林佳依 陳凱 陳博

摘 ? 要：文章借助CiteSpace軟件針對Web of Science數(shù)據(jù)庫中2000年以來的相關文獻，聚焦職前科學教師的研究文獻制作知識圖譜。發(fā)現(xiàn)相關研究關注職前科學教師科學素養(yǎng)，包括學科知識、認知層面，也關注課程開發(fā)對職前科學教師發(fā)展的促進。大多文獻注重課程落實效果的證據(jù)挖掘，多篇應用實驗法論證教師教育領域教學方法或教學策略的有效性;處理數(shù)據(jù)方法并不追求新穎、復雜的數(shù)理統(tǒng)計技術，而更加看重研究問題的實踐意義;此外，國外對科學教師教育的關注點不再是表面的教學技能訓練，而是學科知識和科學思維的提升。圍繞職前科學教師主題的研究以實證研究為主，其中質性研究方法居多。

關鍵詞：職前科學教師 知識圖譜 研究熱點 CiteSpace

一、研究背景

科學是人類認識世界的途徑，科學素養(yǎng)水平?jīng)Q定著公民的思維方式和行為方式，是實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略的基礎，是國家綜合國力的體現(xiàn)，直接關系著一個國家和民族未來的發(fā)展。對中學生科學、技術、工程和數(shù)學（STEM）教育學習態(tài)度調查研究發(fā)現(xiàn)，中國中學生對未來可能從事理工科領域職業(yè)的意愿不強烈，對學科教師的喜愛會影響學習者學習態(tài)度甚至職業(yè)趨向[1]，科學教育的質量很大程度上與科學教師的水平相關，科學教師的專業(yè)發(fā)展既需要政策的支持，也需要學術界研究的推動。

科學教育起源于西方，我國的科學教師教育可汲取國際研究成果，促進我國相關學者對科學教師發(fā)展和職前培養(yǎng)的深層思考;也可以借鑒外國的研究范式和研究工具，開展基于證據(jù)的本土化研究活動。

筆者收錄的我國職前科學教師研究的中文文獻進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)近20年以來，我國研究職前科學教師的中文期刊論文201篇、學位論文353篇。此外，借助知網(wǎng)文獻計量工具快速分析，發(fā)現(xiàn)我國近年研究職前科學教師的視角大多關注學?；蛟合祵用娴慕虒W實踐經(jīng)驗總結或改革愿景、職前教育的課程設置、師范生教育實習、職前科學教師課堂教學策略。實證研究成果主要集中在學科教學知識（PCK）的水平探究。

雖然已有多篇綜述系統(tǒng)呈現(xiàn)國外科學教師教育研究進展，但是沒有專門聚焦職前科學教師的研究。本文旨在對職前科學教師相關研究的主要機構、代表人物、代表作品、研究熱點與前沿進行定量考查和可視化分析，通過關鍵詞聚類確定職前科學教師研究的熱點領域，探究目前研究焦點，以便國內學者借鑒。

二、概念界定

職前教師主要有以下三類：一是師范院校為主培養(yǎng)的中小學學科教育專業(yè)的在校生;二是有意愿從事教師職業(yè)并且正在參加職前培訓的大學畢業(yè)生;三是尚未成為教師但已經(jīng)獲得教師資格證的社會人士。本文關注的職前科學教師主要指第一類，涉及專業(yè)領域包括物理、化學、生物、地理、科學教育等學科的職前教師。

科學知識圖譜分析是科學計量學重要的研究方法之一，該方法以科學知識為計量研究對象、研究顯示科學知識的發(fā)展進程與結構關系并以圖形呈現(xiàn)。[2]本文基于Web of Science（WOS）檢索平臺收錄的職前科學教師研究文獻進行計量和可視化分析，繪制該領域的知識圖譜，呈現(xiàn)2000年以來國際職前科學教師研究的主要熱點、趨勢與走向。

三、研究設計

（一）數(shù)據(jù)來源

本研究選擇WOS的核心集合作為文獻檢索的來源，設定檢索表達式如下：TI=（pre-service science teacher OR prospective science teacher） or TI=（pre-service chemistry teacher OR prospective chemistry teacher） or TI=（pre-service physics teacher OR prospective physics teacher） or TI=（pre-service biology teacher OR prospective biology teacher） or TI=（pre-service geography teacher OR prospective geography teacher），時間跨度為2000—2021年，截至2022年4月14日，共檢索到1134篇文獻。設定文獻類型為文章（article）后，共檢索到723篇。其中，部分文章的文獻類型既被認定為文章，也被認定為其他形式，包括30篇書籍章節(jié)（book chapters）、18篇網(wǎng)絡首發(fā)（early access）、7篇會議論文（proceeding papers）。本研究將723篇文獻TXT格式的完整書目作為分析數(shù)據(jù)的來源，包括標題、作者、摘要、關鍵詞、參考文獻和來源出版物等。

（二）分析工具

本研究采用文獻計量法，選用的可視化分析工具為CiteSpaceⅤ。CiteSpace是陳超美博士開發(fā)的引文網(wǎng)絡可視化工具，通過Java語言對共現(xiàn)網(wǎng)絡進行可視化，繪制本研究的合作作者可視圖、關鍵詞共現(xiàn)圖、關鍵詞聚類圖。其次，對于知識圖譜上的重要節(jié)點進行文獻追蹤，分析節(jié)點背后隱藏的信息。此外，結合WOS提供的數(shù)據(jù)繪制圖表，進行年度發(fā)文量趨勢分析，對相關領域的期刊刊登量和核心作者、機構、國家或地區(qū)排序并分析。

四、研究結果與討論

（一）文獻年度數(shù)量分析

統(tǒng)計2000—2021年的WOS核心合集數(shù)據(jù)所檢索的相關文獻數(shù)量，得到圖1所示的逐年變化趨勢，可以看出職前科學教師文獻總體產(chǎn)出量情況，反映職前科學教師研究變化的趨勢。

職前科學教師研究發(fā)展趨勢可分為三個階段，第一階段（2000—2008年）為起步期，每年的發(fā)文量不超過11篇;第二階段（2009—2016年）平均年刊載量約34篇，可見職前科學教師研究在該階段受到了國際學者的關注;第三階段（2016—2021年）進入爆發(fā)期，2017年國際期刊相關領域研究的發(fā)文量達77篇，2020年刊文達到99篇，可見針對職前科學教師主題的研究受到更多關注。572BD1D9-CF2D-4DE5-9C2A-EEF9CB69BCE3

（二）期刊刊載分析

期刊刊載分布能夠反映一定主題研究領域的主要學術陣地。[3]統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，2000年以來，職前科學教師文獻主要分布在205種權威期刊上，表1列出了載文量排名前5位的SSCI收錄期刊。

除了表1列舉的期刊之外，《科學教育》（Science Education）、《國際科學與數(shù)學教育》（International Journal of Science and Mathemtics Education）等期刊也刊登了較多關于職前科學教師研究的文章。

JBSE以波羅的海冠名，主要刊發(fā)愛沙尼亞、拉脫維亞、立陶宛三個國家的科學教育研究，每年出版6期。期刊較多關注學習概念、教學、學習環(huán)境和目標的主題[4]，強調實證范式。英國科學教育學術期刊IJSE每年出版18期，關注學前、中小學到高等教育的教與學，常常針對理論研究與教學實踐之間的差距提供基于實證的意見，也提倡科學教育與多學科融合[5][6]。英國的CERP是國際上化學教育研究領域唯一被SSCI數(shù)據(jù)庫收錄的期刊，每年出版4期。該期刊多基于證據(jù)研究職前化學教師教育。澳大利亞的RSE主要關注與科學教育相關的學前教育、中小學教育和高等教育，也涉及工作場所和生活中的非正式學習。EJMSTE是在2005年創(chuàng)辦的月刊，關注科學、數(shù)學、工程、技術教育。

（三）核心作者分析

對文獻作者及其發(fā)布文獻數(shù)量關系進行分析，既可以發(fā)現(xiàn)一定主題的高產(chǎn)作者，也可以作為判斷研究共同體形成狀況的重要依據(jù)[7]。在CiteSpace中對作者進行可視化分析，節(jié)點為作者名稱，其大小代表發(fā)文數(shù)量，標簽文字大小代表中心性，節(jié)點之間的結則表示作者合作關系[8]。通過圖2，可以看出節(jié)點分散，節(jié)點之間的關聯(lián)性不強，可見該領域研究缺少廣泛的合作關系。

對WOS收錄的期刊中發(fā)文量最高的五位作者（見表2）的研究成果進行分析，可以了解研究的前沿主題。埃爾杜蘭是牛津大學教授，發(fā)表的8篇關于職前科學教師的論文主要集中在近三年。她的研究興趣包括職前科學教師的科學本質（Nature of Science）[9][10]、認知和信念[11][12]。艾迪尼茲教授是土耳其田納西大學的教授，關注職前化學教師對科學知識理解、教學技能的發(fā)展、 PCK和整合技術的學科教學知識（TPACK）發(fā)展。土耳其大學的博茲教授和艾迪尼茲教授合作密切[13][14]，研究興趣涉及職前化學教師的TPACK發(fā)展[15]以及教學信念[16][17][18]。德國萊布尼茲科學與數(shù)學教育研究所的克雷爾教授關注職前科學教師的科學推理能力評估[19][20]，并注重他們的科學本質觀教育[21]。

（四）國家或地區(qū)發(fā)文量統(tǒng)計

關注發(fā)文作者所屬的國家或地區(qū)可以衡量國家或地區(qū)的科研產(chǎn)出績效情況，反映科研產(chǎn)出的地區(qū)分布。表3為職前科學教師研究發(fā)文量較多的國家和地區(qū)的統(tǒng)計。

由表3可以發(fā)現(xiàn)，土耳其、美國、西班牙、澳大利亞、印度尼西亞、韓國是在本領域發(fā)文量35篇及以上的國家。除了學者個人研究興趣，成果的集中產(chǎn)出離不開國家對科學教育的重視。本文以排名前2位的國家和亞洲排名最高的國家之一為例，介紹其促進科學教育與科學教師教育的舉措。土耳其在本主題領域研究成果豐碩和其重視職前教師培養(yǎng)密不可分，近年來土耳其對科學教師教育進行改革，提高教師教育工作的質量，倡導師范生主動學習，深刻理解科學概念、教育概念，強化教學技能[22]。2000年經(jīng)濟、教育都比較落后的土耳其在世界銀行、國際貨幣基金組織、經(jīng)濟合作與發(fā)展組織等國際機構指導下，積極改善正規(guī)教育;為了更好融入歐盟延長了義務教育的年限，倡導以核心素養(yǎng)作為終身學習的基礎[23]。2012年土耳其立法決定將義務教育年限從8個增加到12個，努力提高教育質量和參與率[24]，提倡年青人應該接受完整的中等教育——對科學教師的需求量有所提升[25]，在一定程度上促進了職前科學教師教育的變革與研究。此外，土耳其專門設立了《歐亞數(shù)學、科學與技術教育》（Eurasia Journal of Mathematics， Science and Technology Education）（SSCI來源期刊）、《土耳其科學教育》（Journal of Turkish Science Education）、《土耳其教師教育》（Turkish Journal of Teacher Education）期刊，為科學教育研究、科學教師專業(yè)發(fā)展提供較高的學術平臺。重視科學教育和科學教師教育，使土耳其學生在國際學生評價項目（PISA）和國際數(shù)學與科學學習趨勢項目（TIMSS）測試中的科學成績保持穩(wěn)定。此外，2021年世界知識產(chǎn)權組織（WIPO）公布的全球創(chuàng)新指數(shù)（GII）排行顯示，土耳其在西亞和北非地區(qū)排名第四，排名大幅度上升。

美國科學教育一直走在國際前列，不遺余力地改革使其科學教育研究充滿生命力。近年來陸續(xù)出臺的重要政策，為科技發(fā)展做保障。2012年的《K-12科學教育框架：實踐、通用概念與核心概念》和2013年《下一代科學教育標準》，對國際科學教育改革影響巨大。此外，2020年國家科學教師協(xié)會（NSTA）后修訂的《科學教師培養(yǎng)標準》更加關注職前科學教師的學科內容知識，補充對科學本質和科學文化的要求，強化對工程和技術、交叉概念、學科觀念的理解，突出學習進階規(guī)律在職前科學教師培養(yǎng)中的應用。此外，該版《標準》在學科教學法、學習環(huán)境、安全、對學生學習的影響等維度都做出相應的改動，以學術研究支持科學教師培養(yǎng)。[26]

在有關國際科學測試（PISA，TIMSS）中，韓國學生取得了較好的成績[27]。1949 年，《韓國教育法》頒布，明確規(guī)定了科學教育的內容，提出要“培養(yǎng)學生的探究精神和科學思考力”，特別規(guī)定要重視“科學教育、實業(yè)教育和師范教育”。1973 年，韓國提出科學立國政策，提倡“全民科學化”，強調科學教育振興國家[28]。1991 年，韓國政府又實施 G7 計劃，通過培養(yǎng)青少年的科學探究能力來實現(xiàn)“科技立國”。自此，加強科學技術教育成為韓國的重要戰(zhàn)略。1999 年韓國教育部門制定了科學教育國家標準，標準包括 6 個部分：教育目標、學校課程、科學教學、教師、教育環(huán)境和評價。科學教育在韓國經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮了巨大作用，以立法的形式為中小學科學教育提供政策保障，在培養(yǎng)體制、課程設置、培養(yǎng)目標、職后培訓等多方面采取措施確?？茖W教師的素質，對職前科學教師的研究也給予了強有力的支持。[29]572BD1D9-CF2D-4DE5-9C2A-EEF9CB69BCE3

近年來我國內地（祖國大陸）與港澳臺地區(qū)學者在國際期刊頻頻發(fā)聲，發(fā)表的職前科學教師研究領域國際論文數(shù)量排在第八位，彰顯我國學者在本領域的國際影響力。

（五）關鍵詞分析

關鍵詞概括了文獻的核心，可用于確定職前科學教師研究的熱點領域。利用CiteSpcae軟件進行關鍵詞共現(xiàn)分析，共得到444個節(jié)點，1585條連線（見圖3）。

從文獻計量學角度看，可以從文獻共被引網(wǎng)絡的聚類結構來分析某研究領域的熱點和研究方向[30]。將文獻共被引關系通過自動抽取施引文獻的關鍵詞或名詞短語產(chǎn)生聚類（cluster）標識，用以歸結研究聚焦點，每一個聚類可以被認為是一個聯(lián)系相對緊密的獨立研究領域[31]。本研究圖譜共自動識別出10大聚類，得出2000—2021年職前科學教師研究的熱點（見圖4）。

1.職前科學教師的學科知識

科學素養(yǎng)普遍被概括為三個方面：了解科學知識，了解科學的研究過程和方法，了解科學技術對社會和個人所產(chǎn)生的影響。其中，職前科學教師的學科知識是近20年來的研究熱點。通過關鍵詞聚類圖可以發(fā)現(xiàn)，最大的聚類是迷思概念（#0 misconception），即由于對科學概念或現(xiàn)象錯誤的思考和理解而產(chǎn)生不正確的觀點或意見。結合相關文獻分析，該聚類主要通過問卷調查、測試診斷、實驗研究、訪談等實證性的研究方式探究職前科學教師在教學和學習中遇到的迷思概念，并提出特定的培訓和教學干預等途徑來幫助職前科學教師深刻理解相關概念，從學科理解的層面強化教師的科學素養(yǎng)。

第二大聚類是學科內容知識（#1 subject matter knowledge），歸屬該類的高頻關鍵詞有“教學內容知識”“成就”“專業(yè)發(fā)展”“技巧”等。通過對相關文獻的閱讀和整理發(fā)現(xiàn)，職前科學教師的學科知識與其職業(yè)發(fā)展有關，且促進其科學論證思維的培養(yǎng)。

教師的專業(yè)知識是檢驗教師教學質量的重要指標之一，美國頒布的《科學教師培養(yǎng)標準（2020年版）》第一條準則就是學科內容知識?？茖W學科更具有獨特的知識性特征，其追求對物質、生命科學及宇宙空間世界的探索和認知，并且科學知識會隨著科技前沿的發(fā)展而更新。[32]因此，對科學教師的知識要求通常高于一般學科。但事實上，職前科學教師由于生活經(jīng)驗、學習經(jīng)歷的影響，本身就存在很多對概念的誤解，因此研究這個特殊群體的迷思概念、學科基礎，發(fā)現(xiàn)其可能對中小學生的影響從而調節(jié)教學著力點至關重要。

2.職前科學教師認知結構

認知層面（#2 perception），相關研究關注較多的是職前科學教師的自我效能，對科學課程的看法和適應性。此外，職前科學教師作為未來的科學教師，對于“科學”和“科學家”的看法體現(xiàn)了個人的價值觀，隱性地影響著學生的科學信仰和能力。

自我效能指的是衡量個體對自身完成某項任務和達成目標能力的信念的程度或強度，職前科學教師的自我效能與教學信念相關，且受多種因素的影響，對職前教師的自我效能水平的測試有助于理解他們的教學和學習行為。針對科學教師的自我效能感測評的量表已經(jīng)被開發(fā)出來：適用于在職教師的科學教學效能信念工具表 A（STEBI-A）和適用于職前教師的科學教學效能信念工具表 B（STEBI-B）[33]。阿巴奧米（Abayomi）和丹尼爾（Daniel）利用STEBI-B表測試了尼日利亞的初中和高中職前科學教師，發(fā)現(xiàn)不同學段的職前科學教師的自我效能感沒有差異[34]。職前小學科學教師對生物和地理有著積極的情緒，對物理和化學主要持消極情緒，但高的自我效能感能減少這些職前教師的消極情緒[35]。因此，在教師教育階段要將提高師范生的自我效能感列入教學目標，尤其是對于學科知識較為困難的物理和化學師范生，以避免他們因為認知困難而產(chǎn)生情緒低落。

除了職前科學教師自我效能感研究，職前教師個人對課程的看法、對“科學”和“科學家”的看法也是研究的重點。例如，對溫室效應課程的態(tài)度[36]、應用三元教學法的科學—技術—社會的課程對職前科學教師態(tài)度的影響[37]。

科學課程改革不斷推進，但科學學科和科學發(fā)展的本質萬變不離其宗?？茖W是個體終身受益的學科，科學家是從事科學工作的人。職前科學教師對“科學”和“科學家”的看法，在一定程度上決定他們創(chuàng)新教學設計的取向，也能間接影響未來學生對兩者的觀念。[38][39]啟發(fā)職前科學教師教育不僅要關注學習者對課程改革的接受程度，還要從科學發(fā)展史中汲取養(yǎng)分，發(fā)現(xiàn)知識的來龍去脈和社會意義，從而樹立正確的科學價值觀和信仰。

科學教育的目標之一是培養(yǎng)學生的科學本質觀，實現(xiàn)這一目標的前提是教師應具有科學本質觀。因此，職前科學教師對科學本質（#3 nature of science）的認知也是教師教育者和學者感興趣的話題。一是學者們熱衷開發(fā)獨特的課程，通過個案研究和實驗研究證實教學干預對職前教師對科學本質的理解和認識產(chǎn)生的積極影響。[40][41]二是職前科學教師對科學本質的看法受其他因素的影響。例如，亞爾欽（Yalcin）在調查過程中發(fā)現(xiàn)不同年級的職前科學教師對科學本質的看法存在無規(guī)律的差異。[42]三是信念會影響個體對科學本質的理解，科西奧格魯（Koseoglu） 調查發(fā)現(xiàn)信念（先天的學習能力和學習時間）對科學定義和客觀性的理解產(chǎn)生負作用，而對科學知識的理解產(chǎn)生正向作用。[43]

3.項目式學習模型

項目式學習（problem based learning，PBL）是一種基于項目的學習方法，學生通過長時間的工作來調查和回應真實、引人入勝和復雜的問題或挑戰(zhàn)，從而獲得知識和技能。它強調學生在真實情境下學習，基于開放的驅動性問題，研究真實的、有學科價值的社會問題，培養(yǎng)學生的社會參與意識，最終達到促進學生核心素養(yǎng)形成與發(fā)展的目的。[44]塞諾卡克（Senocak）等人開設了PBL課程，通過設計PBL課程與傳統(tǒng)課程實驗的對照發(fā)現(xiàn)，PBL課程促使職前化學教師對化學學習的態(tài)度更加積極，提升自主學習、合作學習和批判性思維等技能。[45]572BD1D9-CF2D-4DE5-9C2A-EEF9CB69BCE3

科技和技術的道德倫理是科學素養(yǎng)討論的一部分，基于 PBL 的科學技術倫理教育的科學課堂環(huán)境創(chuàng)設十分必要。通過周期性課程實施，李和崔（Rhee & Choi）認為教師教育者應該有計劃地、有效地提高職前科學教師對科學技術倫理和教育的認知，從而引導學生樹立正確的道德觀。[46]

（六）高頻被引文獻分析

表4列出了排名前10位的高被引文獻，并呈現(xiàn)被引頻次最高文獻篇名、年份、頻次、研究內容、研究方法。這些文獻內容涉及職前科學教師的信念、概念建模、備課與教學反思、PCK、科學探究、“做中學”、科學本質、社會性科學議題等，近年來也越來越為國內學者關注。

值得借鑒的是，這10篇文獻全部為實證研究，有8篇為定性研究，多采用訪談、課堂觀察或視頻分析、文本分析等方法收集數(shù)據(jù)，基于證據(jù)分析職前科學教師部分問題的歷程或機理，相較于采集樣本數(shù)較多的定量研究來說，雖然未必具有普適意義，但是深入的個案探討有助于后續(xù)研究者的借鑒，也有利于教師教育工作者對職前科學教師的深度理解。10篇中唯一的一篇定量研究通過調查韓國的職前科學教師對社會科學問題（SSI）的看法，此類研究一改傳統(tǒng)的教學和學習研究視角，圍繞社會性科學議題探索職前科學教師的生態(tài)觀、世界觀、社會責任和倫理道德觀念展開討論。其中另外一篇為混合研究，通過設計教師技能培訓課的對照組調查職前教師關注、分析和回應學生思維的能力， 結合參與者的書面課程計劃、教學視頻分析，發(fā)現(xiàn)參與培訓的職前教師更能關注到學生想法。

五、小結

首先，針對職前科學教師的研究關注度逐漸上升，從刊載量上看，關注職前科學教師研究的核心學術期刊達205種，其中JBSE刊載最多。從作者和國家上看，土耳其與美國高校成為本領域研究的主要陣地，中國學者雖然發(fā)文不多，但經(jīng)開始在國際學術領域發(fā)聲。

其次，通過關鍵詞聚類分析發(fā)現(xiàn)職前科學教師研究圍繞科學素養(yǎng)的培養(yǎng)開展，包括職前科學教師學科內容知識的探討，尤其是迷思概念產(chǎn)生原因和理解方法;職前科學教師的認知結構、自我效能感、對課程的看法、科學本質觀等都是倍受關注的焦點。同時，面向職前科學教師的項目式學習課程開發(fā)和實施，有助于促進職前科學教師科學學習態(tài)度的轉變，培養(yǎng)批判性思維。

最后，通過近年來高被引文獻的內容分析，可以發(fā)現(xiàn)值得本土化研究的借鑒之處：在研究范式上，國際研究熱衷采用實證研究范式，其中高被引文獻從定性研究居多，相較于我國以思辨總結的研究范式，運用更權威的數(shù)據(jù)使研究結果更有說服力。國外學者尤其注重教學干預下的實驗研究，不限于了解現(xiàn)狀和分析問題，注重干預行動影響效果的評測。在研究內容上，既有我國學者已經(jīng)關注的職前科學教師PCK和教學信念問題，也有非常獨到的研究視角，如社會性科學議題與職前科學教師的科學倫理問題。

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編輯 王亭亭 ? 校對 朱婷婷

作者簡介：林佳依，澳門大學教育學院碩士研究生;陳凱（通訊作者），南京曉莊學院環(huán)境科學學院副教授;陳博，南通大學化學化工學院副教授

基金項目：江蘇省高校哲學社會科學研究一般項目“基于數(shù)據(jù)挖掘的科學教師專業(yè)成長歷程研究”（編號：2021SJA0465）572BD1D9-CF2D-4DE5-9C2A-EEF9CB69BCE3