高瀟怡，孫慧芳

(1.北京師范大學(xué)教育學(xué)部，北京 100875；2.北京教育學(xué)院，北京 100120)

一、前言

跨學(xué)科概念是當(dāng)前國(guó)際科學(xué)教育界關(guān)注的核心命題，美國(guó)、加拿大、澳大利亞、新加坡等發(fā)達(dá)國(guó)家都將其納入了國(guó)家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，作為學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的重要結(jié)果做出要求。[1]跨學(xué)科概念是科學(xué)學(xué)科知識(shí)的核心內(nèi)容，科學(xué)教師的跨學(xué)科概念理解是其專業(yè)素養(yǎng)的基本要素，是開展教學(xué)活動(dòng)的前提條件。[2]研究表明，科學(xué)教師對(duì)于科學(xué)概念的理解程度與學(xué)生的概念學(xué)習(xí)呈現(xiàn)正相關(guān)；[3]科學(xué)教師對(duì)跨學(xué)科概念的有效理解將有助于教師整體把握課程內(nèi)容，進(jìn)行良好的教學(xué)實(shí)施，最終促進(jìn)學(xué)生對(duì)跨學(xué)科概念的理解。[4]

把握教師跨學(xué)科概念理解的現(xiàn)狀，是提高科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的基礎(chǔ)與前提，也是教師科學(xué)培養(yǎng)與培訓(xùn)的依據(jù)。有研究顯示，對(duì)任何科學(xué)錯(cuò)誤概念的程度和性質(zhì)的評(píng)估對(duì)教師隨后進(jìn)行的科學(xué)培訓(xùn)非常重要。[5]因此，本研究對(duì)小學(xué)科學(xué)教師的跨學(xué)科概念理解進(jìn)行了測(cè)查，基于調(diào)查結(jié)果，為提升小學(xué)科學(xué)教師的跨學(xué)科概念理解提出了針對(duì)性建議。

二、研究設(shè)計(jì)

(一)被試

本研究根據(jù)北京市的地區(qū)劃分，選擇D、X、H、C、M等五個(gè)區(qū)，共選取285位教師為問卷調(diào)查對(duì)象，發(fā)放并回收問卷285份，其中無效問卷7份，有效問卷共278份，有效回收率為 97.54%。被試涵蓋了北京市五個(gè)主要地區(qū)，且基本覆蓋了各個(gè)年齡段、不同的專業(yè)背景、學(xué)歷水平，以及不同的工作經(jīng)歷，具有較好的代表性，具體情況見表1。

表1 被試分布一覽表

(二)研究方法

為全面探查小學(xué)科學(xué)教師對(duì)跨學(xué)科概念的理解，本研究綜合采用了測(cè)驗(yàn)、內(nèi)容分析以及概念圖幾種方法。

1.測(cè)驗(yàn)法

基于跨學(xué)科概念自身的特點(diǎn)，并結(jié)合我國(guó)小學(xué)科學(xué)課程與教材中的具體內(nèi)容，本研究確定了“能量”“結(jié)構(gòu)和功能”以及“系統(tǒng)”3個(gè)跨學(xué)科概念作為測(cè)查概念對(duì)教師進(jìn)行測(cè)查。我們從當(dāng)前已經(jīng)檢驗(yàn)且具有較高信效度的跨學(xué)科概念量表中抽取適宜題目，編制了“小學(xué)科學(xué)教師的跨學(xué)科概念”測(cè)驗(yàn)；經(jīng)過國(guó)內(nèi)外科學(xué)教育專家進(jìn)行內(nèi)容審定以及前測(cè)數(shù)據(jù)的信效度檢驗(yàn)后，進(jìn)一步對(duì)測(cè)驗(yàn)進(jìn)行了少量修訂，確保該測(cè)驗(yàn)對(duì)于北京市小學(xué)科學(xué)教師具有良好的適用性。

2.內(nèi)容分析法

為深入了解教師對(duì)跨學(xué)科概念的理解，分析其跨學(xué)科概念理解的基本特征，本研究聚焦“結(jié)構(gòu)與功能”和“能量”兩個(gè)跨學(xué)科概念，編制了開放性題目，探查教師個(gè)人的自發(fā)性理解和認(rèn)識(shí)，通過對(duì)教師的作答內(nèi)容進(jìn)行編碼和分析，探查了小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的廣度、深度以及學(xué)科整合性等基本特征。

3.概念圖法

概念圖是概念及概念之間關(guān)系的表達(dá)，繪制概念圖能夠體現(xiàn)出教師概念理解的程度。因此，本研究通過向科學(xué)教師出示一幅自然界中包含“能量”概念的真實(shí)圖景，請(qǐng)教師將自己聯(lián)想到的關(guān)于能量的全部?jī)?nèi)容以及它們之間的關(guān)系用概念圖表達(dá)出來，從而將教師內(nèi)在的能量概念理解外顯化。

(三)研究工具

1.問卷的編制及構(gòu)成

本研究根據(jù)我國(guó)小學(xué)科學(xué)課程與教材的內(nèi)容以及我國(guó)小學(xué)科學(xué)教師的師資水平，選擇了與內(nèi)容高度相關(guān)且我國(guó)科學(xué)教師較為了解的“能量”“結(jié)構(gòu)與功能”以及“系統(tǒng)”共3個(gè)跨學(xué)科概念編制問卷。問卷共有21題，第1-12題、第14題為單項(xiàng)選擇題，第13、15、16、17、18題為多項(xiàng)選擇題，第19、20題為開放性題目。其中第1-13題和第21題與“能量”相關(guān)，第1-13題來源于Park Mihwa和Xiufeng Liu開發(fā)的IDEA量表[6]以及周瑤[7]的碩士學(xué)位論文，第21題為自編開放性題目，即概念圖繪制；第14、15、20題和“結(jié)構(gòu)與功能”相關(guān)，第14、15題來源于Yang Yang[8]的博士學(xué)位論文，第20題為自編題目；第16-19題與“系統(tǒng)”相關(guān)，來源于廖婷婷[9]的碩士學(xué)位論文。

此外，本研究在每道題目之后設(shè)置了教師答對(duì)該題的確信程度，即信心指數(shù)，旨在提高客觀題的有效性，判斷教師猜測(cè)或者低效能等情況，以更客觀、科學(xué)地呈現(xiàn)科學(xué)教師對(duì)跨學(xué)科概念的理解現(xiàn)狀。

2.問卷的作答及計(jì)分方式

問卷量化處理部分為選擇題，每題3分，其中，單項(xiàng)選擇題選對(duì)記3分，選錯(cuò)或沒選記0分；多項(xiàng)選擇題選項(xiàng)選擇全面且正確記3分，有錯(cuò)選1項(xiàng)或漏選記2分，錯(cuò)選兩項(xiàng)以上記1分；無正確選項(xiàng)記0分。問卷的最終得分為被試各個(gè)題目所得分?jǐn)?shù)的和，總分越高，教師對(duì)跨學(xué)科概念的理解即越好。

3.問卷的信效度檢驗(yàn)

本問卷絕大部分試題來自于已有研究工具，自編題目為開放性，且經(jīng)由科學(xué)教育專家評(píng)審，可以保證該測(cè)驗(yàn)具有良好的內(nèi)容效度。在信度方面，本研究采用克隆巴赫系數(shù)法(Cronbach’s alpha)對(duì)問卷的內(nèi)在一致性程度進(jìn)行了檢驗(yàn)，見表2?？梢园l(fā)現(xiàn)，該問卷題目的克隆巴赫系數(shù)為0.776，信心指數(shù)的克隆巴赫系數(shù)為0.895，本研究的工具有較好的信度。

表2 小學(xué)科學(xué)教師的跨學(xué)科概念問卷內(nèi)在一致性信度

同時(shí)，本研究采用雙變量分析的方法對(duì)問卷的題目進(jìn)行了結(jié)構(gòu)效度檢驗(yàn)，以考察能量、結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)等各維度題目與跨學(xué)科概念整體理解的相關(guān)程度，如表3所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每個(gè)具體的跨學(xué)科概念得分與跨學(xué)科概念總分之間均存在顯著相關(guān)，表明本研究中使用的問卷具有良好的結(jié)構(gòu)效度。

表3 小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念問卷各維度的相關(guān)分析

在區(qū)分度方面，本研究將所有人的問卷總分由高到低進(jìn)行排序，然后取前27%和后27%的臨界點(diǎn)上的學(xué)生成績(jī)作為高低分組的臨界點(diǎn)，對(duì)高分組和低分組的兩組樣本進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。我們發(fā)現(xiàn)，兩組樣本的顯著性P<0.001，遠(yuǎn)低于0.05，表明本研究問卷具有良好的區(qū)分度。

表4 問卷得分為高分組和低分組的獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)

三、研究結(jié)果

(一)小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的水平

教師回答問卷的總得分可以反映出小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的水平。因此，本研究統(tǒng)計(jì)了所有樣本得分的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值和最小值，如表5所示。描述性統(tǒng)計(jì)顯示，小學(xué)科學(xué)教師的跨學(xué)科概念問卷整體百分制平均分為65.3763，標(biāo)準(zhǔn)差為18。我們可以發(fā)現(xiàn)，小學(xué)科學(xué)教師的跨學(xué)科概念問卷整體均分并不高，剛剛超過及格線；標(biāo)準(zhǔn)差較大，即小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的離散程度比較高，存在較大的個(gè)體差異。

表5 小學(xué)科學(xué)教師的跨學(xué)科概念問卷得分情況

為了進(jìn)一步了解小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的主要分布情況，我們根據(jù)總分的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差將教師的跨學(xué)科概念理解劃分為4個(gè)水平，水平1為小于M-SD、水平2為M-SD——M、水平3為M——M+1SD、水平4為大于M+SD。由于水平2之后的分?jǐn)?shù)才達(dá)到及格線，故將水平2確定為差。水平1至水平4依次為很差、差、中等、良好，如表6所示。

表6 小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解整體水平劃分

據(jù)此，對(duì)持有不同跨學(xué)科概念理解水平的教師可做出水平分布直方圖，如圖1所示。跨學(xué)科概念理解整體水平為“很差”的教師占11.2%，31.6%的教師跨學(xué)科概念理解水平達(dá)到“差”，44.2%的教師跨學(xué)科概念理解達(dá)到“中等”水平，理解達(dá)到“良好”水平的教師占比為13%。

圖1 小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解 整體水平分布直方圖

對(duì)于具體的跨學(xué)科概念，本研究將每個(gè)概念的總得分除以題量，得到該概念的平均分，來標(biāo)識(shí)教師對(duì)這一概念的理解水平。我們對(duì)所有教師三個(gè)概念的得分進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)，得到所有樣本在三個(gè)概念上的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，其結(jié)果如表7所示。

表7 小學(xué)科學(xué)教師在不同跨學(xué)科概念上的得分情況

可以發(fā)現(xiàn)，教師對(duì)“能量”這一跨學(xué)科概念的理解較好，均值高且分布情況尚可；其次是“結(jié)構(gòu)與功能”，教師對(duì)“結(jié)構(gòu)與功能”概念的理解得分較高，但離散程度最大，也就是教師個(gè)體間的差異較大；教師理解最差的概念是“系統(tǒng)”，得分均值小且離散程度也小，說明教師對(duì)“系統(tǒng)”的理解為很穩(wěn)定的不好，亟待發(fā)展與提升。

(二)小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的特征

1.小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解呈現(xiàn)“高信心指數(shù)錯(cuò)解”

為提高客觀題的評(píng)價(jià)能力，本研究在每道題目后面增加了信心指數(shù)，即“你答對(duì)該題的確信程度”。信心指數(shù)是指?jìng)€(gè)體對(duì)自己表現(xiàn)水平的評(píng)估。基于信心指數(shù)的輔助性作用并降低教師答題的時(shí)間成本，本研究的信心指數(shù)采用三點(diǎn)量度，即確信、一般、不確信，分別計(jì)分為3分、2分、1分。

本研究對(duì)各題的信心指數(shù)平均值(CF)、正確置信度(CFC)、錯(cuò)誤置信度(CFW)以及信心指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差(CDQ)進(jìn)行了計(jì)算，并進(jìn)行了百分制轉(zhuǎn)換，具體值見表8。其中，正確置信度為回答正確教師的信心指數(shù)平均值，對(duì)于多選題，則將該題得分為3分和2分的教師信心指數(shù)值按人數(shù)比例計(jì)算均值；錯(cuò)誤置信度為回答錯(cuò)誤教師的信心指數(shù)平均值，多選題的錯(cuò)誤置信度為該題得分0分和1分的教師信心指數(shù)值按人數(shù)比例計(jì)算均值。

已有研究將信心指數(shù)以50%為界，在回答正確的情況下，信心指數(shù)小于50%，可以判定為猜測(cè)，信心指數(shù)大于等于50%，即教師理解科學(xué)概念；在回答錯(cuò)誤的情況下，如果信心指數(shù)大于等于50%，即存在錯(cuò)誤概念，若信心指數(shù)小于50%，則表明教師缺乏知識(shí)。[10]

從表8我們可以看出，科學(xué)教師對(duì)于問卷題目的整體信心指數(shù)在66～90之間，平均值為79，信心指數(shù)較高。同時(shí)，正確置信度范圍在65～93之間，個(gè)別題目回答正確的教師的信心指數(shù)較低，可能存在低效能或者猜測(cè)的情況，例如第16題、第17題。這與問卷得分反映的情況相一致，教師對(duì)系統(tǒng)概念的理解相對(duì)較差。整體來看，教師在“能量”概念上的正確置信度高于“結(jié)構(gòu)與功能”，高于“系統(tǒng)”。

同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，教師的錯(cuò)誤置信度非常高，每一道題目的錯(cuò)誤置信度都高于50%，甚至都高于60%。尤其是第4題、第14題、第17題等題目，內(nèi)容涉及到能量耗散、在陌生情境中識(shí)別“結(jié)構(gòu)與功能”以及系統(tǒng)的輸出等，可見，小學(xué)科學(xué)教師在這幾個(gè)方面存在較為“頑固的”錯(cuò)誤理解。較高程度的錯(cuò)誤置信度表明回答錯(cuò)誤的教師對(duì)自己的選擇非常自信，教師的跨學(xué)科概念理解呈現(xiàn)出“高信心指數(shù)錯(cuò)解”情況。可以判定，小學(xué)科學(xué)教師在跨學(xué)科概念上存在錯(cuò)誤概念，還需要更進(jìn)一步的研究來探查教師具體的錯(cuò)誤概念進(jìn)而促進(jìn)科學(xué)教師的概念轉(zhuǎn)變。

表8 問卷各題的信心指數(shù)相關(guān)值

2.小學(xué)科學(xué)教師對(duì)具體跨學(xué)科概念的理解具有較高的一致性

本研究選擇了“能量”“結(jié)構(gòu)與功能”以及“系統(tǒng)”三個(gè)具體的跨學(xué)科概念進(jìn)行測(cè)查，發(fā)現(xiàn)小學(xué)科學(xué)教師對(duì)三個(gè)概念的理解水平存在不同。在此基礎(chǔ)上，我們探索了教師關(guān)于這三個(gè)概念理解之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)小學(xué)科學(xué)教師對(duì)這三個(gè)跨學(xué)科概念的理解水平存在突出的一致性。本研究采用皮爾遜相關(guān)分析對(duì)能量、結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)三個(gè)概念的得分進(jìn)行了相關(guān)性檢驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 小學(xué)科學(xué)教師具體跨學(xué)科概念理解之間的相關(guān)分析

檢驗(yàn)結(jié)果顯示，教師對(duì)能量、結(jié)構(gòu)與功能以及系統(tǒng)的理解之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著正相關(guān)。其中，教師的“能量”概念理解與教師的“系統(tǒng)”概念理解之間的相關(guān)系數(shù)r=0.525，即教師對(duì)能量概念的理解與教師對(duì)系統(tǒng)概念的理解之間存在強(qiáng)相關(guān)；同時(shí)，教師的“能量”概念理解與教師的“結(jié)構(gòu)與功能”概念理解之間的相關(guān)系數(shù)r=0.428，教師的“系統(tǒng)”概念理解與教師的“結(jié)構(gòu)與功能”概念理解之間的相關(guān)系數(shù)r=0.328，二者均呈現(xiàn)中等相關(guān)。

美國(guó)《K-12科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨學(xué)科概念、核心概念》指出，不同的跨學(xué)科概念之間是相互關(guān)聯(lián)的，對(duì)能量、結(jié)構(gòu)與功能的理解能夠幫助理解系統(tǒng)概念，[11]本研究得到的結(jié)果與《框架》中的觀點(diǎn)相一致?？鐚W(xué)科概念之間即存在聯(lián)系，能量的守恒往往是在系統(tǒng)中判定的，而系統(tǒng)的功能會(huì)受到部件結(jié)構(gòu)的影響。在我們的研究結(jié)果中，教師的“能量”概念理解和“結(jié)構(gòu)與功能”的概念理解都與“系統(tǒng)”理解相關(guān)，但“能量”與“系統(tǒng)”之間相關(guān)性最高，而 “結(jié)構(gòu)與功能”和“系統(tǒng)”之間相關(guān)性略低。

從概念本身來看，“能量”和“結(jié)構(gòu)與功能”在內(nèi)容上并沒有非常直接的聯(lián)系，但是在我們的研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，教師對(duì)“能量”概念的理解與教師對(duì)“結(jié)構(gòu)與功能”概念的理解之間也存在中等相關(guān)。我們認(rèn)為，不論是能量、系統(tǒng)還是結(jié)構(gòu)與功能，都反映出了教師的跨學(xué)科概念理解情況，不同的概念理解之間存在相關(guān)這也從側(cè)面反映出本研究設(shè)計(jì)的合理性，即教師對(duì)“能量”“結(jié)構(gòu)與功能”以及“系統(tǒng)”三個(gè)具體的跨學(xué)科概念的理解可以良好地代表教師的整體跨學(xué)科概念理解水平。

3.小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的廣度和深度不足

廣度和深度是表征小學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的重要指標(biāo)。本研究中，主要采用教師在開放性題目中的回答來分析教師跨學(xué)科概念理解的廣度和深度。我們將小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的學(xué)科領(lǐng)域和主題分布作為分析廣度的依據(jù)，并基于跨學(xué)科概念內(nèi)容情境的專業(yè)性來分析教師跨學(xué)科概念理解的深度。

(1)小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的廣度不足

在廣度方面，我們以“結(jié)構(gòu)與功能”為例，統(tǒng)計(jì)了小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解內(nèi)容的學(xué)科領(lǐng)域分布情況，結(jié)果如圖3所示。在學(xué)科領(lǐng)域方面，有9%的教師只闡述了“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”這一關(guān)系內(nèi)容，并未從學(xué)科領(lǐng)域的角度進(jìn)行舉例說明；74%的教師的解釋只涉及一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域；包含兩個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的教師占比為14%；而三個(gè)學(xué)科領(lǐng)域都涉及的教師僅有3%。整體而言，僅有一成多的教師能夠從兩個(gè)或三個(gè)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)容出發(fā)來闡釋跨學(xué)科概念，體現(xiàn)出教師跨學(xué)科概念理解廣度不足，亟需拓展。

圖3 小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的學(xué)科領(lǐng)域廣度分布

除學(xué)科領(lǐng)域外，本研究還對(duì)教師回答的內(nèi)容主題數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。有72%的教師只涉及到一個(gè)主題；18%的教師回答中包含了兩個(gè)主題；回答包含三個(gè)主題的教師占比為7%，四個(gè)主題的教師僅占3%，具體見圖4。教師對(duì)跨學(xué)科概念的理解需要在不同的情境中反復(fù)使用，而調(diào)查結(jié)果顯示僅有不到三成的教師會(huì)從多個(gè)內(nèi)容主題出發(fā)對(duì)“結(jié)構(gòu)與功能”進(jìn)行解釋，反映出教師跨學(xué)科概念理解的廣度不足。

圖4 小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的主題廣度分布

(2)小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的深度不足

本研究將以“能量”概念為例，對(duì)小學(xué)科學(xué)教師的跨學(xué)科概念理解深度進(jìn)行分析。研究者們往往將“能量”劃分為能量的形式、能量的轉(zhuǎn)化、能量守恒與能量耗散等四個(gè)維度，并且這四個(gè)維度的理解難度依次遞增。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，教師對(duì)能量耗散的理解情況非常糟糕，百分制平均分僅有61.47分，能量守恒得分為69.69分；相對(duì)于能量轉(zhuǎn)化的74.40分和能量形式的71.59分，存在較大差距。

在開放性題目中，也得到了相似的結(jié)果，僅有2位科學(xué)教師在回答中提到了能量耗散或者能量以熱能的形式散失，反映出只有極少的教師從能量耗散的角度進(jìn)行思考。能量守恒和能量耗散是表征教師能量概念理解深度的重要指標(biāo)，而小學(xué)科學(xué)教師在這兩個(gè)維度的理解情況較差，表明教師在“能量”這一跨學(xué)科概念上的深度不足。

此外，在內(nèi)容情境方面，僅有10%的科學(xué)教師能超出小學(xué)科學(xué)的內(nèi)容范圍來回答能量在各領(lǐng)域中的具體概念，例如“光合作用、呼吸作用、聚變裂變、化學(xué)反應(yīng)、機(jī)械能守恒”等內(nèi)容主題。也就是說，90%的教師在闡釋能量概念時(shí)，僅僅利用了小學(xué)科學(xué)范圍內(nèi)的相關(guān)知識(shí)，同樣體現(xiàn)出教師跨學(xué)科概念理解的淺表性。

4.小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的學(xué)科整合性較差

跨學(xué)科概念最本質(zhì)的特征就是其跨學(xué)科性，即在各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中都具有解釋性價(jià)值。因此，科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的學(xué)科整合性是表征教師跨學(xué)科概念理解程度的重要指標(biāo)。本研究以“能量”概念為例，采用開放性任務(wù)測(cè)試教師概念理解的學(xué)科整合性。關(guān)于教師跨學(xué)科概念理解整合水平的設(shè)定，我們依據(jù)SOLO分類法做了對(duì)應(yīng)，設(shè)定了3個(gè)整合水平，每個(gè)水平的定義描述見表9。之后，依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，本研究對(duì)教師的回答進(jìn)行了水平標(biāo)定以及百分比統(tǒng)計(jì)。圖5為不同水平的科學(xué)教師占比情況，圖6是某教師對(duì)能量概念的跨學(xué)科解釋。

表9 學(xué)科整合水平定義

圖5 不同學(xué)科整合水平教師分布直方圖

圖6 某教師對(duì)能量概念的跨學(xué)科回答

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，處于水平1單學(xué)科水平的教師占比為20%；多學(xué)科水平的教師占比最高，為52%；有28%的科學(xué)教師達(dá)到跨學(xué)科水平?？梢?，有大約八成的教師能夠從不同學(xué)科領(lǐng)域的角度認(rèn)識(shí)“能量”，但達(dá)到跨學(xué)科理解水平的教師比例仍然較少。因此，小學(xué)科學(xué)教師對(duì)于各學(xué)科領(lǐng)域中與能量相關(guān)的內(nèi)容較為清楚，但是對(duì)于領(lǐng)域間內(nèi)容聯(lián)系的認(rèn)識(shí)仍較為不足。

小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的學(xué)科整合性較差，主要體現(xiàn)為概念理解處于跨學(xué)科水平的教師人數(shù)不足。有72%的小學(xué)科學(xué)教師并不能夠?qū)⒖鐚W(xué)科概念在不同學(xué)科領(lǐng)域中的內(nèi)容相聯(lián)系，這會(huì)直接影響到科學(xué)教學(xué)，影響到學(xué)生科學(xué)概念的“打通”和建構(gòu)。因此，小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的學(xué)科整合性亟需提高。

四、研究建議

基于調(diào)查所發(fā)現(xiàn)的小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解仍較為薄弱的現(xiàn)狀，本研究認(rèn)為，可以從職前科學(xué)教師的培養(yǎng)、在職教師的培訓(xùn)和教研以及教師的自我發(fā)展等角度，為提升教師的跨學(xué)科概念理解采取針對(duì)性措施。

(一)職前教師的培養(yǎng)要指向教師完整學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

小學(xué)科學(xué)的最大特點(diǎn)之一就是綜合性，科學(xué)教師需要掌握各學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)，并通過內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行跨學(xué)科整合。然而調(diào)查結(jié)果顯示，小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的廣度和深度不足，且學(xué)科整合性差，亟待提高。因此，職前教師的培養(yǎng)需要指向其學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的建構(gòu)，打破各學(xué)科間的界限，建立各個(gè)學(xué)科間的橫向聯(lián)系，構(gòu)造完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

很多發(fā)達(dá)國(guó)家關(guān)于跨學(xué)科概念的研究都早于我國(guó)，成果也較為豐富，并且在課標(biāo)和教材中都有所體現(xiàn)；此外，有關(guān)跨學(xué)科概念的成果也體現(xiàn)在STEM等項(xiàng)目和相關(guān)研究與實(shí)踐中。職前教師的培養(yǎng)應(yīng)密切跟進(jìn)國(guó)際科學(xué)教育的發(fā)展和前沿動(dòng)態(tài)，在課程模塊中設(shè)置相關(guān)的內(nèi)容反映國(guó)際科學(xué)教育有關(guān)跨學(xué)科概念研究與實(shí)踐的新進(jìn)展，拓展小學(xué)科學(xué)職前教師的視野。同時(shí)，在原有分領(lǐng)域和學(xué)科所設(shè)置的職前科學(xué)教師培養(yǎng)內(nèi)容中，應(yīng)該著眼跨學(xué)科概念關(guān)照不同學(xué)科內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)，探索不同領(lǐng)域內(nèi)容在跨學(xué)科概念意義上的聯(lián)結(jié)與統(tǒng)整的方式，并通過多種形式拓展教師對(duì)跨學(xué)科概念的理解，從而幫助職前教師完善自身的科學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升跨學(xué)科概念理解水平。

(二)教師培訓(xùn)與教研活動(dòng)需進(jìn)一步強(qiáng)化跨學(xué)科概念的相關(guān)內(nèi)容

教師培訓(xùn)是發(fā)展在職科學(xué)教師跨學(xué)科概念理解的重要途徑。在調(diào)查過程中我們發(fā)現(xiàn)，教研活動(dòng)是影響教師跨學(xué)科概念理解的關(guān)鍵因素，是教師了解跨學(xué)科概念的主要來源。在前面的分析中可知，小學(xué)科學(xué)教師對(duì)“結(jié)構(gòu)和功能”這一跨學(xué)科概念理解較好，這與教研活動(dòng)中對(duì)“結(jié)構(gòu)和功能”的關(guān)注密不可分。

因此，在教師培訓(xùn)與教研活動(dòng)中，依然需要進(jìn)一步強(qiáng)化跨學(xué)科概念。首先，要關(guān)注教師對(duì)于跨學(xué)科概念價(jià)值的了解與認(rèn)同，切實(shí)幫助教師理解跨學(xué)科概念在科學(xué)概念體系中的地位，及其對(duì)于科學(xué)教學(xué)以及學(xué)生科學(xué)概念理解的重要價(jià)值。其次，加強(qiáng)跨學(xué)科概念與不同學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)容之間的對(duì)應(yīng)。盡管“結(jié)構(gòu)與功能是生命科學(xué)領(lǐng)域要解決的關(guān)鍵問題”已經(jīng)成為科學(xué)教師的共識(shí)，但教師對(duì)于“結(jié)構(gòu)與功能”也會(huì)體現(xiàn)在物質(zhì)科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、技術(shù)與工程等領(lǐng)域還不盡理解。因此，教研活動(dòng)中充分體現(xiàn)對(duì)跨學(xué)科概念在不同領(lǐng)域內(nèi)容之間的對(duì)應(yīng)的聯(lián)系將有助于深化教師對(duì)跨學(xué)科概念的理解。第三，關(guān)注教師理解較為薄弱的跨學(xué)科概念。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)教師對(duì)“系統(tǒng)”概念的理解不足，對(duì)“能量耗散”的理解仍待提高，需要教師培訓(xùn)和教研活動(dòng)給予進(jìn)一步的關(guān)注和強(qiáng)調(diào)。

(三)科學(xué)教師需不斷深化對(duì)科學(xué)教學(xué)文本的詮釋與思考

小學(xué)科學(xué)教師對(duì)于小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、不同版本的小學(xué)科學(xué)教材等教學(xué)文本的詮釋與解構(gòu)是影響教師跨學(xué)科概念理解甚至教師學(xué)科專業(yè)知識(shí)的重要因素。我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，對(duì)跨學(xué)科概念理解較好的科學(xué)教師本身具有較強(qiáng)的文本詮釋與思考的能力，即不僅熟悉和鉆研教材，而且善于對(duì)教材中所包含的學(xué)科概念進(jìn)行架構(gòu)和分析，具備在橫向和縱深兩個(gè)層面解讀思考重要的科學(xué)概念內(nèi)容的能力，從而實(shí)現(xiàn)了教師對(duì)相關(guān)跨學(xué)科概念的較好理解。有研究者指出，教師的專業(yè)知識(shí)需要經(jīng)歷學(xué)科知識(shí)課程化、課程知識(shí)教學(xué)化以及教學(xué)知識(shí)學(xué)科化的過程。[12]也就是說，教師在進(jìn)行教學(xué)的過程中，需要通過對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材等進(jìn)行解構(gòu)和詮釋，結(jié)合自身的思考與反思，進(jìn)而在教學(xué)實(shí)踐過程中促進(jìn)學(xué)科知識(shí)的發(fā)展和建構(gòu)。

在調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)教師對(duì)于課標(biāo)的研讀情況較好，對(duì)教材的鉆研則仍顯不足。教師在閱讀教材具體內(nèi)容的同時(shí)，需要深入鉆研教材內(nèi)容體系的編排，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)教材所包含的學(xué)科概念內(nèi)容的貫通理解。事實(shí)上，教師對(duì)跨學(xué)科概念的理解本身是一個(gè)不斷發(fā)展和完善的過程，除了受制于專業(yè)學(xué)習(xí)和受教育經(jīng)歷，更需要教師個(gè)人不斷對(duì)科學(xué)教學(xué)文本進(jìn)行閱讀與思考，“打通”課標(biāo)、教材以及相關(guān)文獻(xiàn)資料，從而實(shí)現(xiàn)自身專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)以及跨學(xué)科概念理解的不斷完善和發(fā)展。