高中生物學教師探究教學知識的結構、現狀與影響因素研究

曹雅婷 姚寶駿

（江西師范大學生命科學學院 江西南昌 330022）

探究教學是指學生在教師指導下，通過類似科學家的探究活動發現問題、解決問題。學生的主動參與、親自體驗、自由表達、科學質疑和釋疑是探究教學的基本內容，這符合了科學自身的學科性質［1］，因此，探究教學成為了科學教師主要使用的教學策略與理念。通過探究教學，不僅能幫助學生較深入地達到對科學概念的理解與掌握，還能促進其科學探究能力的發展、科學思維的形成，以及科學情感、態度與價值觀的培育［2］。探究教學在落實核心素養上起到了關鍵作用。

但目前探究教學還存在許多問題，主要表現在：①探究教學課堂大多屬于結構探究模式，即按照固定的環節進行探究教學；②在探究主體層面：探究課堂上依然以教師為主導，學生主體地位缺失；③在探究互動層面：探究課堂上依然以“教師講，學生聽”為主，課堂開放水平低；④在探究能力層面：探究課堂上依然以知識為主要教學目標，忽視能力綜合素質的培養［3］。有學者指出，教師的學科教學知識（pedagogical content knowledge，PCK）對其教學行為會產生直接影響，是影響教學效果的關鍵要素［4］。探究教學作為特定的教學領域，科學教師的探究教學知識應是影響教師探究教學行為的關鍵要素。

探究教學知識指的是教師對科學探究如何實施教學的理解與認識，它決定了教師對探究教學目標的制定、探究教學模式的選擇、探究教學內容的組織、探究學習成效的評價等，聯系探究教學的方方面面，是影響探究教學效果的核心因素。若要改善探究教學中存在的諸多問題，有關研究須重視教師探究教學知識的現狀，但關于教師PCK 的研究多集中在具體學科，而對特定教學領域PCK的研究較少［5］，尤其是有關探究教學這一領域的PCK 研究則更少?；诖?，本文以我國高中生物學教師作為研究對象，試圖對以下4 個問題進行討論：①探究教學知識結構如何？②探究教學知識現狀如何？③哪些因素會影響探究教學知識水平？④這一研究結論對教師專業發展有何啟示？

1 概念界定

在科學教育界，教師知識研究一直是被關注的熱點問題，其中，PCK 已被國內、外的研究確認是教師所獨有的專業化知識，是最能將學科專家與教師區別開的知識，它在教師知識結構中處于核心地位，支配著教師的教學行為［6］。PCK 概念的提出者舒爾曼（Shulman）認為，PCK 是教師是面對教學時最有用的知識形式，它幫助教師根據學生不同的興趣和能力，將學科內容轉化為學生易于理解的教學形式，從而促進學生深刻理解學科內容，即PCK 是學科知識的“教學轉化”［7］。德容（De Jong）等［8］依據PCK 概念強調的主題屬性進行分層，將PCK 由宏觀到微觀，由抽象到具體劃分為了3 個層次 （圖1），分別是:學科PCK（general PCK）、特定領域PCK（domain-specific PCK）、特定主題PCK（topic specific PCK）。學科PCK，處于宏觀層面，這一層面的主題相當于某一學科，它是指教師對某一學科如何實施教學的理解與認識，包括某門學科的學科知識、學生學情、教學策略及教育目標等。例如，對科學教學的認知和對語文教學的認知便屬于2 種不同類型的學科PCK。特定領域PCK，處于中觀層面，這一層面的主題相當于某一學科的特定教學領域，它指的是教師對某一學科中特定領域如何實施教學的理解與認識，每個學科都有許多特定教學領域。科學學科的特定教學領域包括概念教學、科學論證教學、科學本質教學等，與其相關的教學知識便是特定領域PCK，例如，概念教學知識［9］、科學論證教學知識［10］。特定主題PCK，處于微觀層面，這一層面指向具體教學主題。生物學科的具體教學主題包括呼吸作用教學、光合作用教學等，與其相關的教學知識便是特定主題PCK，例如，呼吸作用教學知識、光合作用教學知識。

圖1 PCK 的分層圖

本文提出的探究教學知識屬于特定領域PCK的一種，定義為：教師對探究活動如何實施教學的理解與認識。根據探究教學知識的定義與屬性，可將這一知識的特征歸納為以下4 個方面：①專業性。探究教學知識屬于科學教師所特有，其他學科的教師則不具備。②動態構建性。探究教學知識不是靜態的知識結構，它是由教師主動將多類知識通過綜合理解而構建。③情景性。探究教學知識是教師面對探究教學課堂所用的知識形式，在真實探究教學課堂使用，具有情境性，屬于實踐性知識。④個體性。探究教學知識面向教師所在特定班級的學生，每個班級的學生情況不同，每位教師的探究教學知識也會有所不同，具有個體性。

2 研究方法

2.1 研究工具 教學是教師一項高度復雜的認知活動，其所對應的PCK 并不是一種簡單的知識，而是多種領域的知識通過整合形成的，例如，馬格努森（Magnusson）在格羅斯曼（Grossman）基礎上提出了科學教師PCK 模型，包括教學取向知識、學生知識、課程知識、教學策略知識、教學評價知識等5 種知識。這一理論結構被許多學者作為理論框架運用到各類實證研究中，具有良好的信度和效度，獲得了學者的普遍認可［11］。探究教學屬于科學教學領域，因此，本文選擇馬格努森提出的科學教師PCK 理論結構編制了高中生物學教師探究教學知識問卷，認為高中生物學教師的探究教學知識由探究教學取向知識、探究教學策略知識、探究教學學生知識、探究教學評價知識、探究教學課程知識組成，同時參考陳博等［12］的文獻，形成高中生物學教師探究教學知識調查問卷，共有38題，包括5 個一級維度，7 個二級維度（表1）。問卷采用李克特量表法，將問卷答案分為5 個等級，計分方式如下：“非常同意＝5、同意＝4、不確定＝3、不同意＝2、非常不同意＝1”。所有題目均為正向表述。

表1 量表的題目分布和示例

2.1.1 探究教學取向知識 探究教學取向知識即教師對探究教學目標的認識。根據《義務教育初中科學課程標準（2011年版）》中探究教學目標的闡述，可將探究教學目標歸納為以下5 方面：科學知識（科學概念）、科學探究能力（提出問題能力、做出假設能力等）、科學探究技能（觀察、實驗技能等）、科學思維（歸納、演繹、推理等）、科學情感態度與價值觀，對應5 種探究教學取向，分別是:知識、能力、技能、思維、情感態度與價值觀。

2.1.2 探究教學學生知識 探究教學學生知識即教師對學生學情的認識，包括2 個二級維度：①學生關于某項探究活動已具有的知識經驗；②學生在進行探究活動中可能出現的學習困難（難以提出新問題、難以作出新的猜想和假設、難以系統邏輯地設計實驗和操縱活動、難以對實驗和操縱活動進行計劃和管理、難以理解實驗數據中反映的規律、難以對探究活動進行評價）［13］。

2.1.3 探究教學策略知識 探究教學策略知識即是教師對各種探究教學模式的理解與掌握。常見的探究教學模式有學習環模式、5E 教學模式等，教師要對探究教學模式的種類、適用情境、教學程序、可能用到的教學策略與手段、師生扮演的角色要有適當的理解與掌握［14］。

2.1.4 探究教學評價知識 探究教學評價知識即教師對探究教學成效如何進行評價的理解與掌握。教師一方面要理解應從科學知識、能力、技能、思維、態度5 維度檢測探究教學成效；另一方面，要知道不同的評價方法及其操作流程，以及不同方法分別適用于何種評價維度。

2.1.5 探究教學課程知識 探究教學課程知識即教師對課程標準與教材中關于探究教學內容的理解與掌握，包括2 個二級維度：①教師需要了解課程標準中對探究教學的要求，在《普通高中生物學課程標準（2017年版）》的教學建議中明確提出了進行探究教學時的要求，包括需要創設情境、應該鼓勵學生觀察思考和提問等［15］。②教師需要了解教材中的探究活動，包括教材每章節中探究教學活動數量、設計意圖、內容編排等［16］。

2.2 研究對象 本研究以高中在職生物學教師為研究對象，通過問卷星平臺發放問卷，共回收有效問卷106 份。被試基本信息見表3，包括教師性別、學歷、學校性質、學校位置、教齡、專業程度。

2.3 數據分析 使用SPSS 23 作為數據錄入和統計分析工具。通過探索性因素分析，分析高中生物學教師探究教學知識結構，并利用t 檢驗和單因素方差分析著重比較不同教師群體的探究教學知識現狀及影響因素，以討論不同教師群體在探究教學知識上存在的主要差異及原因。

3 研究結果與討論

3.1 探究教學知識的結構

3.1.1 效度分析 對探究教學知識調查問卷作探索性因素分析（表2），運用主成份法，提取特征值大于1 的因子，進行KMO 值和Bartlett 球形檢驗，并用方差最大正交旋轉法進行旋轉。探究教學知識量表的KMO 值為0.843（接近1），Bartlett球形檢驗也達到非常顯著性的水平（0.000），說明變量具有一定的結構性和相關關系，適合作因子分析。結果表明，探究教學知識調查問卷的方差貢獻率為71.856%，可解釋總變異的71.856%，共提出了7 個特征值大于1 的因子，說明可抽取7 個因子成分，與探究教學知識問卷的7 個二級維度的題目相符合，可劃分為5 個一級維度，即探究教學取向知識、探究教學策略知識、探究教學學生知識、探究教學評價知識、探究教學課程知識。

表2 探究教學知識的探索性因素分析

3.1.2 信度分析 對探究教學知識問卷整體及各維度的內部一致性進行分析。得出探究教學知識問卷的總體信度為0.867，在5 個維度上，探究教學取向知識、學生知識、策略知識、評價知識、課程知識的信度分別為0.923、0.901、0.899、0.887、0.894。數據表明在本研究中所使用的問卷其整體及各個維度的信度較好，說明探究教學知識量表具有較高的內部一致性。

3.2 探究教學知識的現狀 為對探究教學知識現狀進行分析，將探究教學知識水平進行劃分：所有題目得分均為4 分或以上（152～190 分），認為該教師處于較高知識水平；得分均為3 分或以下（0～114 分），認為該教師處于較低知識水平；處于以上2 種知識水平之間的分值認為是中等知識水平 （115～151 分）。從整體得分情況分析，37 位教師分值在較高知識水平，68 位教師分值在中等知識水平，1 位教師分值在較低知識水平，說明大多高中生物學教師探究教學知識處于中等水平。

從各維度得分情況分析，探究教學取向知識（4.09 分，大于4 分）：說明教師基本認同探究教學取向分為知識、能力、技能、思維、情感5 個方面，且5 個方面并重，而不是以知識導向的探究教學；探究教學學生知識（3.87 分）：相對于學生在進行某項探究活動前的知識經驗（3.71 分），教師對學生在進行探究活動中可能出現的學習困難比較清楚（4.03 分）；探究教學策略知識（3.66 分，低于4 分）：說明教師對不同的探究教學模式的適用情境、教學程序等了解不夠；探究教學評價知識（3.72 分）：教師對探究教學成效評價維度比較清楚（3.82 分），而對探究教學成效評價具體用什么評價方法及操作流程的了解相對較差（3.63 分）；探究教學課程知識（3.83 分）：教師比較了解課程標準中對探究教學的定位與要求（4 分），而對于教材中的探究活動的了解相對較差（3.67 分）。總體分析，教師對宏觀層面知識比較了解，例如，探究教學取向、探究教學成效評價維度、課程標準，而對具體到其探究教學程序、評價方法及操作流程、教材中的探究活動等微觀層面知識了解則相對較差。這在一定程度上反映了當前我國探究教學的現狀，多數教師認可探究教學理念，但由于某些原因限制教師探究教學知識發展不夠，使探究教學無法有效開展，教學效果不佳。從教師內部因素分析，可能是由于多數教師缺乏探究教學理論知識和探究教學經驗，探究技能差。從外界因素分析，可能是由于教學壓力與應試壓力，導致教師較少學習探究教學方面的內容［17］。

3.3 探究教學知識的影響因素 采用獨立樣本t檢驗法分析探究教學知識是否存在性別差異，并采用單因素方差分析法，檢驗探究教學知識是否在學歷、教齡、學校性質、學校位置、專業程度5 個方面存在差異，計算結果均通過了方差齊性檢驗。結果表明（表3），教師探究教學知識受到教師性別、教齡、專業程度幾方面因素影響（P<0.05）。其中，在性別上，男教師的探究教學知識水平顯著高于女教師，這可能是因為探究教學知識主要是教師在理科課堂中使用的知識形式，而有性別差異研究發現，男性相對于女性更擅長邏輯思維，故男教師掌握得比女教師好。在教齡上，教齡越大的教師，其探究教學知識得分越高，其中，“10年以上”的探究教學知識得分顯著高于“1年以內”教齡的教師，而“1～5年”與“6～10年”組教師則沒有顯著性差異，這在教師專業程度上，專業程度越高的教師，探究教學知識得分越高，其中，專家型教師與經驗型教師的得分顯著高于新手教師得分，而專家型教師和經驗型教師得分無顯著性差異。這是因為探究教學知識是一種實踐性知識［18］，會在教學實踐情境中不斷地發展與積累，教齡越長、專業程度越高教師的教學實踐經歷豐富，會不斷地對其教育教學經驗進行不斷進行反思和提煉，形成了有意義的探究教學經驗，對探究教學目標、某項探究活動的學生情況、教學模式、教學成效如何進行評價等都有深刻的掌握與理解，形成了深厚的探究教學經驗與功底。因此，教師的教齡與專業程度會對探究教學知識有顯著性影響，教齡越長與專學知識外顯化，明確了探究教學知識的結構、現狀及影響因素，可對教師探究教學知識的學習提供實際指導，但本研究樣本數量較少，還需進一步進行驗證。

表3 人口學背景特征描述統計結果

4.2 研究建議

4.2.1 探究教學的培訓與研討活動需加大對女教師的關注 數據表明，高中生物學男性教師在探究教學知識水平高于女性教師。這就要求學校、教育主管部門根據實際情況開展一些探究教學的培訓與研討活動。這些活動要適當照顧女性教師的接受能力，引導每一位女教師充分認識到自身問題，重點幫助解決女性教師在探究教學中遇到的困難。

4.2.2 探究教學的培訓與研討活動需更加深入細致 本研究發現，教師對宏觀層面知識比較了解，例如，探究教學目標、探究教學成效評價維度、課程標準，而對具體到其教學程序、評價方法及操作流程、教材中的探究活動等這類微觀層面知識了解則相對較差。說明教師對探究教學方面的學習不夠細致，明白大致的探究教學理念與方向，但對于具體如何開展與實施卻了解不夠，因此，關于探究教學的專業培訓需要深入細致，提供實踐與深造平臺，促使教師不僅從理念上了解探究教學的意義，更要從探究教學理念出發，真正將業程度越高教師對探究教學知識掌握得更好，而學校性質、學校位置、學歷與教師實踐經歷沒有直接關系，因此，對探究教學知識得分無顯著性影響。

4 研究結論與建議

4.1 研究結論 從以上研究結果與討論可得出：①高中生物學教師的探究教學知識由探究教學取向知識、學生知識、策略知識、評價知識、課程知識5 因子組成；②多數教師探究教學知識處于中等水平，并發現教師對宏觀層面知識，例如，對教學目標、評價維度、課程標準的了解較好，而對具體到其教學程序、評價方法及操作流程等微觀知識的了解則相對較差；③探究教學知識會受到教師性別、教齡、專業程度3 方面因素影響。此次調查首次將高中生物學教師的探究教探究教學從細節上實施好，不斷促進教師學習探究教學程序、評價方法及操作流程等微觀知識。

4.2.3 鼓勵教師常進行教學反思，促進探究教學知識組分有效整合 本研究表明，我國高中生物學教師的探究教學知識水平雖大多處于中等水平，部分教師具有較高知識水平，而目前探究教學成效并不好，存在諸多問題，這說明教師的探究教學知識與探究教學成效可能不一致，知識水平較高的教師，其探究教學成效不一定好。其原因可能是教師沒有對探究教學知識各組分進行有效整合與理解。探究教學知識并不是靜態的知識結構，它是教師通過對各知識組分進行整合理解而構建形成的新知識結構［19］，如果不能對各類知識組分進行有意義的整合，則教師對探究教學的理解是較片面的，探究教學成效也不會很好。探究教學知識是一種在實踐中逐步生成的動態知識，它需要教師在“實踐—反思—再實踐—再反思”的循環往復中，將各類知識進行整合、重組和再造，以增強各類知識的有效整合。因此，在相關教師教育培訓中，可鼓勵教師常進行教學反思，促進探究教學知識組分有效整合。