科學資源對公眾科學興趣的貢獻(上)①②

約翰·H·福爾克 科特·帕蒂森 大衛(wèi)·麥耶 大衛(wèi)·畢貝斯 凱瑟琳·利文斯頓著 楊玉娟譯

一、 前言

在科學技術日新月異的世界里，公民參與和理解科學技術的需求與日俱增。伴隨著新的數(shù)字技術和媒體的加速，科學和技術的信息日益融入公眾的日常生活。同時，關于人們何時、何地、如何學習與之密切相關的科學，界限變得越來越模糊。[1]盡管過去與公眾科學素養(yǎng)相關的絕大部分關注點是公眾理解力，越來越多的研究人員開始同樣關注公眾興趣。這里的“興趣”，被定義為傾向于重復參與某個議題、事物或活動的情緒狀態(tài)。[2]

在科學教育領域，選擇科學作為主攻專業(yè)的年輕人越來越少，年輕人甚少在高中或大學期間學習科學課程。目前受到關注較多的是青少年在12、13歲后對科學的興趣的普遍情況；如果從事科學類職業(yè)的年輕人越來越少，那么具有成為知識淵博和有參與度的決策者所應具備的必要科學素養(yǎng)的成年人就變得更少，此類下滑在經(jīng)年累月后會產(chǎn)生嚴重的后果。[3]

幾個主流國際研究對此進行了關注，即學習者對科學的關鍵認同，通常形成于早期生活，即在青少年期之前。因此，可看出早期科學興趣對于長期的科學學習和參與科學實踐的重要性。[3]例如，在預測未來接受科學教育和從事科學職業(yè)參與度時，學習者在青少年早期特別是10～14歲期間的科學興趣，已被證實是一個關鍵變量；[4]在眾多前沿的關于學術和職業(yè)生涯的理論研究中，“興趣”均被作為核心變量，驅動青少年和年輕人做出選擇。[5]

以上觀點在美國Maltese和Tai等人的研究中得到強化。[4]研究顯示，兒童在青少年早期對待科學職業(yè)的態(tài)度，是決定其未來對科學的職業(yè)選擇(及成功)的單一重要因素。Barron等人采用“民族志”的調查方法對兒童和青少年小群體日常生活進行觀察，得出了類似的結論。[6]越來越多證據(jù)表明，長期科學態(tài)度的培養(yǎng)，可早到學齡前和小學時期。[7]盡管年輕人的科學興趣從中學開始明顯下滑，成年后科學興趣甚至知識的水平逐步降至最低，但多數(shù)成人，尤其是居住在美國的成人，仍表達了對科學的強烈興趣。[8]顯而易見，公眾早期科學興趣和將來科學興趣之間的關系很復雜。

關于科學興趣是在何地和怎樣發(fā)展起來的，尚無支撐數(shù)據(jù)。過去的假設是，科學興趣源自學校；現(xiàn)在越來越多人認為，貫穿整個科學學習生態(tài)系統(tǒng)中的多種科學教育實體，都可能對公眾終身的科學興趣有所作用。[9]然而，關于多種資源的相對作用和影響的“方向性”問題尚有諸多爭論，例如興趣是否從學校起源，逐步向校外轉移，或是反其道行之？在公眾科學教育資源中，如學校、科學中心、電視媒體、紙質媒體和網(wǎng)絡等，盡管可以對每種主要資源對公眾科學興趣的貢獻開展實例研究，目前尚未有學者使用這些主要資源開展直接比較研究。本研究揭示了對決定成年人科學興趣的五種主要公共科學教育資源的作用的初步探索結果。

二、 文獻回顧

關于公眾如何及為何培養(yǎng)科學興趣，多數(shù)研究聚焦于討論學校的指導角色。學校顯然是個人學習科學和培育科學興趣的重要場所，但并非唯一場所。實際上，在更多時候和時機上，科學的經(jīng)歷是在校外發(fā)生的。讓人驚奇的是，即便是在學齡兒童的時間安排中，實際用于科學教育的時間占比也很小。如果從人的一生來看，一個人平均花在某種正式科學教育經(jīng)歷上的時間更是微不足道的。比如，美國大部分年輕人在高中時期只學一門單科科學課程；美國有1/3的人口擁有本科學位，其中僅有一小部分學習過科學類課程。與之相對的是，大多數(shù)成人幾乎每天都會接觸某類與科學相關的媒介。非正式的、自由選擇的、校外的經(jīng)歷確實對公眾的科學興趣有所幫助，但此類經(jīng)歷無法簡單歸入某個單獨的非正式教育范疇中。[10]總之，在教室之外，兒童和成人均可通過自由選擇類別廣泛的媒介深化對科學的興趣，這些媒介包括參觀科學中心、使用網(wǎng)絡搜索科學內容、觀看科學類電視節(jié)目和閱讀科學類的書本雜志。事實上，現(xiàn)有證據(jù)表明，這些資源確實對科學興趣和科學理解有所裨益。[9]

Bulunuz、Jarrett、Falk、Dudo和Horrigan等人都提出證據(jù)證明：學校、科學中心、廣播媒體、網(wǎng)絡、出版物對科學興趣的產(chǎn)生具有正向影響。[11-15]因此，首先對不同類別的資源進行區(qū)分是有意義的?，F(xiàn)實情況是，不同類別資源對公眾短期和潛在的長期科學興趣都可能有所作用。而即便該觀點可以成立，支撐該觀點的全面研究數(shù)據(jù)仍是稀缺的，更遑論基于不同資源經(jīng)歷的質量對比研究了。傳統(tǒng)意義上如何定義和測量科學“興趣”，又是使情況更復雜的問題。

對科學興趣這一核心變量缺少適用和有理論基礎的測量方法，是此前關于科學興趣研究文獻的明顯不足。因此，除非深入到方法論的研究之中，否則評估通常是無效的，或僅為研究數(shù)據(jù)之間的類比。盡管有很多有理論依據(jù)的“興趣”概念化定義，我們仍主要以Hidi和Renninger長期深入的研究為指導，即將“興趣”概念化為一種復雜的多維建構，同時是“一個人從事某種類別的活動(如數(shù)學運算、聽音樂)時的心理狀態(tài)，以及經(jīng)過一段時間后再次參與某種活動的認知和情感動機傾向”[2]。因此，測量科學類興趣時，僅關注個體是否“喜歡”科學這個單一問題是不夠的，至少應該能夠區(qū)分一個人對于科學作為一門學科的價值認可和認知傾向、在從事科學任務時召喚起的社會情感和個人感受、他們對自己與科學有關能力的自我效能感受等。須注意的是，興趣的這三個維度曾經(jīng)被認為是“科學身份”的組成部分。[16]

學習科學時的實際經(jīng)歷對提升個體科學興趣起作用，這一論斷學界鮮有認可。盡管所有科學教育實踐的核心都是營造有意義的和參與式的經(jīng)歷，這種“經(jīng)歷”的具體指代，以及何為有意義的參與，均是復雜且易被混淆的概念。[17]鑒于這些問題，筆者試圖創(chuàng)建一種全新的測量方法來測量科學經(jīng)歷，并使之有效。

本文審視了以下五種科學經(jīng)歷對成人自述科學興趣的正向作用：基于課堂的科學經(jīng)歷、參觀科學中心經(jīng)歷、與網(wǎng)絡相關的科學經(jīng)歷、觀看科學類電視節(jié)目、閱讀科學類書刊。我們要求成人說明現(xiàn)在和過去的經(jīng)歷，特別是幾年前他們在初/高中時期的經(jīng)歷。實際上，本文可被看作是以上五種類別經(jīng)歷對公眾科學興趣產(chǎn)生相對作用的初步研究之作。毋庸置疑，現(xiàn)實情況中有多種高度復雜因素交織混合，但鑒于對這些基礎類別的實證研究尚缺，[9]本文的研究范圍相對有限，主要限定在以下兩個研究問題上：

——過去和當前，參觀科學中心、上網(wǎng)搜索科學知識、觀看科學節(jié)目、閱讀科學類書刊等對成人科學興趣、價值觀和認知傾向形成的不同關系。

——受訪者對過去和當前，參觀科學中心、上網(wǎng)搜索科學知識、觀看科學節(jié)目、閱讀科學類書刊(不是為了學校課程)等對成人科學興趣、價值觀和認知傾向形成的不同關系的自述。

如上所述，為減輕文中分析的復雜性，我們通過數(shù)據(jù)分析將研究重點集中于“興趣”維度的單個子集。關于興趣的多個維度之間如何相互作用及相關因素，尚待下一步研究。

三、 方法

(一) 數(shù)據(jù)收集

自2015年起，第三方調查公司在研究團隊的指導下開展電話調查收集數(shù)據(jù)，以審視五類科學教育經(jīng)歷及其對成人科學興趣的相對作用。數(shù)據(jù)來源為三座美國大型城市：加利福尼亞的洛杉磯、亞利桑那的鳳凰城和賓夕法尼亞的費城。

受訪者從洛杉磯、鳳凰城和費城18歲以上的常住人口中隨機抽取。參與本項目的家庭樣本使用隨機數(shù)字撥號電話抽取，抽取方式是基于電話號碼前綴，通過電腦產(chǎn)生，未加權重。使用該方法，一方面可確保隨機抽選的家庭樣本廣泛并有比例地覆蓋樣本區(qū)域，另一方面確保所有未列入名單或新列入名單的家庭也在抽樣范圍內。樣本抽取過程中同時使用了資格預篩選程序，即通過電腦篩除已知的空號、傳真、電腦專線和商業(yè)電話前綴，以控制樣本在居民電話范圍內。研究樣本中包含了固定電話和移動電話。

本項目中的所有訪員均為專業(yè)訪員，具有訪談經(jīng)驗，并掌握關于本研究完整的注意事項信息。訪員受訓的注意事項簡報信息包括：(a)研究目的；(b)抽樣步驟；(c)問卷管理；(d)其他與項目相關的因素。此外訪員還完成了模擬實踐訪談，以確保訪員理解所有程序步驟并遵照執(zhí)行。

本研究的訪談時間段是傍晚、晚間及周末，使用幾乎均等的時間段，以保證研究同時平等覆蓋各種工作時間的家庭。另外，在本研究的訪談階段，最多會嘗試在不同日期或一天中的不同時間與每個選中的家庭聯(lián)系6次。若6次聯(lián)系均失敗后，該樣本被替換。整個樣本庫均采用該方法，數(shù)據(jù)中不包含訪談尚未完成的數(shù)據(jù)。

所有訪談使用計算機輔助電話訪問系統(tǒng)(Computer-Assisted Telephone Interviewing，簡稱CATI)開展，中心電話設備區(qū)域位于鳳凰城。CATI系統(tǒng)是一種計算機訪談系統(tǒng)，使用高度整合的分項模式控制關聯(lián)問題的提示和顯示，營造更輕松的訪談環(huán)境，并降低編碼錯誤的風險。系統(tǒng)同時對調查變量執(zhí)行內部一致性檢查，在必要時刻提示訪員詢問探索式或澄清式問題。

CATI軟件可保留電話配置記錄。訪員與居民電話建立聯(lián)系后，做自我介紹和研究介紹，選擇合適的家庭成員作為指定受訪者，與其開展完整訪談。如果指定受訪者不在家或來電時間不便，訪員將重新安排訪談。

百分之百地使用完整訪談的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中任何潛在的錯誤都被選出來重新與受訪者確認。另外，抽取受訪者中任意15%的數(shù)據(jù)進行有效性分析，以確保數(shù)據(jù)的真實性和正確性，由此控制本階段的訪談質量。

總計3001名成年居民完成了電話調查(回復率=21.7%)，其中6%使用西班牙語，94%使用英語。該回復率與近期美國大多數(shù)電話調查的回復率一致[18]。為減緩問卷過長導致的參與者疲勞，使用了計劃的缺失數(shù)據(jù)設計[19]。調查中嘗試納入移動電話用戶，但移動電話用戶的總數(shù)不超過樣本總數(shù)的30%。為降低潛在取樣偏差，結果使用了現(xiàn)有美國人口普查數(shù)據(jù)加權，以與洛杉磯、鳳凰城和費城三個相應城市的人口統(tǒng)計學特征相匹配(見表1)。

表1 成人樣本人口統(tǒng)計學特征

(二) 變量分析

調查評估了科學興趣的不同維度層級，在五種不同學習語境下過去和現(xiàn)在每一種科學資源的使用比例，以及人口統(tǒng)計學的相關變量。以下詳述每種評估方法。

(三) 科學興趣

“興趣”是研究中的主要因變量，根據(jù)Hidi和Renninger的定義[2]和Falk，Dierking，Staus等的擴展[14]，“興趣”同時具有認知和情感維度。在項目初期，基于作者早期參觀加州科學中心的觀眾科學興趣變化的研究，我們匯總了一組李克特式調查題項[20]，所有題項均使用四點式李克特量表，值域從“非常贊同”到“非常反對”。目標是捕捉到Renninger和Hidi勾勒的興趣的不同維度。

使用主成分分析法檢驗原始數(shù)據(jù)及加權數(shù)據(jù)中問題的多維性和可靠性，確定后續(xù)分析的問卷終稿。根據(jù)首次主成分分析結果，15個題項反映了至少三個不同維度的科學類興趣，我們將其標記為價值觀及認知傾向、社會關系和自我效能。這三個維度與Renninger和Hidi[2]對興趣的概念化定義一致，即認為興趣包括價值觀傾向的認知和情感，與有能力參與科學相關的情感、社會和身份類的自我情感感知。前述研究認為，興趣和興趣的發(fā)展是多方面的，本研究提出的三個維度與之一致。鑒于興趣的三個維度是獨立的，因此將每個維度作為單獨的獨立變量對待；基于本文的分析目的，作者僅集中在科學興趣的首個維度“價值觀和認知傾向”上。該維度包含的題項最多(7個)，且問題僅作用于該因子，不會作用于其他因子。盡管“價值觀和認知傾向”的維度未必比其他兩個維度重要或次要，至少該維度代表了公眾科學興趣中一個重要方面?；诔跏?5個題項的因子集，作者認為7個題項的子集可充分完整代表科學興趣的范疇，該范疇包括個體通常從個人和社會的角度如何看待科學的價值，以及個體如何看待自身科學知識會否對其現(xiàn)在和未來產(chǎn)生好處等。

“價值觀和認知傾向” 7個題項的最終主成分分析結果如表2所示。因子載荷從0.602到0.876，7個題項的單個因子項目反應差異超過60%?？死拾凸哦认禂?shù)為0.884，內部一致性較高。

考慮到后續(xù)分析，根據(jù)多項量表創(chuàng)建程序要求的單維標準題項構建標準，[21]計算了每位受訪者7個價值觀與認知傾向題項(至少完成4個

表2 科學興趣題項子集的單因子主成分分析結果

因子)的平均值，以得出科學興趣價值觀和認知傾向的單計量指標。如上所述，該指標僅代表興趣構建的7個潛在維度中的1項。我們理解“科學”是個過于廣泛的領域，成人可能對科學中某些方面感興趣，但對其他方面未必感興趣。[12]因此在調查的引入階段，我們鼓勵參與者以發(fā)散式的思考方式對待科學，提供一些如空間探索、營養(yǎng)和烹調、鳥類觀測和心理學等樣例。參與者了解所有科學學習經(jīng)歷的目的，都是為了幫助人們緊跟科學潮流或了解更多的科學活動。

(四) 現(xiàn)在和回溯式自述報告

我們采用自述報告的形式作為現(xiàn)在和過去的經(jīng)歷頻數(shù)及質量的指標。正如文中多次提及，自述報告并非最可靠的數(shù)據(jù)來源[22]。然而，自述報告實際上是更直接測量的合理替代方式[23]，這一點得到大量多學科文獻研究的支持，尤其是在使用調查數(shù)據(jù)時。同理，如果考慮到回憶事件信息采集的難度，回溯式自述也是更直接測量的合理替代方式[24]。

(五) 科學經(jīng)歷的頻數(shù)

研究中的一個主要獨立變量或更準確的“標準”變量，是個體在現(xiàn)在和當年在六七年級時兩個階段使用四類非學?？茖W教育資源中每一種的頻數(shù)，四類科學資源包括科學中心、網(wǎng)上科學資源、電視科學媒介以及紙質科學媒介(書刊)?；贔alk和Amin等人的早期研究[20]，請受訪者使用李克特六點式量表自述基于科學目的來使用每類教育媒介的頻數(shù)，值域從“從不”到“每天”。

(六) 科學經(jīng)歷的感知

研究中的另一個主要獨立/標準變量，是當個體自我感知地參與以下五類主要科學教育資源時“科學經(jīng)歷”的質量，這五類主要科學教育資源是學?？茖W課程、科學中心、網(wǎng)上科學資源、電視科學媒介、紙質科學媒介。“科學經(jīng)歷”的定義是在使用教育媒介時經(jīng)歷的，與個人情感、身份和社會價值相關的方向屬性。

已有研究中無法概括出這種新的測量方法，因此測量方法通過反復測試和試點的過程逐步得出。通過項目團隊的初步討論、咨詢研究人員、再用一整天與來自全國各地的科學學習專家的工作坊討論，我們得出了一份涵蓋多方面信息的14個初始題項，包括個體對某次經(jīng)歷可感知的愉悅感和價值，以及該經(jīng)歷如何與其個人需求、興趣和身份聯(lián)系等。隨后采用認知訪問協(xié)定[23]對這組題項開展初步測試。根據(jù)測試中受訪者的反饋及提問，逐步修正題項用詞，并刪除了幾個語義模糊或有歧義的題項。修正后的題項組請項目顧問二次審查，最終產(chǎn)生了9個題項定義清晰的問卷版本(見表3)。

表3 學習語境下感知經(jīng)歷的單因素主成分分析結果

在每種學習語境下，采用李克特四點式量表，值域從“非常不贊成”到“非常贊成”，讓受訪者對與他們經(jīng)歷相關的這9個題項進行排序。每類經(jīng)歷中均使用同樣的9個題項，為配合不同的語境用詞稍作調整，如“當我在電視上觀看科學表演時”或“當我閱讀科學書籍或雜志文章時”“我可以找到興趣點”。由于網(wǎng)絡出現(xiàn)的時間較晚，沒有詢問受訪者在青少年早期時的上網(wǎng)經(jīng)歷。同樣，若受訪者為成人，鑒于絕大部分成人現(xiàn)在未參與任何形式的正式教育，也沒有詢問他們現(xiàn)在的學校教育經(jīng)歷。

使用搜集到的數(shù)據(jù)(通過城市加權)再次開展主成分分析，了解題項的維度和信度，確認可作為后續(xù)分析的最終題項。一開始假設每種語境下的題項至少可以代表兩種不同的感知構建，包括一種在經(jīng)歷中激發(fā)的更具認知性的成分(與知識和想法相關)，以及一種更具感性的成分(與愉悅和感受相關)。然而，學習語境下的所有維度分析強烈表明，題項中的單維構建足以代表絕大多數(shù)的變量。

表3顯示了9個題項在8種學習語境(4種回溯，4種現(xiàn)在)中的主成分分析最終結果。因子載荷較高，值從0.628到0.936，9個題項說明了不同學習語境中的差異在56%到78%之間。克朗巴哈信度內部一致性也較高，系數(shù)從0.903到0.963。在對興趣的評估方法中，取每位受訪者的平均值(至少完成了5個題項)，以得出每種學習語境下科學學習經(jīng)歷的感知方法。

(七) 人口統(tǒng)計學變量

所有受訪者均提供性別、年齡、在數(shù)據(jù)采集城市的居住時長、種族/民族(使用美國人口普查分類)，以及家庭語言。此外，還要求受訪者回答“完成的最高學歷”，答案從“文盲”到“博士”按照閉合式的10點量表編碼。受訪者還需提供其家庭收入與數(shù)據(jù)收集城市的收入中值(基于美國商務部數(shù)據(jù))相比較的信息。

(八) 數(shù)據(jù)分析

以下報告結果置信度為95%，單項因子樣本反饋比例誤差范圍為±2%，意即若采用相同的方法和數(shù)量復制本調查100次，由于樣本預測了100個中95個的正確性，每項因子的真實群體值誤差范圍在2%以內。[25]

對于拒絕首次電話調查的受訪者，采用隨機個體抽樣的方法開展無回應偏差檢驗，以檢驗首個電話的受訪者和非受訪者之間可能的差異，并檢驗為保證總體樣本的代表性和概括性，數(shù)據(jù)是否需要相應加權。在拒絕首次電話調查的受訪者中選取了75位二次撥打電話，使用更小的調查問題子集訪問。沒有統(tǒng)計數(shù)據(jù)證明首次電話受訪者之間的差異(P>0.05)及無回應偏差。

【未完待續(xù)】