韓葵葵 胡衛(wèi)平 王碧梅

(陜西師范大學(xué)現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710062)

2007年，我們系統(tǒng)總結(jié)了20世紀(jì)50年代以來(lái)國(guó)際科學(xué)教育的研究趨勢(shì)，提出了科學(xué)教育研究的未來(lái)展望，發(fā)表在《華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(教育科學(xué)版)》2007年第4 期。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，學(xué)習(xí)理論、學(xué)習(xí)科學(xué)的進(jìn)展，科學(xué)教育研究有了快速的發(fā)展。本研究系統(tǒng)分析了國(guó)際科學(xué)教育領(lǐng)域四種著名的期刊《科學(xué)教育》(美國(guó))、《國(guó)際科學(xué)教育雜志》(英國(guó))、《科學(xué)教育研究》(美國(guó))和《科學(xué)教育研究雜志》(澳大利亞)2008-2013年發(fā)表的文章，結(jié)果表明:國(guó)際科學(xué)教學(xué)心理研究領(lǐng)域主要集中在概念學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)環(huán)境、探究教學(xué)、教師研究等方面，占到總論文的70%以上。下面就這些方面的研究進(jìn)展作一綜述，并分析研究趨勢(shì)。

一、概念學(xué)習(xí)注重核心概念和學(xué)習(xí)進(jìn)階

科學(xué)教育研究者普遍認(rèn)為，概念學(xué)習(xí)是科學(xué)教育的主要目標(biāo)，以往的研究主要集中在概念發(fā)展、概念轉(zhuǎn)變和概念圖三個(gè)方面，研究主題幾乎涉及到科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著學(xué)習(xí)理論和學(xué)習(xí)科學(xué)研究的不斷深入，核心概念和學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究得到重視。

科學(xué)教育的目標(biāo)不是去獲得一大堆由事實(shí)和理論堆砌的知識(shí)，而應(yīng)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)趨向于核心概念的進(jìn)展過(guò)程。核心概念是某個(gè)知識(shí)領(lǐng)域的中心，是一種教師希望學(xué)生理解并能得以應(yīng)用的概念性知識(shí)，這些知識(shí)必須清楚地呈現(xiàn)給學(xué)生，以便學(xué)生理解與他們生活相關(guān)的事件和現(xiàn)象。2011年7月，美國(guó)頒布了《K-12年級(jí)科學(xué)教育框架:實(shí)踐、跨領(lǐng)域概念和核心概念》(A Framework For K-12 Science Education-Practices，Crosscutting Concepts，and Core Ideas，以下簡(jiǎn)稱《框架》)。《框架》主要的特色之一就是強(qiáng)調(diào)K-12 的科學(xué)和工程教育應(yīng)把重點(diǎn)放在跨學(xué)科的一些重要概念和各學(xué)科有限數(shù)量的核心概念。隨著科學(xué)教育研究的不斷深入，研究者也在不斷賦予核心概念新的內(nèi)涵，并開展對(duì)各領(lǐng)域中核心概念的研究和分析，如物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的核心概念(Cooper，Corley，＆ Underwood，2013)、納米科學(xué)的核心概念(Stevens，Sutherland，Schank，＆ Krajcik，2007;Stevens，Sutherland，＆ Krajcik，2009)、天文學(xué)的核心概念(Lelliott ＆ Rollnick，2010)以及核心概念的呈現(xiàn)方式(Brooks，2009)等。

科學(xué)教育領(lǐng)域第一次正式提出學(xué)習(xí)進(jìn)階(Learning Progressions)是在2004年。美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)(National Research Council，2007)指出:“學(xué)習(xí)進(jìn)階(Learning Progressions)是對(duì)學(xué)生連貫且逐漸深入的思維方式的描述。在較大時(shí)間跨度內(nèi)(6-8年)，學(xué)生學(xué)習(xí)和研究某一概念或主題時(shí)，這些思維方式是依次進(jìn)階的?！薄犊蚣堋分赋?科學(xué)學(xué)習(xí)是一種將科學(xué)解釋概念化(conceptualize)的過(guò)程，這一過(guò)程可以通過(guò)學(xué)習(xí)進(jìn)階的形式表現(xiàn)出來(lái)。學(xué)習(xí)進(jìn)階實(shí)質(zhì)上就是對(duì)核心概念的理解的逐級(jí)深入和持續(xù)發(fā)展(Alonzo＆ Steedle，2009)。通過(guò)學(xué)習(xí)進(jìn)階，發(fā)展學(xué)生對(duì)核心概念的理解，幫助學(xué)生形成良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)、深度理解科學(xué)概念、提高解決問(wèn)題的能力，已經(jīng)成為當(dāng)代基礎(chǔ)教育科學(xué)課程改革的核心理念(Duncan ＆ Rivet，2013)。

自從學(xué)習(xí)進(jìn)階提出之后，相關(guān)的研究主要有以下幾個(gè)方面:第一，基于核心概念構(gòu)建和呈現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階。學(xué)習(xí)不僅僅是為了要知道一系列的科學(xué)事實(shí)，更重要的是要圍繞核心概念構(gòu)建知識(shí)體系和模型，并廣泛運(yùn)用科學(xué)概念解釋自然現(xiàn)象。構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階的方法可以分為逐級(jí)進(jìn)展法(escalated approach)和全景圖法(landscape approach)兩種類型。第二，考察學(xué)生理解核心概念的真實(shí)路徑。學(xué)習(xí)進(jìn)階的起點(diǎn)(the lowest level)是“學(xué)生入學(xué)時(shí)的(前)概念和推理”，終點(diǎn)(the highestlevel)是“學(xué)習(xí)目標(biāo)”，同時(shí)存在多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的中間水平(intermediate levels)。學(xué)習(xí)進(jìn)階描述學(xué)生對(duì)核心概念的認(rèn)識(shí)是如何不斷發(fā)展的，這些水平反映了學(xué)生的思維發(fā)展過(guò)程(Neumann，Viering，Boone，＆ Fischer，2013)。Mohan(2009)構(gòu)建了小學(xué)4年級(jí)至高中“生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)”的學(xué)習(xí)進(jìn)階，給不同年級(jí)的學(xué)生呈現(xiàn)不同的學(xué)習(xí)主題，以幫助學(xué)生在原有理解的基礎(chǔ)上不斷深化對(duì)該知識(shí)的理解。Jin(2012;2013)又分別構(gòu)建了小學(xué)4年級(jí)至高中“生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞”和“物質(zhì)—能量”的學(xué)習(xí)進(jìn)階框架。第三，開發(fā)學(xué)習(xí)進(jìn)階的評(píng)價(jià)工具。學(xué)習(xí)進(jìn)階通常含有一套從開發(fā)、驗(yàn)證到使用的完整評(píng)估方法，研究者已經(jīng)開發(fā)出各種評(píng)測(cè)工具，用以探查學(xué)生在一定時(shí)間跨度內(nèi)的概念理解過(guò)程，并描繪出學(xué)生學(xué)習(xí)的多個(gè)成就水平。Neumann(2013)建構(gòu)了“能量”的學(xué)習(xí)進(jìn)階，并用能量概念評(píng)價(jià)工具(The Energy Concept Assessment)評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)能量的理解水平。教師基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的測(cè)評(píng)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)水平的充分了解，以此為依據(jù)選擇合適的教學(xué)方式和策略。

二、學(xué)習(xí)環(huán)境重視技術(shù)支撐和模型建構(gòu)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，技術(shù)支持的學(xué)習(xí)環(huán)境得到了不斷更新和發(fā)展，越來(lái)越多的此類產(chǎn)品用于支持學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)以及相關(guān)能力的培養(yǎng)，一般而言，根據(jù)學(xué)習(xí)者使用技術(shù)的方式可以將學(xué)習(xí)環(huán)境分為三種，一是以多種信息(如文本、圖表、圖形、聲音、視頻等)方式呈現(xiàn)的多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境;二是允許學(xué)習(xí)者直接操作和使用的多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境;三是允許學(xué)習(xí)者對(duì)這些表征直接操作的計(jì)算機(jī)仿真學(xué)習(xí)環(huán)境。

近幾年來(lái)，各種技術(shù)支持的基于模型的教學(xué)環(huán)境(Technology-Enhanced Modeling-Based Instruction，TMBI)的開發(fā)和應(yīng)用得到研究者的高度重視，通過(guò)模擬一系列科學(xué)現(xiàn)象(特別是那些肉眼無(wú)法觀察到的、抽象的、難以理解的、特別危險(xiǎn)的科學(xué)現(xiàn)象)，幫助學(xué)生以合作學(xué)習(xí)的方式，達(dá)到對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的感知和科學(xué)本質(zhì)的理解(Shen，Lei，Chang，＆ Namdar，2014)。SMALLLab 可以幫助高中學(xué)生在模擬環(huán)境中學(xué)習(xí)地質(zhì)演變(Birchfield ＆ Megowan-Romanowicz，2009);Mr．Vetro 模擬技術(shù)用于高中生學(xué)習(xí)人體生理學(xué)(Ioannidou et al．，2010);ToonTalk 視頻游戲工具能夠幫助學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力學(xué)，學(xué)生們?cè)谝粋€(gè)小組中建構(gòu)視頻游戲、編程和模擬運(yùn)動(dòng)過(guò)程(Simpson，Hoyles，＆ Noss，2006);WISE 科學(xué)探究環(huán)境體系幫助學(xué)生科學(xué)探究，促進(jìn)同伴互助合作，建立交互作用模型，學(xué)習(xí)核心科學(xué)概念，達(dá)到知識(shí)深度融合(Shen ＆Linn，2010);大氣污染模型環(huán)境(Air Pollution Modeling Environment，APoME)是一個(gè)技術(shù)支持的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，利用新手-專家分析方法討論在該環(huán)境下高中生建模活動(dòng)的發(fā)展(Wu，2010);歐洲五所大學(xué)聯(lián)合設(shè)計(jì)開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的合作式學(xué)習(xí)環(huán)境Co-Lab (Collaborative Laboratories for Europe)。模擬實(shí)驗(yàn)軟件的可控性用于考察和培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力，聊天工具和過(guò)程監(jiān)控工具的設(shè)計(jì)便利了為學(xué)生的合作探究和教師的評(píng)價(jià)以及指導(dǎo)，而建模工作區(qū)的設(shè)置又促進(jìn)了學(xué)生的概念應(yīng)用。它體現(xiàn)了通過(guò)多種要素設(shè)計(jì)，為學(xué)生合作、觀察、操作以及理解和應(yīng)用科學(xué)探究所學(xué)知識(shí)提供更為全面的支持觀點(diǎn)。

大量研究顯示，基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境有效促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的提高。

第一，深化概念理解。隨著學(xué)習(xí)科學(xué)和科學(xué)教育研究的不斷深入，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，需要圍繞核心概念進(jìn)行教學(xué)，加強(qiáng)對(duì)科學(xué)知識(shí)的深度理解。創(chuàng)設(shè)基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)支持的環(huán)境中開展科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)概念，理解科學(xué)知識(shí)(Kang ＆ Lundeberg，2010)。Yen，Tuan，＆ Liao(2011)研究了學(xué)生在基于網(wǎng)絡(luò)和基于教室的學(xué)習(xí)環(huán)境中概念學(xué)習(xí)的成績(jī)，結(jié)果表明:基于網(wǎng)絡(luò)的雙重情景教學(xué)模式更利于學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展、動(dòng)機(jī)激發(fā)和概念轉(zhuǎn)變。Sun ＆ Looi(2013)開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，有效支持了學(xué)生基于建模的合作探究，為學(xué)生提供了知識(shí)建構(gòu)的多種途徑，幫助學(xué)生建立了系統(tǒng)的科學(xué)概念結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了學(xué)生批判性思維能力的發(fā)展。Plass et al．(2012)研究了化學(xué)學(xué)習(xí)中計(jì)算機(jī)模擬的有效性，結(jié)果表明:計(jì)算機(jī)模擬的方法可以有效地幫助學(xué)生了解科學(xué)現(xiàn)象和理解科學(xué)概念。

第二，促進(jìn)科學(xué)探究。科學(xué)探究是科學(xué)家探索和了解自然、獲得科學(xué)知識(shí)的主要方法?？茖W(xué)教學(xué)倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供充分的探究式學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，逐步培養(yǎng)學(xué)生收集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以及交流與合作的能力等，形成尊重事實(shí)、善于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度，突出學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力，以及批判性思維和創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)?；谀Ｐ偷目茖W(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境有利于促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，提高學(xué)生的探究能力?？屏_拉多大學(xué)博爾德分校研制了交互式模擬軟件PhET，該軟件涉及數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物和地理等學(xué)科，幫助學(xué)生建立可視化的科學(xué)模型，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)探究(Wieman，Adams，Loeblein，＆ Perkins，2010)。Chris Dede 和哈佛大學(xué)的同事們共同開展了一項(xiàng)為期十年的基于多用戶虛擬環(huán)境(Multi-User Virtual Environment，MUVE)的中學(xué)科學(xué)教育項(xiàng)目River City，該項(xiàng)目是一個(gè)17 個(gè)小時(shí)的基于團(tuán)隊(duì)協(xié)作的探究性課程，學(xué)生在River City 中可以親身體驗(yàn)科學(xué)家的探究過(guò)程，體驗(yàn)科學(xué)家群體通過(guò)觀察、推理、協(xié)作及對(duì)問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別的過(guò)程，體驗(yàn)科學(xué)家形成和驗(yàn)證假設(shè)的過(guò)程，以及基于證據(jù)導(dǎo)出結(jié)論的過(guò)程。研究表明:River City 項(xiàng)目與傳統(tǒng)的課堂講授式教學(xué)或其他類型的游戲化學(xué)習(xí)相比，學(xué)生在這種沉浸式的模擬情境中能深度參與，增強(qiáng)自信，提高發(fā)現(xiàn)和識(shí)別問(wèn)題的能力，以及科學(xué)探究的能力(Dede，2009)。

第三，發(fā)展模型思維。理想模型是根據(jù)研究的問(wèn)題和內(nèi)容，在一定條件下對(duì)研究客體的抽象，是從多維的具體圖像中，抓住最具有本質(zhì)特征的圖像，建立一個(gè)易于研究的、能從主要方面反映研究客體的新圖像。為了描述客觀事物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，科學(xué)家往往把研究對(duì)象抽象為理想模型，建模方法是科學(xué)研究的常用方法，模型思維是一種重要的科學(xué)思維，創(chuàng)設(shè)基于建模的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于學(xué)生建模思維的發(fā)展。Model-It 是一款用于小學(xué)科學(xué)教育的可視化建模和模擬仿真學(xué)習(xí)軟件，它可以幫助教師和學(xué)生整合科學(xué)課程內(nèi)容，整理學(xué)生的思考過(guò)程。學(xué)生可以利用Model-It 對(duì)課堂上學(xué)習(xí)的科學(xué)現(xiàn)象建立模型，并通過(guò)模擬仿真來(lái)測(cè)試所建的模型。這個(gè)模型可以檢測(cè)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，反映學(xué)生的思考過(guò)程和理解程度，提高學(xué)生的建模能力(Zhang，Liu，＆ Krajcik，2006)。Molecular Workbench (MW)是一款交互式科學(xué)模擬軟件，能為科學(xué)學(xué)習(xí)提供可視化的、交互式的分子和原子實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，幫助學(xué)生形成分子和原子的動(dòng)態(tài)圖景(Xie ＆ Tinker，2006)。多主體建模軟件NetLogo 可以創(chuàng)設(shè)一個(gè)虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境，每個(gè)學(xué)習(xí)者既能獨(dú)立思考，又能基于一定的法則實(shí)現(xiàn)多向互動(dòng)，發(fā)展學(xué)生的模型思維(Levy ＆ Wilensky，2009)。

三、探究教學(xué)強(qiáng)調(diào)合作學(xué)習(xí)與科學(xué)論證

杜威認(rèn)為科學(xué)知識(shí)是探究的產(chǎn)物，要支持學(xué)生通過(guò)探究去解決真實(shí)問(wèn)題。美國(guó)芝加哥大學(xué)教授施瓦布于1961年在哈佛大學(xué)所作的報(bào)告《作為探究的科學(xué)教學(xué)》(Teaching of Science of Enquiry)中首次提出探究教學(xué)的概念，自此以后，它成為科學(xué)教學(xué)的主導(dǎo)模式。皮亞杰指出了社會(huì)互動(dòng)對(duì)認(rèn)知沖突出現(xiàn)的重要性，維果斯基強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)中的合作與互動(dòng)。基于這些思想，斯萊文在20世紀(jì)70年提出合作學(xué)習(xí)(cooperative learning)的概念，并在70年代中期至80年代中期取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。由于它在改善課堂氛圍、提高學(xué)生的認(rèn)知水平、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)等方面實(shí)效顯著，很快引起了世界各國(guó)的關(guān)注。人們將探究教學(xué)和合作學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，形成了合作探究學(xué)習(xí)，這已成為最近幾年科學(xué)教學(xué)的研究熱點(diǎn)。合作探究學(xué)習(xí)是一個(gè)混合術(shù)語(yǔ)，它的意義來(lái)自科學(xué)教學(xué)實(shí)踐對(duì)探究的要求，是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)方式，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的動(dòng)機(jī)，并能學(xué)會(huì)類似于科學(xué)家的合作探究過(guò)程，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)內(nèi)容。Rozenszayn ＆ Assaraf (2011)在生態(tài)學(xué)項(xiàng)目中，讓學(xué)生通過(guò)合作探究的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，12年級(jí)的學(xué)生參加了戶外和教室中的合作探究學(xué)習(xí)，結(jié)果表明:在戶外學(xué)習(xí)中學(xué)生集中于討論測(cè)量和觀察的方法，以及知識(shí)的建構(gòu);當(dāng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力相同或相似時(shí)知識(shí)建構(gòu)會(huì)發(fā)生。為了使學(xué)習(xí)更有意義，教師的作用非常重要，他們必須排除錯(cuò)誤概念，消除低能力和高能力學(xué)生的差距;在一個(gè)小組中開展合作探究學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠交流和分享他們的觀點(diǎn)和方法，引起認(rèn)知沖突，通過(guò)認(rèn)知和社會(huì)過(guò)程更利于認(rèn)知轉(zhuǎn)變。很多研究表明:合作探究學(xué)習(xí)有效促進(jìn)了學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解和轉(zhuǎn)變，提高了學(xué)生提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力(Scherr ＆ Hammer，2009)。

有關(guān)科學(xué)教學(xué)中合作學(xué)習(xí)的研究，主要有三種觀點(diǎn):第一種，采用社會(huì)認(rèn)知學(xué)習(xí)理論的觀點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)個(gè)體、行為和環(huán)境之間的相互作用。這種學(xué)習(xí)持一種去情景化的觀點(diǎn)，主要依靠元認(rèn)知、信息加工深度，強(qiáng)調(diào)個(gè)體的學(xué)習(xí)和認(rèn)知，不考慮法規(guī)、政治和文化等社會(huì)文化因素;第二，以社會(huì)文化理論為主要的理論框架，聚焦于合作學(xué)習(xí)過(guò)程中的社會(huì)加工，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)是任務(wù)、情境和文化的相互作用;第三，將社會(huì)認(rèn)知和社會(huì)文化觀點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，理解合作學(xué)習(xí)(包括認(rèn)知和社會(huì)加工)中知識(shí)的增長(zhǎng)。J?rvel?，S．，Volet，S．，＆ J?rvenoja，H．(2010)檢驗(yàn)了動(dòng)機(jī)對(duì)合作學(xué)習(xí)的重要性，討論了動(dòng)機(jī)在概念化過(guò)程中社會(huì)因素發(fā)生作用的兩大特點(diǎn)，即社會(huì)影響和社會(huì)建構(gòu)，概括了研究案例，超越了認(rèn)識(shí)—情境的分離，將個(gè)體加工和社會(huì)加工結(jié)合起來(lái)研究動(dòng)機(jī)，強(qiáng)調(diào)了動(dòng)機(jī)在合作探究學(xué)習(xí)中的重要作用。

隨著科學(xué)教育研究的不斷深入和科學(xué)教學(xué)改革的不斷深化，科學(xué)論證得到科學(xué)界和教育界的高度重視，成為科學(xué)教育的研究熱點(diǎn)和有效教學(xué)策略。Kuhn(1992)提出論證是指利用一些證據(jù)來(lái)支持自己或反對(duì)他人意見(jiàn)、主張或結(jié)論的過(guò)程。Toulmin(1958)提出了著名的Toulmin 論證模型，這個(gè)模型描述了論證的基本組成部分，包括:主張(表示經(jīng)由推論而得出的個(gè)人立場(chǎng))、數(shù)據(jù)和資料(表示從外在現(xiàn)象中所搜集到的證據(jù))、證據(jù)(作為推論時(shí)的依據(jù))、支持理論(通過(guò)回答對(duì)證據(jù)的質(zhì)疑而提供附加的支持)、反駁(是通過(guò)削弱論證效果的證據(jù)和理由阻止從理由得出主張的因素)和限定詞(有些情形則必須附加一定的條件或限制才能成立)。Osborne，Erduran，＆ Simon(2004)依據(jù)Toulmin 的論證模式將論證的品質(zhì)區(qū)分為五個(gè)層次(level):第一層次，論證過(guò)程只包含簡(jiǎn)短的主張;第二層次，論證過(guò)程由帶有數(shù)據(jù)、證據(jù)、或支持的主張所組成，但不包含任何反駁;第三層次，論證過(guò)程呈現(xiàn)一系列帶有數(shù)據(jù)、證據(jù)或支持的主張，有時(shí)也呈現(xiàn)較為薄弱的反證;第四層次，論證過(guò)程呈現(xiàn)一個(gè)主張及一個(gè)明確的反證，也可能同時(shí)具有一些主張或?qū)α⒅鲝?但這并非是必要的);第五層次，論證過(guò)程呈現(xiàn)超過(guò)一個(gè)反駁的延伸性論證。

21世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)論證已經(jīng)逐漸成為科學(xué)探究最重要的特征。研究表明:科學(xué)論證可以幫助學(xué)生發(fā)展科學(xué)探究能力(Lawson，2003)、建構(gòu)科學(xué)知識(shí)并促進(jìn)科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變與理解(Kuhn，2010)、提升科學(xué)認(rèn)識(shí)論水平(Khishfe，2013)、提升推理能力、批判思維能力和交流能力(Nussbaum ＆ Edwards，2011)。

正如科學(xué)探究一般，科學(xué)論證既是一種學(xué)習(xí)方式，也是一個(gè)重要的科學(xué)能力。幫助學(xué)生提升科學(xué)論證能力是科學(xué)教育的重要目標(biāo)。英國(guó)將“想法和證據(jù)”(ideas and evidence)設(shè)定為教育目標(biāo)(The National Curriculum for England，2004);西班牙將“論證能力”(skill of argumentation)擬定為學(xué)生必須具備的基本能力;學(xué)生能力國(guó)際評(píng)價(jià)項(xiàng)目(Programme for International Student Assessment，PISA，2015)對(duì)科學(xué)能力的評(píng)價(jià)包括認(rèn)識(shí)科學(xué)問(wèn)題、運(yùn)用知識(shí)科學(xué)地解釋現(xiàn)象、運(yùn)用科學(xué)證據(jù)做決策并與他人交流。

科學(xué)論證也是教學(xué)策略，可以分為以下三種類型(Cavagnetto，2010);第一，浸入式教學(xué)策略。該教學(xué)策略將論證活動(dòng)整合到學(xué)生科學(xué)實(shí)踐中促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和理解科學(xué)論證。如科學(xué)寫作啟發(fā)式方法(Science Writing Heuristic，SWH)提供給學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)０澹謩e利用7 個(gè)問(wèn)題來(lái)指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建論證:我的問(wèn)題是什么?我怎樣才能回答我的問(wèn)題?我觀察到了什么?我的主張是什么?我的證據(jù)是什么?我的主張和別人的相比如何?我的主張是如何變化的?這些問(wèn)題幫助學(xué)生對(duì)現(xiàn)象做出解釋并決定怎樣進(jìn)行研究(Choi，Notebaert，Diaz，＆ Hand，2010)。論證探究模型(Argument-driven inquiry，ADI)將科學(xué)論證與探究過(guò)程結(jié)合，而且在教學(xué)過(guò)程中增加了撰寫研究報(bào)告和學(xué)生互評(píng)階段，讓學(xué)生參與到真實(shí)的實(shí)踐活動(dòng)中，有效地促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和理解科學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力，提高學(xué)生的科學(xué)論證能力(Sampson ＆ Walker，2012)。第二，結(jié)構(gòu)式教學(xué)策略。該策略主要講授論證的結(jié)構(gòu)并要求學(xué)生將論證應(yīng)用于各種科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。第三，社會(huì)科學(xué)式教學(xué)策略。該教學(xué)策略利用社會(huì)科學(xué)性的議題(socio-scientific issues)，讓學(xué)生理解社會(huì)和科學(xué)的相互作用來(lái)學(xué)習(xí)科學(xué)論證(Foong ＆ Daniel，2013)。在科學(xué)教學(xué)中把學(xué)生分成小組，合作討論能夠有效地提高學(xué)生的論證能力(Sampson ＆ Clark，2011)。傳統(tǒng)的科學(xué)論證教學(xué)是在課堂教學(xué)中進(jìn)行的，教師主要關(guān)注高學(xué)業(yè)成就的學(xué)生而忽視低學(xué)業(yè)成就的學(xué)生。鑒于近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)為媒介來(lái)輔助學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)情境下參與論證活動(dòng)，學(xué)生將會(huì)有更多的機(jī)會(huì)支持、評(píng)價(jià)和批評(píng)對(duì)方學(xué)生的觀點(diǎn)。Lin，Hong，＆ Lawrenz(2012)的研究發(fā)現(xiàn):異步討論的學(xué)生的論證水平明顯高于參與紙筆測(cè)驗(yàn)的學(xué)生的論證水平，此外，網(wǎng)絡(luò)同伴評(píng)價(jià)(online peer assessment)過(guò)程中學(xué)生的論證能力和概念理解有了很大提高。

四、教師心理側(cè)重發(fā)展模型、專業(yè)知識(shí)和專業(yè)信念

21世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)教師心理的研究強(qiáng)調(diào)專業(yè)發(fā)展模型的建構(gòu)，主要有兩種建構(gòu)方式:一是理論模型的建構(gòu)，包括基于文化分析的理論模型和基于課程分析的理論模型。文化理論研究者Johnson 認(rèn)為，在建構(gòu)教師專業(yè)發(fā)展模型時(shí)需要將文化要素考慮在內(nèi)，通過(guò)文化分析建構(gòu)教師的專業(yè)發(fā)展模型(Johnson，2011)。教師專業(yè)發(fā)展理論研究者Roth 等人建構(gòu)了“基于課程分析”(Science Teachers Learning from Lesson Analysis，STeLLA)的項(xiàng)目模型(Roth，Ritchie，Hudson，＆ Mergard，2011)。二是實(shí)踐模型的建構(gòu)。該模型主要是給教師建構(gòu)一個(gè)專業(yè)發(fā)展“生態(tài)環(huán)境”——教師專業(yè)學(xué)習(xí)社區(qū)(Professional Learning Communities，PLC)，并在實(shí)踐中建構(gòu)教師專業(yè)發(fā)展模型(Richmond ＆ Manokore，2011)。PLC 是教師專業(yè)發(fā)展的一種形式，便于教師之間的探究和互動(dòng)，但在通過(guò)PLC 建構(gòu)教師的專業(yè)發(fā)展實(shí)踐模型時(shí)，需要充分考慮教師的各方面因素，深入研究PLC 是如何影響教師的專業(yè)發(fā)展的。

自Shulman(1986)提出PCK 這一概念后，國(guó)外研究者便圍繞科學(xué)教師的知識(shí)進(jìn)階以及各類知識(shí)之間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行研究。尤其是科學(xué)技術(shù)對(duì)教育領(lǐng)域的沖擊，科技技術(shù)知識(shí)(TK)與學(xué)科教學(xué)法知識(shí)(PCK)之間的轉(zhuǎn)換和整合，科學(xué)教師的知識(shí)便逐漸由PCK 發(fā)展為TPACK。信息技術(shù)的更新?lián)Q代引起了教育領(lǐng)域的深刻變革，其中最突出的變革便是教師知識(shí)的變革。教師的知識(shí)已經(jīng)不能僅僅局限于學(xué)科內(nèi)容知識(shí)(CK)、一般教學(xué)法知識(shí)(PK)、學(xué)科教學(xué)法知識(shí)(PCK)，教師還應(yīng)該擁有科技知識(shí)(TK)、科技學(xué)科知識(shí)(TCK)、科技教學(xué)法知識(shí)(TPK)和科技學(xué)科教學(xué)法知識(shí)(TPACK)(Saka，Southerland，＆ Brooks，2009)。TPACK 是教師的CK、PK、PCK、TK、TCK、TPK 等知識(shí)的集合，是科學(xué)技術(shù)和學(xué)科教學(xué)相結(jié)合的完美呈現(xiàn)，也是科技教學(xué)中教師知識(shí)的走向。

教師的專業(yè)信念影響教師的教學(xué)行為，指導(dǎo)教師的教學(xué)實(shí)踐，促進(jìn)教師的專業(yè)發(fā)展。關(guān)于科學(xué)教師信念的研究主要集中在教師信念和實(shí)踐關(guān)系的研究，有兩種范式:一種是在簡(jiǎn)單的線性模型的基礎(chǔ)上討論的信念和實(shí)踐的關(guān)系，主要是基于行為主義的框架，其前提假設(shè)是信念會(huì)直接引發(fā)相應(yīng)的實(shí)踐;另一種是建立在復(fù)雜模型的基礎(chǔ)上，綜合考慮多種變量對(duì)實(shí)踐的影響，其前提假設(shè)是教師的實(shí)踐是受多種變量共同影響的，信念只是其中的一種變量。為了描述復(fù)雜情境中信念與實(shí)踐的多變量之間的關(guān)系，在社會(huì)心理學(xué)理論模型的支撐下，“扎根信念系統(tǒng)的社會(huì)文化模型”(Social cultural Model of Embedded Belief System)作為教師信念與實(shí)踐關(guān)系的另一研究范式應(yīng)運(yùn)而生。該模式為科學(xué)教師的信念的發(fā)展提供了分析的框架，將教師的信念根植于社會(huì)文化情境之中，認(rèn)為文化和社會(huì)也會(huì)影響教師的信念(Saka，Southerland，Kittleson，＆ Hutner，2013)。

縱觀近幾年的科學(xué)教學(xué)心理的研究，研究思路的系統(tǒng)化、研究方法的綜合化和研究?jī)?nèi)容的整合化得到體現(xiàn)?？紤]概念之間的相互關(guān)系，探討核心概念的進(jìn)階和理解;突出教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，強(qiáng)調(diào)個(gè)體、行為、環(huán)境和文化的相互作用;重視合作與探究的有機(jī)聯(lián)系，研究合作探究教學(xué)策略;注重定性與定量的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)社會(huì)認(rèn)知和社會(huì)文化的融合;整合學(xué)生研究和教師研究，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。

五、未來(lái)研究趨勢(shì)

隨著腦科學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)等學(xué)科研究的不斷深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來(lái)的科學(xué)教學(xué)心理研究除系統(tǒng)化、綜合化和整合化的趨勢(shì)外，將會(huì)重視如下幾個(gè)方面的研究。

第一，科學(xué)學(xué)習(xí)和問(wèn)題解決的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制將會(huì)得到重視。學(xué)習(xí)科學(xué)(Learning Science)是國(guó)際上近十幾年發(fā)展起來(lái)的研究學(xué)與教的跨學(xué)科領(lǐng)域，以認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、教育技術(shù)學(xué)、學(xué)習(xí)心理學(xué)等為基礎(chǔ)，以更深入地對(duì)學(xué)習(xí)做出科學(xué)的理解為目的，并策劃和推動(dòng)學(xué)習(xí)的創(chuàng)新。學(xué)習(xí)科學(xué)的研究對(duì)象是有效學(xué)習(xí)(effective learning)及其機(jī)制與原理，并運(yùn)用該學(xué)科的知識(shí)重建課堂及其他學(xué)習(xí)環(huán)境，使人的學(xué)習(xí)更為深入，更為有效。學(xué)習(xí)科學(xué)的研究成果及研究方法將推動(dòng)科學(xué)教育的研究，形成新的研究領(lǐng)域，其中科學(xué)學(xué)習(xí)與問(wèn)題解決的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制將成為重要的研究課題。

第二，聚合科技的思想將會(huì)得到體現(xiàn)。2000年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)和美國(guó)商務(wù)部(DOC)共同資助70 多位美國(guó)一流科學(xué)家參與聚合科技(Converging Technologies，NBIC)研究，研究的結(jié)果是一份“聚合四大科技，提高人類能力”的研究報(bào)告，研究報(bào)告斷言，這四大科學(xué)技術(shù)的聚合，將會(huì)“加快技術(shù)進(jìn)步速度，并可能會(huì)再一次改變我們的物種，其深遠(yuǎn)的意義可以媲美數(shù)十萬(wàn)代人以前人類首次學(xué)會(huì)口頭語(yǔ)言”。NBIC 為科學(xué)教育及科學(xué)教育研究在內(nèi)容、過(guò)程、工具等方面提供了有力的支撐，將導(dǎo)致科學(xué)教育以及科學(xué)教育研究的重大變化。

第三，圍繞科學(xué)教育促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)提高的研究將會(huì)得到加強(qiáng)。培養(yǎng)高素質(zhì)的人才是學(xué)校教育的重要目標(biāo)，圍繞學(xué)生應(yīng)該達(dá)到的核心素養(yǎng)設(shè)置課程、制定課標(biāo)、開發(fā)教材、改進(jìn)教學(xué)、實(shí)施評(píng)價(jià)等是國(guó)際教育改革的趨勢(shì)，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)能力、問(wèn)題解決能力、交流合作能力、批判性思維能力、創(chuàng)造性思維能力等是未來(lái)公民應(yīng)有的重要素質(zhì)，因此，圍繞科學(xué)教育培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的課程開發(fā)、教學(xué)研究、評(píng)價(jià)研究等將是未來(lái)科學(xué)教育研究的重要方向。

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