生物學教師概念教學知識要素的研究

李明玉 劉恩山

(1 首都師范大學教師教育學院 北京 100048； 2 北京師范大學生命科學學院 北京 100875)

美國《科學素養的基準》提出“2061”計劃，旨在提高人們在科學、數學和技術方面的素養，以幫助人們生趣盎然地、負責任地和富有成效地生活。2016年9月13日，《中國學生發展核心素養》研究成果在北京發布，核心素養以培養“全面發展的人”為核心，將科學精神素養作為六大素養之一，進行重點強調。

而科學內容知識(scientific content knowledge)作為課堂教學中的重要組成部分，在提升學生科學素養中一直發揮著重要作用[1]。《義務教育生物學課程標準(2011 年版)》在實施建議中明確提出：“關注重要概念的學習”，認為生物學重要概念處于學科中心位置，包括了對生命基本現象、規律、理論等的理解和解釋，對學生學習生物學及相關科學具有重要的支撐作用。《普通高中生物學課程標準(2017年版)》進一步強調概念作為生物學科結構的主干部分，重視學生生物學大概念建構與獲得。可見，概念教學已成為生物學教學的核心內容。

概念教學研究在國外起步較早，2011年版初中課標頒布以來，在國內引發廣泛關注，研究多集中于學生錯誤概念的挖掘、概念轉變策略的綜述、圍繞具體核心概念的教學以及概念篩選與進階等。而有關教師概念教學知識方面的研究，還是一個十分薄弱、有待發展的領域。

鑒于此，本文以我國某二線城市初中生物學教師為例，擬討論以下四個問題： ①理論上，哪些知識應該是初中生物學教師概念教學必備的知識要素；②統計學意義上，這些知識是否可以稱為初中生物學教師進行概念教學必需的知識要素；③這些知識要素之間可能的邏輯關系如何？④這一研究結論對教師專業發展有何啟示，及有哪些待進一步解決的問題。

1 教師概念教學知識要素圈定

國內外對于教師知識的研究，可以追溯到20世紀80年代。但由于多種原因，學界仍未對“教師知識”的概念達成共識。主要分為兩個學術陣營： 學科取向的“內容知識”和實踐取向的“默會知識”。

而在內容知識研究中，學者對于教學內容知識(pedagogical content knowledge, PCK)歸入范圍的劃分有所不同，由此進一步演化為兩個學術派別分支： 一個是以舒爾曼(Shulman)[2]和鮑爾(Ball)[3]觀點為代表，強調將PCK歸入教師內容知識(content knowledge, CK)的靜態知識要素；另一個則是以舒爾曼1987年及后續學者的觀點為代表，強調獨立于CK的動態性PCK。

筆者以教師教學必備知識為出發點，依據鮑爾等人對教師CK要素的劃分，從概念教學角度討論教師的內容知識，對教師的概念教學知識進行了劃分和界定： 以一般性概念知識、特殊性概念知識、關于學生和概念的知識、關于概念和教學法的知識，分別來標識教師的科學概念一般掌握度、科學概念職業化掌握度、錯誤概念探查方法以及轉變策略駕馭的成熟度[4]。

1.1 一般性概念知識 它是教師對于科學概念掌握程度的反映。有研究表明，學生錯誤概念的一個重要來源是教師的錯誤概念。所以，這一知識要素是促進學生概念學習的前提和基礎。它屬于Ball所說的一般內容知識(common content knowledge)范疇，為了研究方便，在此將其命名為(common concept knowledge, CCK)。

1.2 特殊概念知識 它是教師對于前概念與科學概念之間本質差別的一種詮釋，是教師職業所特有的知識，區別于一般概念知識，是教師洞察學生錯誤概念的依據。同時包括教師對前概念定義、特性及作用等方面的理解，在某種程度上教師對于前概念本質的理解，潛在地影響著教師的教學取向，它決定著教師是否會對前概念在學生學習中的阻礙作用加以重視，涉及學生的學習成效，同時也涉及教師對自身科學概念理解水平的元認知，影響著教師的專業發展。

它屬于Ball所說的特殊內容知識(special content knowledge)范疇，在此將其命名為(special concept knowledge, SCK)。

1.3 關于學生和概念的知識 它是教師關于學生前概念水平的知識。例如，某一主題內容對不同背景、年級學生的已有知識基礎和認知水平而言，它的難易程度如何，學生一般會在哪個科學概念的理解上產生前概念，產生什么樣的前概念，用什么方法能夠探查到學生的前概念。

它屬于Ball所說的內容和學生知識(knowledge of content and student)的范疇，在此將其命名為(knowledge of concept and student, KCS)。

1.4 關于學生和教學法的知識 它是教師關于轉變學生前概念策略的知識，指在特定情境下，教師對概念轉變策略的掌握、運用情況。它屬于Ball所說的內容和教學法知識(knowledge of content and teaching)范疇，在此將其命名為(knowledge of concept and teaching, KCT)[3]。

基于前人的主要觀點和學術立場，筆者將這四個要素回歸到教師的學科內容知識中去，以便表達這四個要素與教師CK和PCK之間的關系(圖1)。

圖1 概念教學知識各個要素與PCK關系圖注： PK——教學法知識，TK——技術知識

基于以上對四個要素的劃分和內容的圈定，本研究推測，這些知識要素之間是一種層層遞進的邏輯關系(圖2)： 首先，教師本身要擁有一個較高的科學概念理解水平；然后，才能發現學生前概念的本質，推斷可能產生前概念的原因，并且他們還應持有一種建構主義的教學觀，能夠充分地認識到前科學概念在科學概念形成中的嚴重的負面作用；進而，他們才會產生去了解學生已有想法的動機，試著去學習或運用相關的前概念診斷方法來確定和深入了解學生的前概念，這樣他們才可能在關注的基礎上獲取、收集到一些學生前科學概念的信息；最后，他們才會去思考如何將這些信息利用到實際的教學中去，才產生對相應的概念進行轉變的策略、教學方法的學習和運用熱情；最終才有

圖2 概念教學知識各要素關系圖

可能幫助學生逐漸轉變前概念中錯誤的理解。

2 初中生物學教師概念教學知識測查工具的編制

在閱讀大量相關文獻的基礎上，結合Treagust[5]編制的光合作用和呼吸作用主題相關的二階測試題目，又增設了除了CCK對應題目之外的、與其他三個概念教學知識要素相對應的題目，對初中生物學教師概念教學知識水平進行探查。

2.1 測查問卷的效度檢驗 采用專家評審的“量化分析方法”來進行效度檢驗,編制效度檢驗的調查問卷，將測查問卷的各道試題與其預期測查的教師概念教學知識一一對應，然后對測查的每一題目按照與其預期測查的概念教學知識之間的相關程度,用四點量表進行判斷。“1”表示完全無關；“2”表示有點相關；“3”表示相關密切；“4”表示完全相關。其中前兩項為弱相關，后兩項為強相關。請兩位評價者各自獨立完成工作后，形成表1： 在25道題目中，2位專家給出的強相關評價為24道，弱相關1道。

表1 教師版問卷內容效度表

由此得出內容效度系數=24/(0+0+1+24)=0.96。根據一般知識測查問卷的效度檢驗要求，效度系數在0.70以上屬于可接受范圍。由檢測可見，測查問卷的試題均能考查教師的概念教學知識。

2.2 測查問卷的信度檢驗 因為該問卷中包含了多種題型，其記分方式并非單一的非對即錯，而是屬于多重記分。例如，問卷中的第一、第三大部分采用的記分方式就從0到3之間的一系列值。因此，對于此問卷信度的檢測，采用了克朗伯奇(Cronbach)α系數來計算信度，得到的值為0.843。通過以上對教師問卷效度、信度的檢驗，可以確定教師版問卷是比較有效和穩定的。

學生版問卷則是Treagust英文直譯問卷，經由至少6名專家、4名一線教師意見反饋、數次修正，對教師所教學生學習成效進行測查。

3 教師概念教學知識的實然統計學檢驗

學生的學習成效是評價教師教學水平的一個重要標準，在此利用SPSS軟件對教師概念教學知識的四個要素(CCK、 SCK、 KCS、 KCT)與學生學習成效之間的關系進行了統計分析，以此來進一步確定，是否如我們之前推測的那樣，這四個知識要素是初中生物學教師概念教學知識中的必需要素。

3.1 初中生物學教師概念教學知識四個要素與學生學習成效相關性分析結果 首先利用了開發的教師概念教學知識測查問卷對初中生物學教師的概念教學知識進行探查，然后采用SPSS軟件進行統計分析，分別對教師概念教學知識四個要素得分和所教學生學習成效之間的相關性進行分析。結果表明，一至四要素(CCK、 SCK、 KCS、 KCT)與學生的學習成效的顯著度水平呈現出高度的正相關(sig1=0.00, sig2=0.00, sig3=0.00, sig4=0.05)，且教師問卷四要素總分(CK)與學生學習成效的顯著度水平也呈現出高度的正相關(sig=0.00)，按常理可以推知教師知識對于學生學習成效的影響，一定要高過學生成效對于教師知識水平的影響；而且，從學生問卷調研結果可以看出學生錯誤概念的前三個來源分別為： 自己的推理和判斷、初中生物學教師、初中生物學教材，自己的推理和判斷只能說明學生對相關科學概念的了解水平較低而導致回答錯誤，而后兩者才能夠真正體現出學生對科學概念產生錯誤理解的來源。

由此可見，教師的概念教學知識的這四個要素對學生的學習成效影響較大，在教師概念教學中發揮著關鍵作用。量化的結果，從很大程度上支持了我們最初的對概念教學知識要素應然的劃分的假設，即初中生物學教師概念教學知識中必需CCK、 SCK、 KCS、 KCT這四個要素。

3.2 初中生物學教師概念教學知識四個要素之間相關性分析結果 我們對教師概念教學知識一至四要素(CCK、 SCK、 KCS、 KCT)的兩兩要素之間的相關性進行SPSS統計分析。結果發現，兩兩要素之間存在著顯著正相關關系(均為sig=0.00)，且分別對相鄰的兩要素的因果關系進行回歸分析，結果發現第一個要素與第二個要素(sig=0.045)、第二個要素與第三個要素(sig=0.00)、第三個要素與第四個要素(sig=0.00)之間均存在著顯著的因果關系。由此本研究認為它們之間很可能是我們先前推測的一種層遞的邏輯關系。

4 結論與建議

在過去的30多年中，涌現出了大量關于學生錯誤概念的研究，為“概念轉變而教”的口號轟轟烈烈、隨處可見[6]。然而美國國家科學教育標準(NSES)中有一段這樣的敘述：“在教師專業發展培訓中，我們應該像關注學生一樣關注教師的前科學概念，關注他們原有的知識經驗和教學經歷”[7]。有學者認為科學教師的前概念水平，(即CCK水平)是影響前概念探查方法(KCS)、概念轉變策略(KCT)運用效果的主要因素，這也與本研究關于四要素間層遞關系的論證相呼應。而科學概念的獲得有賴于科學方法的建構與運用，最后形成科學的思維方式，達到生物學科素養的養成與實現[8]。

因此，無論是科學教師的職前教育還是職后專業發展培訓中： 首先，要重點關注科學教師的錯誤概念；其次，要努力研發科學教師錯誤概念診斷的方法、工具；最后，嘗試探索針對性強的科學教師概念轉變的策略。

本研究第一次嘗試將教師的概念教學知識進行了要素的劃分、內涵的界定以及各要素間關系的論證。但是對于各知識要素的豐富內涵及其他知識要素的發掘還有賴于相關研究的延續。