Lissy J?kel

(海德堡師范學院，德國 海德堡 69120 )

1 生物教學改革的必要性

1.1 教育是一項關乎未來的任務

在關于學科教學法的研究中，如何促進中小學和高校提升教育質量的問題始終貫穿于相關研究之中。 從TIMMS到PISA(1)Prenzel, Manfred; C. S?lzer; E. Klieme & O. K?ller Hrsg. 2013. PISA 2012. Fortschritte und Herausforderungen in Deutschland. Münster: Waxmann.，再到德國的IQB國別比較研究(2)Pant, Hans Anand, P. Stanat, U. Schroeders, A. Roppelt, T. Siegle & C. P?hlmann. Hrsg. 2013. IQB-L?ndervergleich 2012. Mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzen am Ende der Sekundarstufe I. Münster: Waxmann.，這些德國國內和國際上的比較研究都不斷促使我們反思中小學的教育成果。 特別是自Hattie研究(3)Hattie, John, W. Beywl & A. Zierer. 2013. Lernen sichtbar machen. überarbeitete deutschsprachige Ausgabe von Visible Learning. Hohengehren: Schneider-Verlag.以來，教師自身的素質與能力以及他們自己所受教育的質量越來越多地被視為是提升教育質量的關鍵因素。

Ekardt認為，尋找一種在全球具有可持續(xù)性的生活和經(jīng)濟發(fā)展方式是一項全球性的挑戰(zhàn)。(4)Ekardt, Felix. 2016. Theorie der Nachhaltigkeit: Ethische, rechtliche, politische und transformative Zug?nge - am Beispiel von Klimawandel, Ressourcenknappheit und Welthandel. 2. Aufl. Baden-Baden: Nomos.在此，發(fā)展高質量的教育被認為是一個優(yōu)先的行動領域。 其中，可持續(xù)發(fā)展教育(ESD)有利于促進人們推動社會轉型。 在國際上，從抗擊饑餓到保護陸地生態(tài)系統(tǒng)，已經(jīng)達成了17個“可持續(xù)發(fā)展目標”。

早在1994年，Klafki(5)Klafki, Wolfgang. 1994. Neue Studien zur Bildungstheorie und Didaktik. Zeitgem?βe Allgemeinbildung und kritisch-konstruktive Didaktik. 4. Aufl., Weinheim, Basel: Beltz.就提出了一系列“時代性的關鍵問題”，例如和平問題、環(huán)境問題、民主化或“在同一個世界上生活”的資源獲取問題。 這些關鍵問題都不容易解決，但對每個人都產(chǎn)生影響，因此也必須是教育過程中涉及的主題。

1.2 生物多樣性作為資源

從生物學教學的視角來看，如何對待自然資源，特別是如何對待生物多樣性在可持續(xù)教育中發(fā)揮著特殊作用。根據(jù)我們的教學理念，生物多樣性在教學中不僅包括物種多樣性(包括遺傳變異在內)和生物生境多樣性的內容，而且還包括利用自然資源的不同可能性。 Steffen和Rockstr?m等人(6)Steffen, Will, K. Richardson, J. Rockstr?m, et al. 2015. Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet. Science 347 (6223) 1259855.把對待生物資源的行為視為首要行動領域，認為這甚至比氣候變化本身更具挑戰(zhàn)性。 隨著生物多樣性的減少和物質循環(huán)的打破，人類在威脅著自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和大自然的完整，而這恰是可持續(xù)發(fā)展，即消除貧困、創(chuàng)造健康的生活環(huán)境、促進正義與和平、提高生活質量的基礎。

1.3 自然科學知識的重要性

具有自然科學知識對做出理性并長久性的決策來說起重要作用。

海德堡師范學院是一所具有博士學位和教授資格授予權的師范大學，一方面獨立地為不同類型的中小學(例如特殊學校、小學、中等教育階段的學校)培養(yǎng)師范人才；另一方面還與海德堡大學合作培養(yǎng)文理中學的教師。

對自然科學類專業(yè)學生的能力培養(yǎng)以國家教育標準中規(guī)定的四個自然科學能力領域(naturwissenschaftliche Kompetenzbereiche)為導向：

(1)專業(yè)知識方面的能力；

(2)知識獲取的能力；

(3)溝通能力；

(4)評價能力。

在可持續(xù)發(fā)展教育(ESD)領域以“跨領域設計能力”(bereichsübergreifende Gestaltungskompetenz)為導向。在可持續(xù)性意義上(7)Gerhard De Haan & L. Gerhold. 2008. BNE - Bildung für die Zukunft. Einführung in das Schwerpunktthema. Umweltpsychologie 12, 4-8.(8)Rost, Jürgen; A. Laustr?er & N. Rack. 2003. Kompetenzmodelle einer BNE. Praxis der Naturwissenschaften-Chemie in der Schule 8, 10-15.(9)Rost, Jürgen. 2006. Kompetenzstrukturen und Kompetenzmessung. Praxis der Naturwissenschaften -Chemie in der Schule 8, 5-8.，對此的理解是：有做出理性決策的能力和意愿，目的是在可以采取的行動中選擇能夠使相關體系朝最具可持續(xù)性方向發(fā)展的選項。把這一理解應用到對待生物的方式中，物種知識就不僅僅局限于對物種的樣式、特征、名稱或生存條件的了解，還包括真實設計能夠使物種生存的生物生境。(10)Hutter, Claus-Peter & K. Blessing Hrsg. 2010. Artenwissen als Basis für Handlungskompetenz zur Erhaltung der Biodiversit?t. Beitr?ge der Akademie für Natur- und Umweltschutz Baden-Württemberg 49. Stuttgart: Wiss. Verlagsgesellschaft.

1.4 教師專業(yè)化

具有學科教學知識是教師取得教學成功的先決條件。(11)Borowski, Andreas, B. Neuhaus, O. Teppner u.a. 2010. Professionswissen von Lehrkr?ften in den Naturwissenschaften (ProwiN) -Kurzdarstellung des BMBF-Projekts. ZfDN 16, 341-349.如果說教師的教學能力是影響教育質量的一個關鍵點，那么對學科教學知識的研究也必然有助于提高大學教育的效果。

學科教學知識(即PCK,Pedagotical content Knowlegde)包括學科知識、教育學知識以及學科教學法知識。 許多關于學科教學法的研究以舒爾曼(Shulman)(12)Shulman, Lee. 1987. Knowledge and teaching: foundations of the new reform. Harvard Educational Review, 57, 1-22.的基礎模型為出發(fā)點，對其不斷加以完善。(13)Baumert, Jürgen, & M. Kunter, M. 2006. Stichwort: Professionelle Kompetenz von Lehrkr?ften. Zeitschrift für Erziehungswissenschaft 9 (4), 469-520.(14)Kunter, Mareike, J. Baumert, W. Blum u.a. (Hrsg.). 2011. Professionelle Kompetenz von Lehrkr?ften - Ergebnisse des Forschungsprogramms COACTIV. Münster: Waxmann.很多工作組以PCK的各方面細節(jié)為對象展開研究。 在以測量數(shù)學和自然科學師范教育專業(yè)中的專業(yè)能力為主題的 KiL項目里，Gro?schedl(15)Gro?schedl, Jβrg. 2013. Universit?re Biologielehrerausbildung auf dem Prüfstand. BiuZ 3 (43), 147-149.談到了生物學教學法的雙重特征：它一方面離不開學科的專業(yè)知識，另一方面，它的功能是在生物學和教育學之間架起橋梁。目前，在歐洲生物學教學法的研究中(16)Gro?schedl, Jβrg, U. Harms, T. Kleic km ann & I. Glowinski. 2015. Preservice biology teachers’ professional knowledge: Structure and learning opportunities. Journal of Science Teacher Education 26, 291-318.，可持續(xù)發(fā)展教育、體系化能力(Systemkompetenz)、獲取知識的能力(通過實驗、使用顯微鏡)、教師扮演角色和學科選擇 (F?cherwahl)都是這一PCK模型的各個組成部分。(17)Gro?schedl, Jβrg, U. Harms, S. Herzog & M. Steffensky. 2017. F?cherkombination angehender Biologielehrkr?fte als Determinante der professionellen Kompetenz. Tagung der Fachsektion Didaktik der Biologie im VBiO September 2017. Halle-Wittenberg.根據(jù)對教學和科研產(chǎn)生了深遠影響的享譽國際的Hattie(哈蒂)研究，教學發(fā)展的基礎不能僅建立在自己認為取得的教學成果之上，而是更要把準確的研究結果作為依據(jù)。這一要求當然也適用于與研究大自然相關的戶外學習、戶外教育和可持續(xù)發(fā)展教育。

1.5 教學理念重建與學習者的興趣

近二十年來，在生物學教學法中,由Ulrich Kattmann創(chuàng)建的一種被稱為“教學理念重建”(didaktische Rekonstruktion)的創(chuàng)新方法扎根：進行教學設計時，如果把教學僅僅作為還原當前學科知識的過程來對待是不夠的。教育者和教育的目標群體共同參與學習過程本身的構建是必不可少的。通過廣泛的研究，我們得以知道哪些生物學內容容易激起哪些年齡組學生的學習動力，并發(fā)現(xiàn)，兩者之間的聯(lián)系是因為這些內容直接觸動到相關學生的興趣點。同時，我們也從研究中了解到哪些內容不適合激發(fā)哪些年齡組學生的學習動力。根據(jù)世界范圍內的ROSE研究(The Relevance of Science Education)(18)Holstermann, Nina & S. B?geholz. 2007. Interesse von Jungen und M?dchen an naturwissenschaftlichen Themen am Ende der Sekundarstufe I. ZfDN 13, 71-86.，可以確定，15歲的男孩們對技術應用、航空航天和具有危險性的事物更感興趣，而不是開花植物或飼養(yǎng)寵物。 而15歲的女孩子們則對人類生物學、衛(wèi)生與健康，甚至對超自然現(xiàn)象更感興趣，但不會對歐州中部的綠地分布圖或綠地減少發(fā)生興趣。然而，隨著幾年后個人情況發(fā)生變化，他們的興趣點也會發(fā)生轉移。因此，毫不奇怪，Hesse 在2000年(19)Hesse, Manfred. 2000. Erinnerungen an die Schulzeit -Ein Rückblick auf den erlebten Unterricht. Innsbruck: Studienverlag.證實，離開學校后，很多人在中學畢業(yè)后，回過頭來抱怨當時沒有在學校和周邊探索都有什么樣的動物和植物。雖然這些內容也屬于中學教學大綱中規(guī)定的教學內容，但它們要么對處在當時年齡階段的學習者來說引不起他們的興趣，要么是教師更側重于應對其他教學挑戰(zhàn)。因此，應當在學科教學法上做出努力，創(chuàng)造出提升學習者興趣的背景環(huán)境，以便至少能夠使他們對即時的學習場景發(fā)生興趣(20)Elster, Doris. 2007. Interessante und weniger interessante Kontexte für das Lernen von Naturwissenschaften. Erste Ergebnisse der deutschen ROSE-Erhebung. MNU 60 (4) 243-249.。

教師應當知道什么樣的背景環(huán)境是適合的，并把它納入到教學理念重建的范疇中。自從Deci和Ryan提出了內在動機理論以來，——但實際上是從上個世紀30年代以來，由Vygotskijs就“下一個發(fā)展領域”(Zone der n?chsten Entwicklung)所作論述以來(21)Vygotskij, Lev 2003. Ausgew?hlte Schriften. Band 1. Hrsg. J. Lompscher. Berlin: Lehmanns Media.——我們就知道動機對獲得學習成功有多么重要。盡管如此，我們在做教學方案時，還是會錯誤地把那些強制性的教學內容放在首位，而不是設法調動學生的學習或知識應用動力。(22)atzwauk, Paul. 2007. Aufgaben im Biologieunterricht-eine Analyse der Merkmale und des didaktisch-methodischen Einsatzes von Aufgaben im Biologieunterricht. Logos.

1.6 顯微鏡學知識作為知識獲取的能力

顯微鏡學在生物學和醫(yī)學中扮演至關重要的角色。使用顯微鏡是一種旨在“獲取知識的能力”，同時，它對于科學地分析細胞結構也是必不可少的。但是，在高中階段的生物課里，卻很少使用顯微鏡。(23)J?kel, Lissy 2016. Conventional and digital microscopy-Developing cell conceptual competences using the example of human biology. E-Book Proceedings of the ESERA Conference Sept. 2015, Helsinki: ESERA.

在我們的顯微鏡學能力模型中，我們的出發(fā)點是：顯微鏡學方面的知識和技能不能僅被視為實踐操作技術的范疇，還必須考慮其中隱含著的在解決問題過程意義上的腦力活動。以下是該模型的四個層級：

(1)層級1：與使用顯微鏡有關的所有基本實踐技能(實驗室作業(yè))；

(2)層級2：在不同認知情況下對顯微鏡用途的認識(發(fā)現(xiàn)魅力)；

(3)層級3：有目的地使用顯微鏡，用以闡釋問題或解釋科學現(xiàn)象(科學推理)；

(4)層級4：在恰當使用顯微鏡的同時，對生物的細胞結構在知識理論上有清楚的認識(知識觀)。

1.7 伴隨教學的并行研究

準教師們對生物學知識的興趣和態(tài)度是本文介紹的相關研究的出發(fā)點和主題。許多知識領域在生物學教育中至關重要，但卻幾乎不受到中學畢業(yè)生的重視。 我們觀察到，準教師們在他們大學學習開始的時候，對生物學領域的一些工作方法(例如使用顯微鏡)或內容(例如植物學)持保留態(tài)度，甚至厭惡。(24)J?kel, Lissy. 2014. Interest and Learning in Botanics, as Influenced by Teaching Contexts, In C.P. Constantinou, N. Papadouris & Hadjigeorgius (Eds.), E-Book Proceedings of the ESERA 2013 Conference (pp.12) Nicosia, Cyprus: ESERA.但是，他們在畢業(yè)后卻要作為教師把教學大綱中規(guī)定的這些領域的內容放到自己的教學中——這無疑是一個教學挑戰(zhàn)。 文章在下面將介紹多年來對師范專業(yè)學生能力發(fā)展展開的長期并行研究。

2 研究問題

第一，應用教學研究的結果是否可以提高準教師在細胞結構知識、應用顯微鏡和組織學研究問題三者之間建立聯(lián)系的能力？第二，旨在讓學生真實體驗自然現(xiàn)象的教學形式是否能夠有效向準教師傳授學科知識？戶外教育是否能夠顯示出可測量的學習效果？第三， 隨著師范學生戶外教學能力發(fā)生變化，他們在可持續(xù)利用自然資源方面的專業(yè)能力會發(fā)生什么樣的變化？

3 顯微鏡應用能力的研究方法

為了研究師范學生顯微鏡應用能力的發(fā)展情況(混合方法)，使用了以下方法：

(1)記錄眼動(eyetracking)；

(2)能力測試；

(3)調查心流體驗和要求調整(Anforderungspassung)的問卷；(25)Rheinberg, Falko, R. Vollmeyer & S. Engeser. 2003. Die Erfassung des Flow-Erlebens. Diagnostik von Motivation und Selbstkonzept Hrsg. J. Stiensmeier-Pelster & F. Rheinberg, G?ttingen: Hogrefe, 261-279.

(4)調查內在動機的簡短問卷。(26)Deci, Edward L. & R. M. Ryan. 2003. Intrinsic Motivation Inventory. Online unter: http://www.psych.rocherster.edu/SDT/measures/intrins.html. Zugriff 19.11.2009.

關于組織學上的相關工作，使用了原始的人體生物微制劑(originale humanbiologische Mikropr?parate)(Leitz顯微鏡D500)和在互動電子白板(采用智能技術)上的數(shù)字化組織學圖像，見圖1。

圖1 在互動電子白板上進行有關肺組織的協(xié)作工作

通過跟蹤眼動來記錄大學新生和專家對組織學圖像的觀察(例如12秒)，然后在一個屏幕上展示眼球以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到圖像刺激后的結構。受測試者的任務是要識別不同的細胞結構，例如視網(wǎng)膜感光細胞、脊髓中的運動神經(jīng)元、小腦中的浦肯野細胞。在記錄掃視和注視以及掃描路徑后，立即對受試者進行采訪，問他們在圖像上看到了什么。

在2013年至2015年之間，在Uwe Ilg和David J. Mack的支持下，圖賓根大學神經(jīng)生物學實驗室進行了非侵入式視頻眼動追蹤實驗(nichtinvasive Video-Okulografie)，(Arrington Research USB220，采樣頻率220Hz，空間分辨率0.01°)。注視數(shù)據(jù)是通過使用一個高質量的塔上架設式眼動儀(high Quality Tower Mounted Eye Tracker)獲取的，并使用了美國馬薩諸塞州內蒂克市MathWorks公司的Matlab軟件進行了分析。

從2015年開始使用遠程眼動儀(Remote Eyetracker, SMI提供的RED 250 mobile，采樣率250Hz，空間分辨率0.4°)測量眼動。就師范專業(yè)學生(n = 30)和來自其他領域學者(n = 30)的眼動行為收集了廣泛的數(shù)據(jù)并進行了對比。另外還把眼動數(shù)據(jù)和關于分析組織學圖像的能力測試結果進行了比較。在能力測試中，受測試者要根據(jù)自己的顯微鏡解釋熟悉的組織結構(范圍為0到5)。

4 顯微鏡應用能力的調查結果

多年來，在不同專業(yè)和年級學習人類生物學課程的所有師范學生都參加了就顯微鏡應用能力展開的調查研究，即在“原始顯微鏡學和互動電子白板上的組織學”之間進行的比較研究。

在一開始的時候拋出問題并介紹背景有助于學生理解應用顯微鏡的意義。就解決問題而言，對顯微鏡的心流體驗達到了與涂鴉或玩計算機游戲類似的高度，與講座課也有可比性(參見Rheinberg u.a. 2003)。

對要求的調整恰到好處，顯微鏡和互動電子白板都一樣。(27)Berg, Julia, L. J?kel & A. Penzes. 2016. Digital and Conventional Microscopy-Learning Effects Detected through Eye Tracking and the Use of Interactive Whiteboards. Universal Journal of Educational Research 4(6) 1319-1331.

觀察組織學圖像時掃視和注視的總數(shù)與受測試者的基礎知識沒有相關性(同上)。

但是對掃描路徑的定性分析揭示了受測試者因為什么在“苦思冥想”。在問題“目標區(qū)域”(興趣區(qū)域= AOI)結構上的注視從比例上看較為頻繁。以下圖2a、圖2b、圖2c說明了這一點：在學期的進行過程中，參加人類生物學研討課的學生，能力都得到了顯著提高(圖3)。

圖2a 具有豐富專業(yè)知識的受測試者的掃描路徑

注 釋：搜索視網(wǎng)膜的感光細胞(400倍的放大倍數(shù))，測量時間為12秒，共35次掃視和注視點，其中15個位于AOI，5個位于相鄰的雙極細胞。

圖2b 具有良好基礎知識，但在組織學領域知識薄弱的受測試者的掃描路徑

注 釋：共有32個注視點，6個注視點在AOI，4個注視點在雙極細胞。

圖2c 受測試者尋找感光細胞的掃描路徑

注釋：在感光細胞和雙極細胞之間的波動，共有36個注視點，其中11個在AOI，11個在雙極細胞。

圖3 解釋人體生物組織的能力測試復試結果

注 釋：Pretest:預測試 Zwischentest:中期測試 Posttest:后期測試Retina: 視網(wǎng)膜 Blutbild: 血液分析 Muskel: 肌肉 Alveolen:肺泡

2016年冬季學期，n = 78，每個圖像最高分為5，n=78時可接受的Cronbachsα為0.629。

5 關于戶外教學能力的研究方法

5.1 學習場所：生態(tài)花園

25年多來，在海德堡的生態(tài)花園里一直有一塊約5800平方米的示范地，用于展示在人類居住區(qū)對自然資源的生態(tài)化設計和利用。 多樣化的生物生境(Biotop)是多種類野生或養(yǎng)殖生物生存的基礎。在這里，生物學師范學生規(guī)劃、設計并反思針對中小學生的學習場景。在此過程中，教授會給他們深入的反饋。此外，生態(tài)花園還用于舉辦養(yǎng)蜂課程、項目研討會，以及為中小學校提供戶外課堂。

5.2 PCK-模型檢驗

自2016年以來，生物學師范學生系統(tǒng)性地參加了一項以檢驗PCK能力模型并測量不同模塊人才培養(yǎng)效果的調查研究。

基于Weusmann(28)Weusmann, Birgit. 2015. Biologie-und Sachunterricht im Freiland. überzeugungen zu einer wenig genutzten Unterrichtsform. Baltmannsweiler: Schneider.的戶外學習問卷被另外加入了可持續(xù)教育和戶外教學的元素。為了細化測量的層級，引入了七級評價體系。

自2016年以來，學習生物學相關模塊的所有師范學生都在夏季學期參加了PCK測量。2018年夏季參加的學生為n=200，在2019年夏季學期為n=246。

問卷以我們的PCK(29)Frie?, Sabrina, L. J?kel & U. Kiehne. 2016. The effect of school garden activities on preservice student teachers’ attitudes to teaching biology outside the classroom. Poster ESERA Conference Karlstad September 2016.模型為導向，由以下類別的檢驗項目組成：

(1)對待大自然的態(tài)度；

(2)就與戶外生物相處的知識和能力做自我評估；

(3)戶外課堂提供的教育機會；

(4)戶外課堂的局限性；

(5)戶外教學教學方法運用能力的自我評估；

(6)可持續(xù)發(fā)展教育方面教學方法運用能力的自我評估；

(7)戶外教學中的組織能力。

6 關于PCK 和戶外教學調查研究的結果

6.1 模型檢驗和相關因素

七級評價體系在此被認為是合適的(采用克朗巴哈系數(shù)Cronbach's alpha檢測每一級的項目)。在與Benjamin Tempel的合作共事下，我們基于一項驗證性因子分析(CFA)Muthén&Muthén 1998-2011 對我們的理論構建進行了分析。(30)J?kel, Lissy u.a. 2019. Heimische Vielfalt kennen, schützen, erhalten - Outdoor Teaching - Kompetenzen f?rdern und messen. Green, Outdoor and Environmental Education” in Forschung und Praxis. Hrsg. S. Schumann, P. Favre & A. Mollenkopf, Shaker Verlag, 109-141.結果顯示，在2018年的預測試中，在n = 200的情況下，有八個一致性因數(shù)(模型擬合參數(shù)：RMSEA = 0.044，TLI = 0.871，CFI = 0.876)，另外還有在2018年后期測試中的“組織能力”因素，即現(xiàn)在共有9個因素(模型擬合參數(shù)：RMSEA = 0.045，TLI = 0.901，CFI =0.905)。

可持續(xù)發(fā)展教育以及戶外教學中特定的學科教學法知識與能力也都同樣可以作為單獨因素得到證實。

與2018年一樣，2019年對各項指標和基于CFA的模型測試都取得了成功，見表1、圖4。

表1 2018年戶外教學影響因素概覽

圖4 含可持續(xù)發(fā)展教育和戶外教學的生物學教學PCK模型

6.2 問卷調查的總體結果

2018年的數(shù)據(jù)參見腳注32援引的文獻(31)Hergesell, David, S. Frie?, L. J?kel & U. Kiehne. 2018. Processes of professionalisation-Outdoor teaching and assessment of PCK. Poster ERIDOB Saragossa, Juli 2018.。

總體來說，生物學準教師對大自然的態(tài)度是積極的。但在向自然保護組織提供金錢資助的意愿方面有所保留。

另外，對在自己花園里大自然的態(tài)度所做的自我評估與對大自然的總體來說非常積極的態(tài)度有所不同。

學生認為，自己在生物學和園藝學的專業(yè)知識需要有明顯提高。許多學生沒有設計生物生境的能力，并在此提出自我批評。很多學生也沒有掌握修剪果樹的技能，并且不知道如何種植蔬菜或怎么對待微生物。但他們堅信，從教育學角度來看，戶外學習有利于環(huán)境教育，可以增進孩子們之間的聯(lián)系、鞏固學習成果。

學生們認為，戶外教學可能會產(chǎn)生的資金問題或時間和精力上的高投入不會成為較大的障礙。就帶孩子們到戶外學習而言，沒有什么顧慮。

表1中標記的參數(shù)是指發(fā)生變化的領域。

但是，由于受調查的學生參加生物學不同的研討課，所以調查結果中的平均值可能會掩蓋各個研討會的影響。因此，有必要仔細審視具體教學重點內容或措施產(chǎn)生的相關影響。因此，我們在2019年又使用了用于檢驗模型的問卷，以調查參加不同研討課的全體生物學師范學生的專業(yè)化發(fā)展情況。詳細結果如下：

6.3 2019年調查的詳細結果

(1)對大自然的總體態(tài)度。

屬于小學教育專業(yè)的師范學生(n = 20)，他們在一個學期內學習了兩個生物學領域的研討課，他們對大自然的總體態(tài)度幾乎沒有任何變化。只有在“我喜歡讓其他人注意到自然界中的事物”這一項有中度效應量的增長：預測試在七級評價體系中的平均值M = 5.86，標準差SD = 0.77，后期測試M = 6.33， SD = 0.76，Cohens d = 0.61(32)Hemmerich, W. (2019). Cohen’s d berechnen: StatistikGuru. Retrieved from https://statistikguru.de/rechner/cohens-d.html. Zugriff 12. 8.2019.。

與往年的調查一樣，學生對大自然的總體態(tài)度是積極的，高年級學生在這一類別的所有相關項上，通常在6或7級上打勾(七級評價體系)。但低年級學生則在有些相關項上比高年級學生的評價低。

在上述“我喜歡讓其他人注意到自然界中的事物”這一項，低年級學生的平均值(n=75)M=5.09，SD=1.43。上自然課第三個模塊的學生(n=20)，M=5.86，SD=0.77，而在中學或特殊教育的高年級學生中(n=18)，M=6.18，SD=1.04。

還在第一學期時，隨著學習的進行，就已經(jīng)發(fā)生了可測量的變化。第一學期三個月內的平均值發(fā)生了變化，但是，參加研討課的人數(shù)到后期也減少了。在模塊考試之前，學生還可以重新審視自己對該學科的態(tài)度。(后期測試n=75對后期測試n=41)。

(2)對在自己花園里大自然的態(tài)度

在不同師范專業(yè)里都有一些學生會在自己的花園中使用農(nóng)藥(七級評價體系，平均值M=3.0， SD=1.49)。

就對待自己花園里大自然的態(tài)度而言，在其中“我最想吃自己花園里的水果和蔬菜”這一項的評價最為積極。在此，基于七級評價體系，所有受測試者組的平均值都在6.6和6.7之間。

在“我會在自己的花園里為許多動物提供庇護所”這一項，高年級學生的評價較中學教育或特殊教育的低年級而言明顯較高。

表2 2019夏季學期調查項目示例

(3)對自然保護工作的支持。

與對大自然的普遍積極態(tài)度相比，支持自然保護組織的意愿明顯低得多(自然課里學生的預測試M=5.045，SD=1.13)。

這也構成了模型中的一個獨立因素。尤其是，盡管對大自然的態(tài)度較為積極，但學生普遍不太會考慮為自然保護組織提供金錢資助(自然課學生的預測試M=4.63，SD=1.21)。

然而，學生參加了在自然保護組織進行的、為期幾天的校外考察活動后，他們支持自然保護組織的意愿要高得多(文理高中教育碩士專業(yè)學生、中學教育第一階段和特殊教育專業(yè)參加較高年級模塊學習的學生n=18，預測試M=5.125，SD=1.36，后期測試M=5.36，SD=0.84;Cohens d=0.208)。

(4)戶外教學的組織能力。

為師范專業(yè)大學生設置的每個課程都旨在促進他們對課程教學內容的理解，以及培養(yǎng)他們的相關能力。在較高年級設置的戶外學習模塊規(guī)定了學生要每兩個星期在戶外給小學生上一次課，調查研究表明，這一措施取得了很好的效果。例如，學生在戶外教學的組織能力方面評價較高：預測試n=19，M=6.26，SD=0.933；后期測試n=15，M=6.67，SD=0.61(Cohens d=-0.52)。

(5)專業(yè)知識和園藝技能。

根據(jù)參加了戶外教學研討課的學生所做的自我評估，他們在識辨草甸植物(預測試n=19，M=5.25，SD=0.85；后期測試n=15，M=5.66，SD=0.89，Cohens d=0.471)或蔬菜栽培(預測試n=19，M=4.8，SD=1.15；后期測試n=15，M=5.6，SD=0.73，Cohend=0.831)方面的能力有了很大提高。這些主題根據(jù)中小學教學大綱都屬于教學內容。另一方面，果樹修剪不屬于戶外教學研討課的內容，在此可以觀察到學生對這方面知識的自我評估也很低(M=3.45，SD=1.70對M=4，SD=1.85，Cohensd=0.31)。

(6)戶外教學的學科教學知識。

學生們對戶外教學的優(yōu)勢表示肯定，因為這是一種很真實，并能夠提高學生積極性的一種教學方式。

學生們對戶外課堂可能出現(xiàn)意外事故的風險、成本或其他麻煩情況沒有什么顧慮。在七級評價體系中，選擇的等級大多為2(例如，針對戶外研討課學生的后期測試n=15，M=1.933，關于對意外事故的擔憂SD=1.03；“在戶外難以控制可能出現(xiàn)的情況”M=2.66，SD=1.44)。

即使是小的教學挑戰(zhàn)也可以為提高PCK起幫助作用。例如，一年級大學生就“我可以給孩子們布置不同的任務”所做評估從預測試M=5.575，SD=1.10變?yōu)楹笃跍y試M=5.95，SD=0.81(Cohensd=0.39)，在此的教學挑戰(zhàn)是，在研討課當中的一天，學生們要為兒童計劃、設計并反思一個關于植物主題的學習站。

7 結 語

在教學研究中經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的情況：當教學措施能夠取得的效果比較有限時，教師們就會較為失望，但盡管如此，若要提高教師教育的質量，離不開對實際能力進行誠實的測量。在本文介紹的PCK模型中，能力發(fā)展涉及學科教學知識、可持續(xù)發(fā)展教育、教育學知識和學科知識。

盡管主觀態(tài)度被認為是相對持久的人格特征，發(fā)生較快改變的可能性不大，但它在此還是屬于PCK模型的內容，因為人們應該是可以期望準老師對自己的學科是充滿“激情”的。在此，對第一學期新生所做調查的結果確實會有些令人驚訝，因為他們中有些人甚至自己都不喜歡觀察大自然。可以推測，并非所有的中學畢業(yè)生在開始大學學習時就找到了自己的使命。這種情況下，到第二學期結束時，海德堡師范學院的學生可以很容易地換一個專業(yè)。

同時，學生在生物學領域就專業(yè)知識和學科教學知識所做的自我評估與教師們在教學活動中所做的觀察吻合。我們看得出，學生在填寫問卷時做了切合實際的自我評估。

經(jīng)過數(shù)年對顯微鏡應用能力的研究，我們認識到眼動追蹤不太能夠揭示統(tǒng)計學上的某些相關性(33)J?kel, Lissy & J. Gerwien. 2017. Entwicklung eines Werkzeugs zur automatischen Evaluation der Performanz beim Mikroskopieren. Tagung FdDB im VBio Halle, September.，而更多的是必須從對眼動所做的記錄中得出定性結論。對相關數(shù)據(jù)進行定性的內容分析可以揭示理解上存在的問題，有助于通過布置面向問題的任務促進學生獲取顯微鏡應用能力。(34)J?kel, Lissy. 2012. Working with the microscope as a problem solving process. In C. Bruguière, A. Tiberghien & P. Clément (Eds.), E-Book Proceedings of the ESERA 2011 Conference: Science learning and Citizenship. Lyon, France.Crawfort(35)Crawford, Pat. 2014. From Inquiry to Scientific Practices in the Science Classroom. Handbook of Research on Science Education Volume II, Hrsg. Lederman, N. G. & Abell, S. K., New York and London: Routledge Taylor & Frieds Group, 515-541.把“基于問題的學習”(PBL)定義為“認知學徒制(cognitive apprenticeship)方法，它注重從解決問題的經(jīng)驗中學習，并同時促進對內容的學習和實踐”。 從學科專業(yè)教學法的視角來看，在此不僅僅是要完全理解那些已經(jīng)以其他方式傳授過的知識，而且還要明白，顯微鏡是獲取知識的必要手段。如果學生在新的學習情境下自己建議使用顯微鏡，那么這無疑是“基于問題的學習”取得的一項成功。

經(jīng)驗證明，有效的教學方法是交替采用顯微鏡學習和其他形式的實踐與理論學習，并讓學生能夠使用現(xiàn)代的數(shù)字化形式來表示所看到的內容，而不是通常的顯微圖。有些學生甚至把在中小學校對顯微鏡的使用選作為他們大學畢業(yè)論文的課題。教師職業(yè)的魅力之一是可以在職業(yè)生涯中不斷學習新東西，但是，專業(yè)知識的重要基礎是在大學學習時就奠定下來的。

我們可以不斷地觀察到，教師對與教學活動并行的學科教學研究得出的結果有時會感到失望，并擔心會收獲質疑和批評。但是，該調查研究的結果完全在預期范圍內。一些教師不再想做進一步的調查研究，但也有一些教師認為自我反思是有幫助的，并愿意嘗新的學科教學法，并在此基礎上創(chuàng)新他們的教學方案。

在關于教學效果的研究中，我們認為，研究的重點應是學生的學習成果和獲取的能力，而不是從學習者，即學生的角度考察教師的教學表現(xiàn)。

給學生布置任務被認為是生物學課程中對學習起幫助作用的重要工具，可以證明的是，它們會影響學習者信息獲取和信息處理過程的有效性。一起討論任務及其解決方案會對學習很有幫助，例如文中介紹的在互動電子白板上處理關于組織學的任務。

特別是針對顯微鏡的使用而言，布置任務的質量看起來對成功應用這種獲取知識的能力至關重要，并且這樣也會提高準教師們的學習動力。至于他們是否以后確實會跟自己的中小學生經(jīng)常使用顯微鏡，則需要經(jīng)過實證研究來證實。

另外，目前有一項博士研究正在就戶外教學展開實證研究，目的是了解師范教育中的教學重點在多大程度上改變中小學校的現(xiàn)實，以及在多大程度上影響教學文化。因為許多師范大學畢業(yè)生目前在就職的學校從事“學校花園”的工作，而過去二十年里，他們的母校一直把戶外教學作為師范教育的重點對待。在中小學的戶外教學中，學校的花園或校園在此扮演重要角色，因為在戶外很容易展開學習，并為跟孩子們一起設計生物生境創(chuàng)造條件。

關于PCK發(fā)展所做研究的結果證實了我們的假設，即與職業(yè)現(xiàn)實建立聯(lián)系的模塊容易調動起學生的學習動力。