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(diǎn)、科學(xué)教育研究的主要范疇，認(rèn)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(píng)價(jià)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(hào)：1005–6629（2014）7–0003–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(qiáng)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(diǎn)：教育性的和實(shí)證性的特點(diǎn)（pedagogical and empirical）[1]。教育性的特點(diǎn)表現(xiàn)為，首要關(guān)注實(shí)踐的直接改進(jìn)，如何運(yùn)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(shí)證性研究的特點(diǎn)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(diǎn)在美國比在歐洲更為強(qiáng)調(diào)。以化學(xué)教學(xué)為例，Jenkins認(rèn)為，教育性傳統(tǒng)的擁護(hù)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(huì)強(qiáng)烈地反對“任何試圖將他們分類為社會(huì)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(jì)新的科學(xué)內(nèi)容順序等教學(xué)實(shí)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。科學(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(shí)才會(huì)取得較好的效果。

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

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

跨學(xué)科是科學(xué)教育的重要特點(diǎn)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(shí)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。科學(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(shí)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(gè)科學(xué)內(nèi)容或課題是否值得教，并試圖通過實(shí)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(huì)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(huì)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(shí)則會(huì)提供指南。科學(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(shí)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(shí)，才能更好地勝任科學(xué)教育工作。舒爾曼Shulman（1987）強(qiáng)調(diào)教師需要具有廣泛的不同知識(shí)和能力[3]。他提出的學(xué)科教學(xué)知識(shí)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(shí)和教育學(xué)知識(shí)，而聯(lián)系這兩種不同知識(shí)之間的學(xué)科教學(xué)知識(shí)，即學(xué)科知識(shí)所蘊(yùn)含的有關(guān)教育學(xué)知識(shí)則通常容易被忽略了，而教師對學(xué)科教學(xué)知識(shí)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(shí)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(rèn)為，科學(xué)教育研究是改進(jìn)教學(xué)實(shí)踐的，其主要研究范疇則包括教學(xué)實(shí)踐和行為改進(jìn)的研究活動(dòng)，更有效地利用教學(xué)技術(shù)，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的形成，開展更有效的診斷性或總結(jié)性評(píng)估。比如如何有效評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果以及如何更好實(shí)施教師教育則是很長一段時(shí)期科學(xué)教育研究的重點(diǎn)，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(gè)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(diǎn)關(guān)注科學(xué)教育研究中的實(shí)踐問題，并強(qiáng)調(diào)科學(xué)教育研究旨在改進(jìn)科學(xué)教育實(shí)踐的觀點(diǎn)，包括5大部分，40個(gè)章節(jié)[6]。圖2列出了該手冊的章節(jié)內(nèi)容和主要觀點(diǎn)。

美國教學(xué)研究協(xié)會(huì)（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(píng)價(jià)了過去30年作為一個(gè)獨(dú)特研究領(lǐng)域的科學(xué)教育研究。科學(xué)教育的自我風(fēng)格已經(jīng)形成，其中包括運(yùn)用認(rèn)識(shí)論觀點(diǎn)開展科學(xué)教育領(lǐng)域內(nèi)的教與學(xué)研究的特點(diǎn)[7]。此種教學(xué)研究的基本特征是，由研究者開發(fā)、設(shè)計(jì)和控制各種教學(xué)方法，教師和課程設(shè)計(jì)者記錄他們實(shí)驗(yàn)方法的結(jié)果并將它們應(yīng)用于課堂教學(xué)實(shí)踐中。其實(shí)，這樣研究的大部分結(jié)果是令人失望的。然而，其最大貢獻(xiàn)在于這種研究刺激了教學(xué)變革。研究者意識(shí)到為了使他們的研究能夠切實(shí)影響教學(xué)實(shí)踐，他們則必須考慮教與學(xué)的復(fù)雜性。White（2001）強(qiáng)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(gè)目標(biāo)應(yīng)該是通過更加精細(xì)并能體現(xiàn)教學(xué)復(fù)雜性特征的實(shí)驗(yàn)，以促進(jìn)教學(xué)研究與教學(xué)實(shí)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(diǎn)，總結(jié)得出了科學(xué)教育研究的三個(gè)方面：（1）科學(xué)教育作為一個(gè)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(rèn)定為一個(gè)獨(dú)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(rèn)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(huì)以及專業(yè)研究會(huì)議。（2）作為獨(dú)立研究領(lǐng)域的學(xué)科內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)（the intra-research criteria as person）。科學(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(shí)、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）。科學(xué)教育的研究在不斷地深化和發(fā)展，對其研究進(jìn)展和未來趨勢的研究決定著該研究領(lǐng)域的前途與價(jià)值，并會(huì)對科學(xué)教育實(shí)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(píng)價(jià)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(shí)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。科學(xué)本體內(nèi)容主要指科學(xué)現(xiàn)象、科學(xué)事實(shí)、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(jìn)學(xué)生的發(fā)展。當(dāng)然，有關(guān)科學(xué)學(xué)、社會(huì)科學(xué)的相關(guān)觀點(diǎn)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(dòng)機(jī)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(rèn)識(shí)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(shí)驗(yàn)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(píng)價(jià)（掌握學(xué)生獲得科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法和多樣性發(fā)展的相關(guān)證據(jù)和評(píng)價(jià)方法）。

科學(xué)教育研究應(yīng)促進(jìn)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(jìn)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(píng)價(jià)和教育政策研究

教育政策和評(píng)價(jià)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(shí)施效果及其外界的關(guān)系，評(píng)價(jià)的結(jié)果會(huì)影響到教育政策的制定和實(shí)施。國際上最具影響力的評(píng)價(jià)項(xiàng)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(píng)價(jià)協(xié)會(huì)（The International Association for the Evaluation of Educational Achievement，簡稱IEA）發(fā)起和組織的，該項(xiàng)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(píng)價(jià)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(gè)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(yàn)以促進(jìn)和提高科學(xué)教學(xué)質(zhì)量。PISA是國際經(jīng)濟(jì)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(píng)測項(xiàng)目，測試十五歲學(xué)生是否掌握了參與未來知識(shí)社會(huì)所必需的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，從而建立一套學(xué)生評(píng)價(jià)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(píng)估和檢查其國家以及學(xué)校教育的整體成效。

這些評(píng)價(jià)一方面提供了從科學(xué)教育研究的觀點(diǎn)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(jìn)科學(xué)教育的質(zhì)量。

5 結(jié)論

為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育質(zhì)量的提升，為了改進(jìn)科學(xué)教育實(shí)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(gè)方面：

（1）科學(xué)教育具有跨學(xué)科特點(diǎn)，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(shí)和能力。

（2）科學(xué)教育目標(biāo)是為改進(jìn)教與學(xué)的各種實(shí)踐，科學(xué)教育研究在重視問卷調(diào)查研究的同時(shí)，也應(yīng)重視對典型的教與學(xué)問題進(jìn)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(jìn)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(jìn)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。現(xiàn)為科學(xué)研究學(xué)會(huì)Sigma Xi正式成員、美國國家科學(xué)教學(xué)研究協(xié)會(huì)成員。主要研究領(lǐng)域?yàn)椋簩W(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(píng)價(jià)等。

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