國際科學教育中科學教師SSI教學知識的研究進展與啟示

邴 杰，劉恩山

科學教育的重要目標是培養學生的科學素養，越來越多的國家和地區將科學素養作為其科學課程的培養目標，科學教育領域關于科學素養內涵的理解隨著時代的發展發生了顯著變化：從僅關注學生對科學內容和實踐知識的理解，到關注科學知識在日常生活中運用的能力[1]?？茖W與技術的發展促生了一系列與之相關的社會性科學議題（SocioScientific Issues，簡稱SSI），圍繞SSI開展SSI教學對于培養學生的科學素養具有重要作用，尤其可以將SSI中蘊含的與道德、倫理、文化差異等內容與學科教學有機整合[2][3]。多國將SSI及其教學引入其科學課程標準，作為培養學生科學素養的重要情境載體，我國最新版和修訂版的普通高中課程標準中，如生物學、化學等學科都首次提到與社會相關的科學議題是培養學生核心素養尤其是科學思維和社會責任的重要載體[4]。

在科學教育領域中，科學教師將SSI應用到教學中還面臨著諸多挑戰[5]。SSI教學中教師需要幫助學生獲得論述、論證、決策、評價信息來源的能力和素養，為培養學生成為具備社會責任的未來公民做準備[6]。SSI教學屬于新型教學，在科學課堂上的開展實施需要科學教師具備SSI教學的教師知識[2]。舒爾曼（L.Shulman）將教師知識（Teacher knowledge）定義為：教師對特定領域（學科、特定內容、特定題材、特定主題、特定問題等）知識的理解，并被廣泛認為是衡量教學質量和教師課堂行為的重要指標[3]。因此，有必要從教師知識的視角對當前國際科學教育中SSI的相關研究進行歸納概括，為我國科學教育領域中實施SSI教學及其教師專業發展研究提供啟示與建議。

一、科學教育中實施SSI教學的教師知識結構及其相關研究

教師知識是影響教師教學質量的重要因素之一，科學教育中關于教師知識的研究已經有很長的歷史。20世紀中期，教師知識的研究主要集中在對通用知識及其轉化到課堂中的行為準則的研究，并被稱為簡化的行為主義教學觀，經常備受批判[7]。直到20世紀80年代對教師知識的研究開始轉向認知主義和建構主義教學觀，教師知識被認為具有個體性，并被認為對教師行為具有決定性。因此，在教師教育和專業發展的研究中，建構結構合理的SSI教師知識結構框架，將有助于開展SSI教學專業發展的實踐活動。

基于舒爾曼和格雷斯曼（P.Grossman）等對教師知識的構成及內涵的相關定義，可以將科學教育中SSI教學中的教師知識劃分為：SSI內容知識（Content knowledge of SSI，簡稱CK-SSI）、SSI一般教學知識（General Pedagogical Knowledge of SSI，簡稱PK-SSI）和SSI學科教學知識（Pedagogical Content Knowledge of SSI，簡稱PCK-SSI）[8]。具體如圖1。為了闡述的清晰性，以下將從科學教師實施SSI教學時需要具備的SSI內容知識、SSI一般教學知識和SSI學科教學知識三個部分展開。

圖1.科學教師開展SSI教學需具備的教師知識框架圖

（一）科學教師的SSI內容知識

SSI內容知識指科學教師對于所教SSI的本體知識和分析方式的理解?？煞譃镾SI本體知識和SSI分析方式，其中，SSI本體知識指教師對于有關SSI是什么的理解，即對其內涵與特征的理解；分析方式指教師對SSI在科學教學中的價值的理解，并能理解SSI用到的社會性科學推理的方式方法。涉及到具體的SSI的內容，教師應當在教學中明確該SSI對應的科學大概念是什么、社會關注的焦點又是什么、產生爭議的動因等有關SSI的知識，以及在分析SSI的過程中需要依賴的科學本質和社會倫理道德的評判標準等有關SSI爭議的知識。前期研究發現，有大量教師對SSI本身的理解不夠深入，從而影響了教師對SSI教學的意愿，如奧爾頓（C.Oulton）等的研究發現教師在教學中對SSI的復雜性認識不清，需要教師花大量時間和精力去處理其中的復雜性關系，同時教師也缺乏SSI相關的知識，導致教師教學壓力過大，從而影響了其對SSI教學的實施和推廣[9]。薩摩（M.Summers）等對85位在職教師和120位職前教師關于SSI的內容知識理解的研究，結果顯示多數教師對于SSI的內容知識并不了解[10]。布瑞茨（T.Bryce）等對實施SSI教學的教師研究發現：教師雖然有意愿參與到SSI教學中，但是其對SSI議題本身的優勢或功能認識不清，影響了其對SSI教學的實踐和推廣[11]。從對前期該領域的文獻分析發現，很多教師會在科學教學中運用SSI，但是其運用過于膚淺，只是將其作為熱點事件引入科學內容的學習，而忽視了SSI在科學教育中的真正價值，僅僅將對SSI的認識局限在為科學概念的學習提供社會文化情境，而忽視了SSI對于學生認知發展和情感道德發展的價值，如在生物學科中利用基因編輯嬰兒引發學生的學習興趣和學習動機，而忽略了基因編輯嬰兒中所承載的對科學概念理解、科學本質理解、倫理道德和情感態度及其價值觀的發展。因此，提升教師的SSI教學質量的重要前提是增強教師對SSI內容知識的理解。

（二）科學教師的SSI一般教學知識

SSI一般教學知識的子維度劃分和內涵界定以普瑞斯勒（M.Presley）等對SSI教學的一般性設計原則為基礎[12]，指教師對SSI教學的一般性教學原則的認識與理解，該類知識是區別于傳統教學的知識類型。包括：對教學聚焦點、教學過程、教學中的師生角色的認知。其中，SSI教學聚焦點子維度內涵界定根據唐納利（L.Donnelly）等的研究[13]，指SSI教學中對教師目的、學習目標、學生目標和選材目標的認識；SSI教學過程子維度的內涵界定根據桑德拉（T.Sadler）和托普朱（M.Topcu）等的研究[14]，指教師在SSI教學中教學內容安排的前后順序、教學活動、教學步驟等；SSI教學中師生角色子維度的界定，根據普瑞斯勒等的研究，指SSI教學中教師創設教學情境和師生角色的定位情況。2019年最新的《中國高考評價體系說明》中強調情境是知識、能力和素養的重要載體，有效的情境能幫助學生實現知識的建構和對知識的遷移和應用等能力[15]35。而SSI是與當代社會文化有關的具備科學意義的情境載體，SSI的科學屬性決定了其分析過程的科學實踐意義，為學生的知識建構和知識遷移運用提供了重要場域。然而，前期該領域的研究多聚焦于SSI情境中的學習科學概念和科學實踐活動的研究，而忽視了對學生情感和道德認知過程的發展，因此，教師很難在科學課堂教學中運用SSI培養學生對交叉概念、多學科能力和素養的發展，尤其表現在教師不能充分根據SSI在科學教育中的價值，確定其教學取向、制定教學過程，在教師角色上仍以傳統角色為主，而不能實現真正意義上的SSI教學設計[16]。

（三）科學教師的SSI學科教學知識

SSI學科教學知識指教師在科學相關學科課程的教學設計和教學實踐中所應具備的教學知識。該類知識直接與學科聯系，屬于教師學科內的知識與SSI教學融合的部分。當前關于SSI學科教學知識的研究多為“整合型”模式研究，該領域中萊德曼團隊的漢杜蘇諾格魯（T.Han-Tosunoglu）和荷蘭本伊拉姆（D.Bayram-Jacob）的研究中都包含了舒爾曼最早提出的關于學生理解的知識和教學策略的知識；本伊拉姆以及我國臺灣地區的林樹聲等[17]關于SSI學科教學知識的研究中也強調SSI教學評價知識的重要性，同時，狄德曼（S.Tide mand）等關于國外生物學教師的研究發現SSI教學評價知識的缺失會造成教師實施SSI的重要障礙[5]。因此，SSI學科教學知識的子維度中，評價知識也在其內。三個子維度的內涵界定參考本伊拉姆等對SSI學生知識、教學策略知識和教學評價知識的內涵界定：SSI的學生知識指教師對SSI教學中學生的學習重、難點和錯誤概念的理解；SSI教學策略知識指教師在SSI教學中對教學方式、教學活動、時間安排、教學難點和重點的解決以及教學靈活性等的認識和理解；SSI教學評價知識指在生物課程SSI教學中教師在評價中采用不同的學習維度時，所采用的特定工具、方法或活動的知識，該類知識經常與學生知識和教學策略知識相關聯，如教學評價的理念：學生興趣、目標導向；評價方法：觀察、學生學習成果（學生報告、論文、視頻、講演、個人反思等）；同伴互評、持續性形成性評價等；教師在SSI教學中的評價理念和評價方法。本伊拉姆等的研究發現，當教師在SSI教學中采用新的教學方法或教學材料時，伴隨著其對新知識和新方法的學習，以及在教學中遇到的新型問題而采用的新型教學策略，可有效促進教師的相關知識，如學生知識、評價知識等的發展[3]。

SSI相對傳統教學其情境、教學方式、教學內容、教學目標等都發生了相應的變化，這一方面要求教師具備特定的教學能力，如教學設計的能力、情境創設的能力等，在特定領域中教師的學科教學知識被認為是教師專業發展的核心，教師需要通過學習來適應并提升其SSI教師知識，實現教師知識的整體提升；另一方面，SSI教學是探討科學與社會相互關系的課程，是將科學知識遷移到日常生活情境中，需要的是知識的遷移，從傳統的概念理解到SSI教學下的概念遷移，需要教師更多地了解學生前知識中的錯誤概念和替換概念。SSI教學注重學生的參與性，學生在課堂對話中可以暴露出自己的前知識，從而增加了教師對學生知識的內容儲備?？梢哉f，SSI教學對教師提出了更大挑戰，需要教師引導學生理解SSI，并能結合科學內容、科學實踐和對科學本質的理解對議題做出評判和決策，實現解決問題能力的提升。

SSI教師知識的相關研究，為實現科學教師SSI教學專業發展培養目標的制定、教學內容的選擇、具體實施策略的規劃提供了可行性參考。SSI教師知識的系統性及其要素間的關聯性，決定了有關教師SSI教學知識各維度之間也是相互關聯的整體。與在其他相關領域研究中一樣，盡管教師的SSI內容知識是獨立于SSI一般教學知識和學科教學知識之外的維度，但在實際教學中很難將其與教師的SSI教學剝離開。當前關于教師知識的研究多聚焦于對職前教師和在職教師的關于SSI內容知識理解的研究和分析，也有關于對教師SSI認知和態度的研究，或從教師的角度進行SSI價值的認知研究，或聚焦于教師SSI教學知識測量工具、觀察工具開發的研究，但是很少有將教師對SSI內容知識理解與教師SSI一般教學知識和學科教學知識整合后的探查及專業發展的研究。因此，在教師SSI教學專業課程開發中，為了保證SSI教學專業發展的有效性和教師專業發展課程開設的針對性，教師對SSI內容知識理解與SSI一般教學知識和學科教學知識發展相整合的評價工具開發及現狀調查成為必須考慮的方面。

二、科學教育中SSI教師知識評價的相關研究

科學教育中SSI教師知識評價的研究比較側重于對教師SSI學科教學知識的評價研究，其中包括對SSI學科教學知識發展程度的評價研究，也包括對特定主題下SSI學科教學知識的評價研究。評價數據的收集包括：大規模數據調查和小規模問卷的定量研究，以及以文本、訪談等形式進行的定性研究。

（一）科學教師SSI學科教學知識發展的評價研究

對科學教師SSI教學知識的評價研究較為系統的是荷蘭內梅亨大學的本伊拉姆等，其利用歐洲委員會ENGAGE項目提供的教學材料為支架，對歐洲多國科學教師的SSI學科教學知識（PCK-SSI）發展變化的研究，結合了馬格努森（S.Magnusson）等對科學教師的學科教學知識（PCK）的內涵要素界定框架[3][18]。從PCK的教學目標（Goals，簡稱GO）、學生知識（Student understanding，簡稱SU）、教學策略知識（Instructional strategies，簡稱IS）和教學評價知識（Assessment，簡稱AS）入手，對教師利用“ENGAGE Project”提供的SSI教學材料并實施SSI教學的情況進行全程跟蹤研究。教師PCK-SSI的發展情況利用直接編碼和演繹編碼確定教師在教學前、教學中和教學后的PCK變化情況，并在演繹編碼中結合對編碼內容的本質理解，從PCK的內在各維度發展的豐富度和相互關系編碼，劃分教師PCK-SSI發展的低、中、高三個水平。其演繹編碼的具體維度和具體表述如表1和表2。

該研究按照教師SSI教學的前、中、后的SSI學科教學知識探查結果，將教師的教學目標、學生知識、教學策略、評價知識相結合，利用其在各個階段出現的豐富度和各要素間相互關聯的頻次計算得分，對SSI學科教學知識發展的評價具有重要的參考價值，為后續研究者通過對教師的SSI學科教學知識（PCK-SSI）的專業發展評價開啟了新的方向。但是該研究的評價基礎以設計有效的SSI課程材料支架為前提，只是從PCK整合的角度上，對獨立教師個體的SSI學科教學知識的發展作出水平界定評價，而對于教師對SSI知識和SSI教學的理解以及教師的教學知識和能力水平并未作出相關評價研究。

表1.演繹性編碼表及PCK演繹編碼的本質性理解[3]

表2.內容豐富度和關聯性劃分PCK-SSI的發展水平[3]

（二）科學教師SSI學科教學知識的評價研究

美國伊利伊諾州立大學萊德曼團隊的漢杜蘇諾格魯等，在舒爾曼的學科教學知識框架和前期對SSI教學研究成果基礎上，聚焦于高質量的SSI教學中SSI教學的內涵、教師對SSI的理解、教師需要必備的SSI教學能力、教師SSI學科教學知識等內容，建構了探查教師PCK-SSI概念框架，并在該框架基礎上開發了探查工具展開調查[19]。該量表包括三個部分：第一部分，對教師的基本情況調查；第二部分，聚焦于教師對SSI的理解；第三部分，聚焦于教師對SSI教學的理解。其中第三部分包括了四個不同片斷（飲食與肥胖、疫苗免疫、基因工程和基因治療），每個片斷包括相關的開放性問題，以“飲食與肥胖”為例，具體見表3，從對SSI的理解到SSI教學知識包含的六個不同維度設置考察項目（課程、教學、主題、學生、學校、SSI教學知識），并對六個維度的評價做了不同的歸類，將“課程”、“教學”、“學生”的評價分為三個水平：有根據的、折中的、質樸的；將“教學”的評價也分為三個水平：無研究基礎、中級水平、基于研究的；“學?！痹u價類別為不支持到強烈支持。利用該評價系統可以系統地了解教師在特定主題下SSI教學中的優勢和劣勢。然而，該工具只能對教師的特定主題的SSI教學知識進行評價，對教育教學研究者開設特定主題的SSI教學專業發展課程具有重要支撐作用，其并不適合大規模的科學教師SSI教學知識的評價探查，同時，該工具聚焦于教師已有的SSI教學經歷研究，缺少課堂實踐調查和教師實施SSI教學的決策訪談。因此，在后續研究中需要著重開發適用于不同主題下對SSI教師知識的評價工具，從而為特定主題下SSI教學專業發展提供參考。

三、對我國科學教育中SSI教師知識研究的啟示

學生SSI中的學習能力的培養離不開成功的SSI教學實踐，SSI教學實踐的有效開展離不開教師SSI教學知識結構的完善和發展?；谇捌趪H研究經驗，對在我國科學教育領域中開展SSI教師知識培訓及評價的啟示主要包括以下兩點。

表3.SSI及其教學知識的調查工具——以“飲食與肥胖”為例[19]

（一）注重提高教師對SSI內容知識的理解

SSI內容知識包括SSI的本體知識和分析方式的知識兩個部分。本體知識的理解是科學教師SSI教學專業發展的基礎。而對凸顯SSI分析能力培養的教學研究和實踐分析發現，在注重教師對于SSI本體知識的理解基礎上，還應當關注其一般分析方式知識的發展。另外，我國劉恩山教授團隊對于中學生物學教師SSI教師知識的實證探查研究[20]，以及國外狄德曼（S.Tidemand）等對中學科學教師SSI及其教學知識的探查研究[5]，都證明當前科學教師關于SSI內容知識的理解并不理想，并且對SSI內容知識的理解還存在著錯誤概念，如前所述，教師對SSI的教育學價值僅停留在其情境性上，而忽視了其對學生認知和道德倫理的發展。因而對教師SSI教學的專業發展而言，如何在培訓和實踐中提高教師對SSI內容知識的理解，是提高教師SSI教學能力的重要前提。

（二）加強對教師SSI教學知識的評價研究

科學教育的目標旨在通過在真實情境中解決問題，從而培養學生的科學素養，而這種真實情境的問題解決需要多種學科的知識。當前我國科學教師的培養模式多以分科培養和分科教學為主，當遇到如新冠肺炎此類的SSI教學時，教師的知識邊界就需要進一步外延，因此，教師不僅僅需要對所教學科的深入理解，還需要對相關學科的知識有所了解。那么對于教師而言，這類交叉知識的理解深度和廣度又該如何界定，實現學科知識與其他學科交叉融合的方式方法已成為當前科學教育領域中面臨的研究難題[21]。SSI教學為以上難題的破解提供了重要的突破點，其社會性、科學性、爭議性和不確定等特征，為科學教育中交叉學科知識的融合提供了重要載體。當前研究發現，科學教師關于SSI的本體和價值認識并不深入，如何有效評價教師關于SSI及其教學的認知，如何根據教師認知現狀開發教師專業發展課程，在遵循教師發展規律的情況下，開展有效的教師專業發展研究，已成為科學教育研究者不可跨越的問題。

《中國高考評價體系說明》強調基于情境對學生素質、素養、能力和知識的發展，讓學生在真實的社會情境中解決實際問題[15]40，而學生學習目標的達成必然也需要教師具備相應的教學能力，教師的教育教學能力現狀直接影響到學生的表現水平，因此，國際科學教育領域中關于SSI教師知識評價的研究，對于我國教師SSI教學知識的評價研究，以及基于評價而開展有針對性的教師SSI教學專業發展的研究具有借鑒價值。在今后研究中，我國科學教育教學研究者可以借鑒SSI教師知識評價的成功案例，加強對我國本土化情境中教師知識的評價研究。

四、結語

綜上所述，通過對以上國際科學教育中科學教師SSI教學知識及其評價的研究綜述，可以發現，隨著SSI教學在科學教育中的價值日益凸顯，科學教師將SSI整合到科學學科教學中需要相應的教師知識，而教師知識的提升需要相應的教師專業發展。然而，從當前文獻研究發現，國內相較于國際在該領域的研究還相對有限，還需要教師教育研究者從教師知識的角度，并結合本土案例，開發針對我國不同科學學科教師的SSI教學專業發展課程，從而為我國在科學教育中順利實施SSI教學奠定基礎。