质量。

2 研究方法

2.1 调查方法

1)文献调研法。通过查阅文献和调查生命学院的人才培养改革方案资料，深入了解生物学科知识的概念、新高考改革的内涵和生物师范生的专业课程设置。目前学院开设的专业课程主要包括植物学、动物学、生物化学、微生物学、细胞生物学、遗传学、植物生理学、人体解剖生理学、生态学和分子生物学并对应有相关的必修课程实验。通过与高中生物教材对比分析，明确专业课程的具体章节与高中生物教材的联系。

2)问卷调查法。通过文献分析，明确新高考背景下课标对生物教师学科知识有七类：生物基础知识、生活化知识、科学史知识、前沿知识、实验知识、科学方法知识和生物技术知识共七大类。结合师范生所学专业知识设计问卷，重点关注基础知识、实验知识和方法知识。通过问卷星线上形式向湖北师范大学生物科学专业师范生发放问卷，发放问卷300份，有效回收271份。调查问卷共23个问题，包括单项选择题与多项选择题。其中大一学生人数80人，占比33.67%，大二学生人数75人，占比27.67%，大三学生人数共55人，占比18.33%，大四学生人数61人，占比20.33%.

2.2 数据统计分析和作图方法

在问卷星上导出Excel格式的文件数据，对不符合要求的问卷进行剔除，每个小题赋值1分，答对计1分，错误计0分。运用SPSS软件对问卷数据进行分析，同时通过对比分析，得到不同年级的生物师范生学科知识学习的差异情况，最后根据数据利用Excel(Microsoft 2016版)作图。

3 调查结果与分析

3.1 生物师范生学科知识的总体学习情况

如表1所示，生物师范生的各类知识正确率差异大，说明他们对这些知识的掌握程度有明显区别。其中生物基础知识、生物生活化知识、生物科学史知识与生物科学知识方法答题正确率在60.00%以上，而生物前沿知识、生物实验知识与生物技术方法的答题正确率为49.35%、59%和25%.这表明在生物师范生的学科知识中，生物基础知识、生物生活化知识、生物科学史知识和生物科学知识达到了培养目标，而在生物前沿知识、生物实验知识和生物技术知识方面还存在明显的不足。这些知识学习的差异不仅与学习者的个体学习能力差异有关，也与教学质量以及知识本身的难易程度密切相关。

表1 生物学科知识答题情况(N=271)

3.2 不同年级师范生专业知识学习情况

根据表2所示，四个年级学生在生物基础知识、生活化知识、科学史知识、前沿知识、实验知识、生物科学知识方法和生物技术知识这些本体性知识的正确率具有明显的差异，每个年级的学科知识都在逐渐提高，说明学校期间的课程学习有助于提高生物师范生学科知识，大四学生的学科知识平均得分最高。生物师范生在一年级和二年级主要以学习专业基础知识为主，储备基础知识。而在三年级开始学习细胞和分子等核心专业课程，在下学期基本完成了大学阶段的所有专业课，因此得分情况要略高于前两者。同时及时的知识巩固与复习以及参加的实习活动有利于提高其学科知识，这是大四学生基础知识得分稍高于大三师范生的一个重要原因。

表2 不同年级生物师范生学科知识学习情况

3.3 生物师范生学科知识的掌握情况与高中教师知识需求分析

3.3.1 生物基础知识 生物基础知识是生物学科中常见的、容易记忆的一类知识。高中生物基础知识与大学专业课教材密切相关，相应的知识点在大学教材如细胞生物学、生物化学和遗传学中进行了深入介绍和扩展。为了弄清生物师范生的基础知识，在问卷中我们设计了与高中生物教学密切相关的基础知识点，包括最小的原核细胞、蛋白质的结构、种子的发育、种群、遗传信息的传递、细胞壁和胞饮作用。其中，第1题和第2题考查的原核细胞和蛋白质结构的相关知识，分别是高中生物必修一《分子与细胞》第一章和第二章学生学习的的重点内容，也都是高考的考点；第4题所考察的中心法则，是必修二《遗传与进化》的核心概念，第5题考查的群落与环境的关系，是必修三《稳态与环境》第四章的重要概念，它们都属于高考的核心考点；而3、6、7三题涉及的虽不是高考直接考察的内容，却是教师在备课的过程中拓展教材深度和广度时必须了解的知识。利用交叉分析法研究不同年级学生对生物基础知识掌握的情况，发现不同年级学生的部分答案呈现显著差异(P<0.05)。结果表明，生物师范生的基础知识点正确率达到60%以上。高年级学生(大三和大四)基础知识的正确率高于低年级学生。高中生物必修教材《分子与细胞》和《遗传与进化》分别以细胞和遗传物质为主线展开基础知识概念的介绍，高中教师开展课堂教学前需要扎实掌握与细胞和遗传物质相关的基础知识。但是有部分基础知识正确率低于60%，没有到达期望值，这可能与考察的知识点难易程度有一定的关系。因此，生物师范生的基础知识与高中生物老师的基础知识需求存在差距。

3.3.2 生活化知识 生活化知识是指与生活密切相关的知识。新课程标准提出，要求学生掌握与生活化知识相关的核心概念，具备解决现实生活问题的能力。通过高中必修教材和大学生物教材对比发现，特别是植物学、动物生理学、细胞生物学、遗传学等专业教材增加了与现实生活联系密切的生物知识。本次问卷选取人血液的pH、食物链、条件反射、植物蒸腾作用等与生活密切相关的知识，均为高中必修课本中要求学生掌握的知识点，也是生物师范生已经深入学习过的，在理论教学和实验教学都有涉及。问卷调查结果表明学生对生活化知识点正确率高，8、9、10题的正确率达到70%以上。从结果来看，生物师范生这部分知识的掌握情况基本达到了培养的目标。

3.3.3 生物科学史知识 生物科学史不仅有助于提高学生对知识的理解,还让学生了解到知识的来源,深刻理解知识的目的和作用,同时巩固学科知识和激发学生学习兴趣。大学教材中介绍了在很多领域作出重大贡献的科学家，如《细胞生物学》中介绍了细胞的发现、显微镜的诞生以及细胞学说的建立过程，《分子生物学》中讲述了验证DNA作为遗传物质的证据以及DNA双螺旋的建立过程，《遗传学》中介绍了孟德尔发现遗传学定律的历史。高中生物教师讲授科学史时不仅要了解知识，更重要的是把每个科学史蕴含的生物方法和科学精神传递给学生，这对生物师范生提出了较高的要求。关于细胞发现史的知识点的正确率，大一至大四依次为41.6%、56.6%、60.9%、70.5%，有关显微镜诞生的知识，正确率为79.2%、80.1%、83%、86.9%.从学生答题的正确率来分析，各个年级对科学史的不同知识点掌握情况不一样，但大四学生答题正确率均相对较高；总体上显微镜的诞生知识点正确率明显高于细胞的发现部分，这可能与我们的实验课程经常使用显微镜有关。虽然生物师范生的生物科学史知识部分学习情况总体较好，但是还有部分科学史知识仍需要加强学习。

3.3.4 生物前沿知识 新课标要求学生了解目前的科研成果以及未来研究的发展趋势，这对教师和学生都提出了很高的要求。该部分内容要求学生不仅掌握教材的基础知识，还更要求学生进行课外拓展学习，同时也要求高中生物教师将有趣的科学前沿进展融入课堂内容,加强互动式教学,这对于激发学生学习兴趣和扩展知识具有重要的意义。大学教材《细胞生物学》《分子生物学》《基因组学》《免疫学》和《生物信息学》中介绍了很多前沿知识。我们通过选取青蒿素和限制酶来考察学生的生物前沿知识掌握情况。关于限制酶的题目，大一至大四正确率依次为50.5%、53%、54.5%、55.7%，均未合格。通过与高中教师的知识需求比较发现，生物前沿知识虽在理论课和分子生物学实验中有介绍，但仍存在明显不足。这可能与师范生平时过多关注考试相关的考点，忽视了这部分知识的学习有关，也和学生接触前沿知识机会不多有关。

3.3.5 生物实验知识 高中的实验教学开展不仅需要生物教师介绍课本知识，还要求教师具备很强的动手操作能力来演示实验过程，培养学生的学习兴趣。目前学院开设了与专业理论课程相对应的实验课程，如生物化学实验、遗传学实验、动物学实验、细胞生物学实验，免疫学实验等。高中生物课本(包括必修一、必修二和选修三)上包含了19个实验，涉及糖类、脂质、蛋白质和DNA.通过分析课程内容可知，大学开设的实验课程已经完全覆盖了高中课程实验知识。本研究选取了需要通过实验才能观察得到的知识：细胞分裂中期染色体的观察、培养基的营养成分、叶绿素成分。关于中期染色体的观察正确率为61.3%(大一)、66.3%(大二)、72.7%(大三)、85.2%(大四)。关于培养基营养成分的正确率为31.3(大一)、33.7%(大二)、36.4%(大三)、44.6%(大四)。叶绿素成分的正确率为39.6%(大一)、41%(大二)、50.9%(大三)、54.3%(大四)。结果表明，学生对各个实验的掌握情况波动性大，其中染色体观察实验正确率最高，且已经完成所有实验课程的大四学生正确率明显更高。可见大学实验课程教学有一定的成效，但一些实验课在增加实验知识积累方面并未达到预期效果。

3.3.6 生物科学方法知识 生物科学方法是认识生命本质的手段和途径，包括思维方法和学科方法，本论文中提到的方法指学科方法。具备良好的生物科学方法知识才能正确地开展课堂教学。这部分知识在师范生实验课程中有所体现，例如《细胞生物学实验》中不同细胞器的分离、《植物学实验》中提取植物色素和《遗传学》中探讨基因在染色体的位置等。对这些生命现象认识都需要高中生物教师具备正确的生物科学方法知识。本研究在问卷中设计了差速离心法、重捕法、推理法的科学方法知识。结果表明不同的生物方法正确率基本达到60%以上，说明学生对生物科学方法理解达到了培养目标要求。生物师范专业的实验课程是生物科学专业(师范类)的特色，这个结果也说明丰富多彩的实验课程有利于师范生熟悉良好的科学方法知识。

3.3.7 生物技术知识 高中生物选修教材与必修教材相比，涉及到生物技术相关知识明显增多。例如植物组织培养技术，植物精油提取技术和基因工程技术等。各个年级关于植物组织培养的正确率依次为24.8%(大一)、30.3%(大二)、32.7%(大三)、41%(大四)，而植物精油提取技术的正确率为11.9%、27.7%、27.3%、29.7%.从问卷的调查结果可以看出，各个年级对生物技术的知识正确率明显偏低，说明学生并没有完全掌握课程大纲要求的实验技术。这可能因为师范生动手操作机会少，课程实验参与度低，没有认真准备相关的知识。

4 结论与建议

4.1 结论

本项目以湖北师范大学生物科学专业师范生为对象展开调查，由上述分析可知，生物师范生在七类本体性知识的答题情况不一样，师范生在生物基础知识、生活化知识、生物方法知识、科学史知识得分情况较为良好，说明基本能满足高中生物教师需要，而生物的前沿知识、生物技术知识、生物实验知识得分并不理想，不能满足高中教师的知识需求。笔者认为，生物师范生的专业知识学习状况与学院制定的人才培养方案、课程设置、教师的教学质量和学生自身的努力等诸多因素都密切相关。

4.2 建议

在我国，教师教育仍是教师培养的主要渠道，是未来教师成长的重要场所。师范生在校期间专业课程学习紧密关系到未来生物教师的专业化水平。师范生专业知识的掌握情况和专业素养也与从教后的教学质量密切相关。因此针对生物师范生专业知识的学习提出以下几点建议：

4.2.1 创新个性化培养机制，增强实践育人能力 目前师范院校开设的专业课包括理论课和实验课，能全面涵盖高中教材的知识点。在稳定和加强基础型实验前提下，增加综合设计型和研究创新型实验，实现“基础+综合+创新实验一体化”；同时教学与中学学科教学及研究相结合、与学生的科技创新及科技教育实践兴趣相结合，构建“3×2”实验教学体系，提升学生实践能力和创新精神。大力倡导本科生进实验室培训和参与院校两级的科研立项，建立本科生导师制，培养学生的科学研究能力。

4.2.2 优化师资队伍结构，加强专业教学团队建设 高校教师是最先掌握学科研究热点和了解发展方向，高素质的师资队伍是培养学生的关键。坚持把生物前沿进展知识融入课堂，将生物与科学、技术、社会联系起来。通过内培外引，一方面选派优秀骨干教师出国进修或攻读学位，另一方面引进高层次人才，培养领军人才和学术带头人，聘请基础教育的教学名师作为客座教授，拓展校外优秀教师资源。坚持教学名师、学术带头人领衔教学团队，形成了师范生科技创新实践教育、生物学综合性探究实验教学实践等教学团队。