國際視野下的科學(xué)教育研究

丁林+張紅洋

摘要：從國際視野分析了科學(xué)教育研究的概況，闡述了科學(xué)教育研究的跨學(xué)科特點、科學(xué)教育研究的主要范疇，認為科學(xué)教育研究的主要內(nèi)容包括科學(xué)課程內(nèi)容與課程結(jié)構(gòu)、評價和教育政策研究、教與學(xué)問題研究，并提出了科學(xué)教育研究的初步框架。

關(guān)鍵詞：國際視野；科學(xué)教育；教育研究

文章編號：1005–6629（2014）7–0003–04 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

1 科學(xué)教育研究概況（Status quo of science education）

在科學(xué)教育研究中，教與學(xué)的研究已受到重視。20世紀(jì)80年代主要強調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)，隨后科學(xué)概念和科學(xué)原理等內(nèi)容的學(xué)習(xí)也受到重視。到20世紀(jì)90年代，科學(xué)本質(zhì)成為科學(xué)教育研究的重要領(lǐng)域之一。

過去30年，科學(xué)教育研究表現(xiàn)出兩種不同性質(zhì)的特點：教育性的和實證性的特點（pedagogical and empirical）[1]。教育性的特點表現(xiàn)為，首要關(guān)注實踐的直接改進，如何運用科學(xué)的教學(xué)方法和手段提升科學(xué)教學(xué)的質(zhì)量。實證性研究的特點則是需要突出證據(jù)來說服他人證明你研究的可靠性，這種特點在美國比在歐洲更為強調(diào)。以化學(xué)教學(xué)為例，Jenkins認為，教育性傳統(tǒng)的擁護者是那些在像《化學(xué)教育》和《化學(xué)教育雜志》上發(fā)表文章的中學(xué)化學(xué)教師和大學(xué)教授，這些研究者具有化學(xué)學(xué)科的學(xué)術(shù)性，其中的許多人都會強烈地反對“任何試圖將他們分類為社會科學(xué)家而不是自然科學(xué)家”。然而，有的科學(xué)教育研究者重視設(shè)計新的科學(xué)內(nèi)容順序等教學(xué)實踐問題。但他們對學(xué)生需求、興趣等方面則關(guān)注不夠，容易導(dǎo)致科學(xué)目標(biāo)和教育目標(biāo)失衡?？茖W(xué)目標(biāo)和學(xué)生目標(biāo)這兩種目標(biāo)保持一定平衡，在理解和學(xué)習(xí)科學(xué)時才會取得較好的效果。

科學(xué)教育研究者普遍認為，改進教學(xué)實踐是科學(xué)教育研究的首要目標(biāo)。然而，Millar（2003）認為，Jenkins所說的許多研究太局限于“教學(xué)”，并強調(diào)研究的作用不僅僅是告訴我們“如何進行”，一些最有價值的研究會使人們意識到實際教學(xué)中還未發(fā)現(xiàn)的若干問題[2]?？茖W(xué)教育研究最重要的價值之一就是通過提供各種觀點從而促進人們將注意力引導(dǎo)到重要問題，并對問題進行分類，通過對已有觀點提出質(zhì)疑和討論，以有利于人們在批判中吸取不同觀點。

2 科學(xué)教育的跨學(xué)科特點（Interdisciplinary science education）

跨學(xué)科是科學(xué)教育的重要特點之一，并對科學(xué)教育研究及其發(fā)展產(chǎn)生重要影響。科學(xué)學(xué)科（是指我們通常理解的理科課程，包括物理、化學(xué)、生物和自然地理等）是其核心學(xué)科，科學(xué)本體知識和內(nèi)容所起的作用是非常重要的。然而其他相關(guān)學(xué)科所涉及的內(nèi)容對科學(xué)教育而言也是非常重要的?？茖W(xué)哲學(xué)和科學(xué)史提供了批判性的分析和理解科學(xué)本質(zhì)的思考模式，同時也告知人們科學(xué)是人們理解世界的一種特殊方式。教育學(xué)和心理學(xué)主要關(guān)注某一個科學(xué)內(nèi)容或課題是否值得教，并試圖通過實證研究揭示這些內(nèi)容能否被學(xué)生所理解。其他的相關(guān)學(xué)科在科學(xué)教育中也會產(chǎn)生一定的作用，比如語言學(xué)在分析學(xué)校課堂話語或促使學(xué)生理解和掌握科學(xué)概念方面則會產(chǎn)生重要影響，倫理學(xué)在遇到科學(xué)與道德問題抉擇時則會提供指南?？茖W(xué)教育與其他學(xué)科的關(guān)系如圖1所示。

對科學(xué)教師而言，僅僅掌握和了解科學(xué)知識并不能完全勝任科學(xué)教學(xué)。科學(xué)教師需要較為寬廣的多種能力和知識，才能更好地勝任科學(xué)教育工作。舒爾曼Shulman（1987）強調(diào)教師需要具有廣泛的不同知識和能力[3]。他提出的學(xué)科教學(xué)知識的概念（Pedagogical Content Knowledge，簡稱PCK）已經(jīng)在科學(xué)教育中廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的教師培養(yǎng)都包括學(xué)科內(nèi)容知識和教育學(xué)知識，而聯(lián)系這兩種不同知識之間的學(xué)科教學(xué)知識，即學(xué)科知識所蘊含的有關(guān)教育學(xué)知識則通常容易被忽略了，而教師對學(xué)科教學(xué)知識的掌握程度則是決定一位教師能否成功開展教學(xué)的關(guān)鍵之一。

3 科學(xué)教育研究的主要范疇（Areas of interest in science education research）

科學(xué)教育的研究范疇隨著時間推移而不斷地發(fā)展與變化，通過分析科學(xué)教育研究手冊以了解其研究范疇是快速了解科學(xué)教育研究的重要途徑之一。

20世紀(jì)90年代，由Gabel（1994）編寫的《科學(xué)教學(xué)研究手冊》[4]（Handbook of Research on Science Teaching and Learning）和由Fraser和Tobin（1998）編寫的《世界科學(xué)教育手冊》[5]（International Handbook of Science Education）是最具代表性的兩本手冊。有趣的是，這兩本書中有關(guān)科學(xué)教育的概念都不是很明確的并存在著一定的差異性，其共同認為，科學(xué)教育研究是改進教學(xué)實踐的，其主要研究范疇則包括教學(xué)實踐和行為改進的研究活動，更有效地利用教學(xué)技術(shù)，促進學(xué)生知識的形成，開展更有效的診斷性或總結(jié)性評估。比如如何有效評估學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果以及如何更好實施教師教育則是很長一段時期科學(xué)教育研究的重點，這也是20世紀(jì)對美國影響最大的科學(xué)教育研究領(lǐng)域之一。當(dāng)然，兩本手冊最大的不同則表現(xiàn)為：前者研究主要聚焦于南美洲，而后者則提供了一個更為廣闊的世界性范圍的研究。

由Abell和Lederman于2007年編寫的《科學(xué)教育研究手冊》（Handbook of Research on Science Education）則是21世紀(jì)以來最具影響力的一本科學(xué)教育研究手冊，重點關(guān)注科學(xué)教育研究中的實踐問題，并強調(diào)科學(xué)教育研究旨在改進科學(xué)教育實踐的觀點，包括5大部分，40個章節(jié)[6]。圖2列出了該手冊的章節(jié)內(nèi)容和主要觀點。

美國教學(xué)研究協(xié)會（American Educational Research Association，簡稱AERA）White于2001年出版的《教學(xué)研究手冊》（Handbook of Research on Teaching）的部分內(nèi)容，總結(jié)并評價了過去30年作為一個獨特研究領(lǐng)域的科學(xué)教育研究?？茖W(xué)教育的自我風(fēng)格已經(jīng)形成，其中包括運用認識論觀點開展科學(xué)教育領(lǐng)域內(nèi)的教與學(xué)研究的特點[7]。此種教學(xué)研究的基本特征是，由研究者開發(fā)、設(shè)計和控制各種教學(xué)方法，教師和課程設(shè)計者記錄他們實驗方法的結(jié)果并將它們應(yīng)用于課堂教學(xué)實踐中。其實，這樣研究的大部分結(jié)果是令人失望的。然而，其最大貢獻在于這種研究刺激了教學(xué)變革。研究者意識到為了使他們的研究能夠切實影響教學(xué)實踐，他們則必須考慮教與學(xué)的復(fù)雜性。White（2001）強調(diào)解釋教與學(xué)的復(fù)雜性已成為科學(xué)教學(xué)研究的重要任務(wù)之一。但他也指出，這種解釋作為教育干涉是不全面的，即需要去發(fā)現(xiàn)如何有效地干預(yù)。因此，科學(xué)教學(xué)研究變革的下一個目標(biāo)應(yīng)該是通過更加精細并能體現(xiàn)教學(xué)復(fù)雜性特征的實驗，以促進教學(xué)研究與教學(xué)實踐的回歸。

Fensham（2004）分析了世界范圍內(nèi)75位科學(xué)教育研究者的不同觀點，總結(jié)得出了科學(xué)教育研究的三個方面：（1）科學(xué)教育作為一個研究領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)特性和定位（the structural identity of science education as a research field）。科學(xué)教育之所以被認定為一個獨立的研究領(lǐng)域和學(xué)科，主要體現(xiàn)在它滿足了學(xué)術(shù)認可性、專業(yè)的科學(xué)教育研究刊物、科學(xué)教育專業(yè)協(xié)會以及專業(yè)研究會議。（2）作為獨立研究領(lǐng)域的學(xué)科內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)（the intra-research criteria as person）?？茖W(xué)教育作為專業(yè)的研究領(lǐng)域，其研究內(nèi)容主要包括科學(xué)知識、研究問題的發(fā)現(xiàn)、科學(xué)教育概念和理論發(fā)展、科學(xué)教育的研究方法。（3）研究趨勢（trends in research）?？茖W(xué)教育的研究在不斷地深化和發(fā)展，對其研究進展和未來趨勢的研究決定著該研究領(lǐng)域的前途與價值，并會對科學(xué)教育實踐產(chǎn)生積極的影響作用。

4 科學(xué)教育研究的主要內(nèi)容（Primary content of science education research）

科學(xué)教育所涉及的范圍非常廣泛，但科學(xué)課程、教與學(xué)以及教學(xué)評價是其最核心的研究內(nèi)容。

4.1 科學(xué)課程內(nèi)容與課程結(jié)構(gòu)

科學(xué)課程內(nèi)容應(yīng)該同時滿足科學(xué)本體內(nèi)容與學(xué)習(xí)者教育性所規(guī)定的課程內(nèi)容?？茖W(xué)本體內(nèi)容主要指科學(xué)現(xiàn)象、科學(xué)事實、科學(xué)概念和科學(xué)規(guī)律等，而教育性所規(guī)定的內(nèi)容則需要包括科學(xué)過程，學(xué)生在探究的科學(xué)過程中，才能促進學(xué)生的發(fā)展。當(dāng)然，有關(guān)科學(xué)學(xué)、社會科學(xué)的相關(guān)觀點都是科學(xué)內(nèi)容不能缺少的部分。

4.2 教與學(xué)問題研究

教與學(xué)的研究是科學(xué)教育研究的最主要內(nèi)容之一，大多數(shù)國際科學(xué)教育雜志的研究論文都屬于該范圍。其主要包括：（1）學(xué)生學(xué)習(xí)方面（學(xué)生已有概念、學(xué)習(xí)動機和學(xué)習(xí)信念、概念轉(zhuǎn)變、學(xué)習(xí)態(tài)度、自我概念、性別差異等）；（2）教學(xué)問題（教學(xué)策略、課堂狀況以及教學(xué)語言等）；（3）教師觀念和行為（教師對科學(xué)概念、科學(xué)過程、科學(xué)本質(zhì)的理解；教師對教與學(xué)過程的認識問題、教師的專業(yè)能力水平等）；（4）媒體資源和教學(xué)方法（實驗室設(shè)施、多媒體應(yīng)用、各種媒體相互支撐等）；（5）學(xué)習(xí)結(jié)果評價（掌握學(xué)生獲得科學(xué)知識、科學(xué)方法和多樣性發(fā)展的相關(guān)證據(jù)和評價方法）。

科學(xué)教育研究應(yīng)促進教學(xué)質(zhì)量的提升，課程內(nèi)容問題要與教學(xué)問題緊密聯(lián)系。教學(xué)改革要基于研究而開展，改進教學(xué)則必須將發(fā)展和研究緊密地聯(lián)系在一起。

4.3 評價和教育政策研究

教育政策和評價研究考慮到科學(xué)教學(xué)的教育系統(tǒng)的特征，考慮到教學(xué)實施效果及其外界的關(guān)系，評價的結(jié)果會影響到教育政策的制定和實施。國際上最具影響力的評價項目是TIMSS（Trends in International Mathematics and Science Study）和PISA（Program of International Student Assessment）。TIMSS是由國際教育成就評價協(xié)會（The International Association for the Evaluation of Educational Achievement，簡稱IEA）發(fā)起和組織的，該項研究是目前國際上學(xué)生學(xué)習(xí)成就研究中規(guī)模最大的評價工具，TIMSS的科學(xué)成績測試可以作為衡量各國科學(xué)教學(xué)水平的一個指標(biāo)，有助于尋找不同國家在科學(xué)教學(xué)上的差距，借鑒他國經(jīng)驗以促進和提高科學(xué)教學(xué)質(zhì)量。PISA是國際經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（Organization for Economic Cooperation and Development，簡稱OECD）的成員國共同開發(fā)的教育評測項目，測試十五歲學(xué)生是否掌握了參與未來知識社會所必需的基礎(chǔ)知識和基本技能，從而建立一套學(xué)生評價方面的教育指標(biāo)，為各國制定教育政策提供參考，使他們能夠用這套指標(biāo)來審視、評估和檢查其國家以及學(xué)校教育的整體成效。

這些評價一方面提供了從科學(xué)教育研究的觀點解釋科學(xué)教育的相關(guān)數(shù)據(jù)和證據(jù)。另一方面，這些研究也揭示出不同國家科學(xué)教育中所存在的問題，從而有助于世界范圍內(nèi)不同國家改進科學(xué)教育的質(zhì)量。

5 結(jié)論

為了實現(xiàn)科學(xué)教育質(zhì)量的提升，為了改進科學(xué)教育實踐目標(biāo)，基于上述討論，特提出科學(xué)教育研究的初步框架，并將其總結(jié)為如下三個方面：

（1）科學(xué)教育具有跨學(xué)科特點，科學(xué)教育者需要具有包括科學(xué)內(nèi)容和其他相關(guān)學(xué)科的多種知識和能力。

（2）科學(xué)教育目標(biāo)是為改進教與學(xué)的各種實踐，科學(xué)教育研究在重視問卷調(diào)查研究的同時，也應(yīng)重視對典型的教與學(xué)問題進行描述性特征的質(zhì)性研究。

（3）科學(xué)教育研究和發(fā)展應(yīng)緊密聯(lián)系科學(xué)學(xué)科的代表性和具有影響力的問題，并深入到復(fù)雜的課堂教學(xué)情境，將內(nèi)容問題和學(xué)生問題平衡起來。然而，需要注意的是，教師能力的改進和教學(xué)質(zhì)量是由許多方面相互作用而產(chǎn)生的，不能進行簡單的歸因分析。

作者簡介：丁林，2000年畢業(yè)于上海市復(fù)旦大學(xué)（碩士研究生）。2007年獲美國北卡羅來納州立大學(xué)博士學(xué)位。2010年10月至今擔(dān)任美國俄亥俄州立大學(xué)哥倫布分校教育學(xué)院助理教授?，F(xiàn)為科學(xué)研究學(xué)會Sigma Xi正式成員、美國國家科學(xué)教學(xué)研究協(xié)會成員。主要研究領(lǐng)域為：學(xué)生在學(xué)習(xí)中的概念理解和問題解決、科學(xué)教學(xué)的考核和評價等。

參考文獻：

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