生物學(xué)教師概念教學(xué)知識要素的研究

李明玉 劉恩山

(1 首都師范大學(xué)教師教育學(xué)院 北京 100048； 2 北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100875)

美國《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》提出“2061”計劃，旨在提高人們在科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)方面的素養(yǎng)，以幫助人們生趣盎然地、負(fù)責(zé)任地和富有成效地生活。2016年9月13日，《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》研究成果在北京發(fā)布，核心素養(yǎng)以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，將科學(xué)精神素養(yǎng)作為六大素養(yǎng)之一，進(jìn)行重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)。

而科學(xué)內(nèi)容知識(scientific content knowledge)作為課堂教學(xué)中的重要組成部分，在提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)中一直發(fā)揮著重要作用[1]。《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011 年版)》在實(shí)施建議中明確提出：“關(guān)注重要概念的學(xué)習(xí)”，認(rèn)為生物學(xué)重要概念處于學(xué)科中心位置，包括了對生命基本現(xiàn)象、規(guī)律、理論等的理解和解釋，對學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)及相關(guān)科學(xué)具有重要的支撐作用?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)概念作為生物學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分，重視學(xué)生生物學(xué)大概念建構(gòu)與獲得。可見，概念教學(xué)已成為生物學(xué)教學(xué)的核心內(nèi)容。

概念教學(xué)研究在國外起步較早，2011年版初中課標(biāo)頒布以來，在國內(nèi)引發(fā)廣泛關(guān)注，研究多集中于學(xué)生錯誤概念的挖掘、概念轉(zhuǎn)變策略的綜述、圍繞具體核心概念的教學(xué)以及概念篩選與進(jìn)階等。而有關(guān)教師概念教學(xué)知識方面的研究，還是一個十分薄弱、有待發(fā)展的領(lǐng)域。

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

1 教師概念教學(xué)知識要素圈定

國內(nèi)外對于教師知識的研究，可以追溯到20世紀(jì)80年代。但由于多種原因，學(xué)界仍未對“教師知識”的概念達(dá)成共識。主要分為兩個學(xué)術(shù)陣營： 學(xué)科取向的“內(nèi)容知識”和實(shí)踐取向的“默會知識”。

而在內(nèi)容知識研究中，學(xué)者對于教學(xué)內(nèi)容知識(pedagogical content knowledge, PCK)歸入范圍的劃分有所不同，由此進(jìn)一步演化為兩個學(xué)術(shù)派別分支： 一個是以舒爾曼(Shulman)[2]和鮑爾(Ball)[3]觀點(diǎn)為代表，強(qiáng)調(diào)將PCK歸入教師內(nèi)容知識(content knowledge, CK)的靜態(tài)知識要素；另一個則是以舒爾曼1987年及后續(xù)學(xué)者的觀點(diǎn)為代表，強(qiáng)調(diào)獨(dú)立于CK的動態(tài)性PCK。

筆者以教師教學(xué)必備知識為出發(fā)點(diǎn)，依據(jù)鮑爾等人對教師CK要素的劃分，從概念教學(xué)角度討論教師的內(nèi)容知識，對教師的概念教學(xué)知識進(jìn)行了劃分和界定： 以一般性概念知識、特殊性概念知識、關(guān)于學(xué)生和概念的知識、關(guān)于概念和教學(xué)法的知識，分別來標(biāo)識教師的科學(xué)概念一般掌握度、科學(xué)概念職業(yè)化掌握度、錯誤概念探查方法以及轉(zhuǎn)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(xué)概念掌握程度的反映。有研究表明，學(xué)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(jìn)學(xué)生概念學(xué)習(xí)的前提和基礎(chǔ)。它屬于Ball所說的一般內(nèi)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(xué)概念之間本質(zhì)差別的一種詮釋，是教師職業(yè)所特有的知識，區(qū)別于一般概念知識，是教師洞察學(xué)生錯誤概念的依據(jù)。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(zhì)的理解，潛在地影響著教師的教學(xué)取向，它決定著教師是否會對前概念在學(xué)生學(xué)習(xí)中的阻礙作用加以重視，涉及學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，同時也涉及教師對自身科學(xué)概念理解水平的元認(rèn)知，影響著教師的專業(yè)發(fā)展。

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

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

它屬于Ball所說的內(nèi)容和學(xué)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(guān)于學(xué)生和教學(xué)法的知識 它是教師關(guān)于轉(zhuǎn)變學(xué)生前概念策略的知識，指在特定情境下，教師對概念轉(zhuǎn)變策略的掌握、運(yùn)用情況。它屬于Ball所說的內(nèi)容和教學(xué)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(diǎn)和學(xué)術(shù)立場，筆者將這四個要素回歸到教師的學(xué)科內(nèi)容知識中去，以便表達(dá)這四個要素與教師CK和PCK之間的關(guān)系(圖1)。

圖1 概念教學(xué)知識各個要素與PCK關(guān)系圖注： PK——教學(xué)法知識，TK——技術(shù)知識

基于以上對四個要素的劃分和內(nèi)容的圈定，本研究推測，這些知識要素之間是一種層層遞進(jìn)的邏輯關(guān)系(圖2)： 首先，教師本身要擁有一個較高的科學(xué)概念理解水平；然后，才能發(fā)現(xiàn)學(xué)生前概念的本質(zhì)，推斷可能產(chǎn)生前概念的原因，并且他們還應(yīng)持有一種建構(gòu)主義的教學(xué)觀，能夠充分地認(rèn)識到前科學(xué)概念在科學(xué)概念形成中的嚴(yán)重的負(fù)面作用；進(jìn)而，他們才會產(chǎn)生去了解學(xué)生已有想法的動機(jī)，試著去學(xué)習(xí)或運(yùn)用相關(guān)的前概念診斷方法來確定和深入了解學(xué)生的前概念，這樣他們才可能在關(guān)注的基礎(chǔ)上獲取、收集到一些學(xué)生前科學(xué)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(shí)際的教學(xué)中去，才產(chǎn)生對相應(yīng)的概念進(jìn)行轉(zhuǎn)變的策略、教學(xué)方法的學(xué)習(xí)和運(yùn)用熱情；最終才有

圖2 概念教學(xué)知識各要素關(guān)系圖

可能幫助學(xué)生逐漸轉(zhuǎn)變前概念中錯誤的理解。

2 初中生物學(xué)教師概念教學(xué)知識測查工具的編制

在閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合Treagust[5]編制的光合作用和呼吸作用主題相關(guān)的二階測試題目，又增設(shè)了除了CCK對應(yīng)題目之外的、與其他三個概念教學(xué)知識要素相對應(yīng)的題目，對初中生物學(xué)教師概念教學(xué)知識水平進(jìn)行探查。

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

表1 教師版問卷內(nèi)容效度表

由此得出內(nèi)容效度系數(shù)=24/(0+0+1+24)=0.96。根據(jù)一般知識測查問卷的效度檢驗(yàn)要求，效度系數(shù)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(xué)知識。

2.2 測查問卷的信度檢驗(yàn) 因?yàn)樵搯柧碇邪硕喾N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(shù)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(yàn)，可以確定教師版問卷是比較有效和穩(wěn)定的。

學(xué)生版問卷則是Treagust英文直譯問卷，經(jīng)由至少6名專家、4名一線教師意見反饋、數(shù)次修正，對教師所教學(xué)生學(xué)習(xí)成效進(jìn)行測查。

3 教師概念教學(xué)知識的實(shí)然統(tǒng)計學(xué)檢驗(yàn)

學(xué)生的學(xué)習(xí)成效是評價教師教學(xué)水平的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，在此利用SPSS軟件對教師概念教學(xué)知識的四個要素(CCK、 SCK、 KCS、 KCT)與學(xué)生學(xué)習(xí)成效之間的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計分析，以此來進(jìn)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(xué)教師概念教學(xué)知識中的必需要素。

3.1 初中生物學(xué)教師概念教學(xué)知識四個要素與學(xué)生學(xué)習(xí)成效相關(guān)性分析結(jié)果 首先利用了開發(fā)的教師概念教學(xué)知識測查問卷對初中生物學(xué)教師的概念教學(xué)知識進(jìn)行探查，然后采用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，分別對教師概念教學(xué)知識四個要素得分和所教學(xué)生學(xué)習(xí)成效之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。結(jié)果表明，一至四要素(CCK、 SCK、 KCS、 KCT)與學(xué)生的學(xué)習(xí)成效的顯著度水平呈現(xiàn)出高度的正相關(guān)(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(xué)生學(xué)習(xí)成效的顯著度水平也呈現(xiàn)出高度的正相關(guān)(sig=0.00)，按常理可以推知教師知識對于學(xué)生學(xué)習(xí)成效的影響，一定要高過學(xué)生成效對于教師知識水平的影響；而且，從學(xué)生問卷調(diào)研結(jié)果可以看出學(xué)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(xué)教師、初中生物學(xué)教材，自己的推理和判斷只能說明學(xué)生對相關(guān)科學(xué)概念的了解水平較低而導(dǎo)致回答錯誤，而后兩者才能夠真正體現(xiàn)出學(xué)生對科學(xué)概念產(chǎn)生錯誤理解的來源。

由此可見，教師的概念教學(xué)知識的這四個要素對學(xué)生的學(xué)習(xí)成效影響較大，在教師概念教學(xué)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。量化的結(jié)果，從很大程度上支持了我們最初的對概念教學(xué)知識要素應(yīng)然的劃分的假設(shè)，即初中生物學(xué)教師概念教學(xué)知識中必需CCK、 SCK、 KCS、 KCT這四個要素。

3.2 初中生物學(xué)教師概念教學(xué)知識四個要素之間相關(guān)性分析結(jié)果 我們對教師概念教學(xué)知識一至四要素(CCK、 SCK、 KCS、 KCT)的兩兩要素之間的相關(guān)性進(jìn)行SPSS統(tǒng)計分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩兩要素之間存在著顯著正相關(guān)關(guān)系(均為sig=0.00)，且分別對相鄰的兩要素的因果關(guān)系進(jìn)行回歸分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(guān)系。由此本研究認(rèn)為它們之間很可能是我們先前推測的一種層遞的邏輯關(guān)系。

4 結(jié)論與建議

在過去的30多年中，涌現(xiàn)出了大量關(guān)于學(xué)生錯誤概念的研究，為“概念轉(zhuǎn)變而教”的口號轟轟烈烈、隨處可見[6]。然而美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)(NSES)中有一段這樣的敘述：“在教師專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)中，我們應(yīng)該像關(guān)注學(xué)生一樣關(guān)注教師的前科學(xué)概念，關(guān)注他們原有的知識經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)經(jīng)歷”[7]。有學(xué)者認(rèn)為科學(xué)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(zhuǎn)變策略(KCT)運(yùn)用效果的主要因素，這也與本研究關(guān)于四要素間層遞關(guān)系的論證相呼應(yīng)。而科學(xué)概念的獲得有賴于科學(xué)方法的建構(gòu)與運(yùn)用，最后形成科學(xué)的思維方式，達(dá)到生物學(xué)科素養(yǎng)的養(yǎng)成與實(shí)現(xiàn)[8]。

因此，無論是科學(xué)教師的職前教育還是職后專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)中： 首先，要重點(diǎn)關(guān)注科學(xué)教師的錯誤概念；其次，要努力研發(fā)科學(xué)教師錯誤概念診斷的方法、工具；最后，嘗試探索針對性強(qiáng)的科學(xué)教師概念轉(zhuǎn)變的策略。

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