试论科学教师的广域性理论储备与变革性实践智慧，本文主要内容关键词为：试论论文,智慧论文,理论论文,教师论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
研究科学教师特别是新教师面临的困境，无论对教师个人的成长还是对科学教育的发展都有着重要的意义。近代科学产生发展于欧洲，欧美等西方国家的科学教育也走在世界前列。放眼国外的研究，立足我国实际，探讨科学教师素养的内核，挖掘其成长机制，利于其可持续发展。本文中科学教师界定为，在基础教育初中及高中阶段教授综合科学、物理、化学及生物等自然科学科目的教师。
一、科学教师的广域性理论储备
1.科学经验
科学课程标准将“生活走向科学”作为科学课程的基本理念。教师要善于观察生活中的实物，培养问题意识，发展自身探究精神，积累丰富的经验。教师要设身处地站在学生的角度，把当地的、生活中的资源课程化，变成学生感兴趣、乐于探讨的科学话题，此所谓“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”。教学应当是有血有肉、丰富多彩的，要让学生不仅学会科学知识，更重要的是获得科学探究方法的训练，这对问题解决及迁移能力是至关重要的。
要促进新知识的学习，就要增强学习者认知结构与新知识间的有关联系。其前提是要先了解学习者的原有认知结构的状态，在此基础上，通过教学加强新旧知识的联系，只有这样，才能把新知识纳入学习者原有的认知结构中。因此教学不能离开生活经验而纸上谈兵，个体已有与科学相关的经验，其作用十分重要。Smith等在其研究中把教师分为“知道者”和“想知道者”两类。“知道者”即那些先前拥有关于积极科学经验的教师，发现他们倾向于关注事实、获取正确答案的过程和预先设计好的思路；“想知道者”指那些事先没有相关经验者，他们则往往看重解决问题的时机和发现知识的过程，认为科学探究更是一个开放系统。[1]无论积极的还是消极的经验都扮演着重要的角色，已有的经验也是教师选择科学教育专业的最为重要的因素之一。
2.知识储备
在教师的专业发展中，知识无疑处于核心地位。事实上，一位好的教师不但需要具备充分的学科知识，还要具备有关学生、教学、课程等相关的教学知识。Shulman认为，教师需要一种在真实教学中使用的、有别于纯粹的学科知识和一般教学知识的知识，他称之为学科教学知识（pedagogical content knowledge，简称PCK），它是教师被视为专业所必须具备的知识。[2]
何谓学科教学知识？Shulman认为这种知识属于学科知识的一种形式，包括学科内容和它的可教性方面的知识，它是特定的内容与教育学的混合物，是教师独特的领域，是他们专业理解的特殊形式，是学科知识在教学应用中的独特体现。它是教师在面对特定的学科主题或问题时，如何针对学生的不同兴趣与能力，将学科知识组织、调整与呈现，以进行有效教学的知识。这是一种使得教师与学科专家有所区别的专门知识。
笔者认为，学科教学知识主要集中于以下3个核心：关于特定科学主题的知识；对科学内容更普遍意义上的理解；教师的元认知和缄默知识。新教师对科学知识及规律的认知相对肤浅，不能从更高层次和更普遍的意义上来把握，缺乏足够的能力去为科学探究做准备，而且对教学的反思不够，缺乏指引改进的明确路径。这就要求教师对科学课程有深入全面的理解，挖掘其核心内容，对知识的本身（本体论）、知识形成的过程（方法论）、知识之于人类社会的价值（价值论）都要有上位的思考。这样才能让学生更好地理解科学的本质，提升科学素养以及形成学科意识。
3.科学本质、科学观
逻辑实证主义认为，科学是用仔细的观察和实验收集的“事实”和运用某种逻辑程序从这些事实中推导出的定律和理论，科学知识是不受人的主观因素影响的客观真理。但是，波普尔认为，那种把科学理论看成是明确的或被证明了的观点具有根本性的错误，科学知识是可错的，科学的过程是证伪的过程，是在寻找错误的过程中，不断逼近真理的过程，而不能达到真理。科学知识在本质上是一种猜想的知识，它是大胆的假设。今天，科学本质观正在发生由传统向现代的转型。科学本质观是科学教育改革的理论基础，也必将给科学课程与教学带来深刻的变革。
国外有很多关于科学本质的知识和信念的研究，显示出新教师对科学本质的理解普遍不够成熟。它们对科学本质进行了多维度的研究，包括科学何以引导（如是否存在一种普遍的研究方法）、科学知识何以建构、科学知识的本质（如科学知识是试探性、永恒性、主观性还是客观性）等等。Khalick等人对211名教师的研究表明，约26%的教师起初都坚信有一种普遍的统一的科学方法。[3]教师们倾向于认为教材呈现的是真理，这一信念会与科学本身有所不符，与建构主义教学也会发生冲突。
国内也有研究者对初中理科教师进行了科学本质观的调查研究，显示只有在“科学主张以观察为基础”这一点上，100%的教师都具有科学本质观的期望水平，期望水平达到20%以上的项目观点为“理论变化归于新的证据”“理论变化归于考察已有证据的新的方法”“创造性渗透在科学的整个过程中”。从总体上说，教师的科学本质观处于朴素水平。[4]也有人研究了小学科学教师的科学本质观，显示了相当大部分教师持的是一种累积式的科学知识增长观。他们认为科学家的观察是相同的，科学家会用同样的方法和程序进行验证，科学知识是单一的，科学知识之间互不相容。[5]
因此，必须加强科学史、科学哲学的学习。科学是发展的，以为科学万能或科学就一定是正确的，这本身就不是科学。科学是与时俱进的开放体系。不了解这些，教学则会囿于繁琐的知识不能自拔，本末倒置。
二、科学教师的变革性实践智慧
实践智慧则涉及实验的深度运筹、科学学习心理的把握及良好的环境创设，更重要的是基于变革性实践的科学教学模式探索，这是教师成熟的现实路径，从而不断提升自我效能感，促进科学教师的可持续发展。
1.科学实验的深度运筹
文艺复兴促进了近代的思想大解放，产生了一种重要的认识论和方法论，即认为一切知识归根到底都来源于感觉经验，所谓科学知识乃是对于感觉经验归纳的结果，注重实验和归纳法，形成了近代的经验论，重要代表人物是培根。此后，近代科学如雨后春笋，蓬勃发展。可以说，实验是科学产生、赖以发展的重要基石。科学教育则重在传递实验思想、方法论和精神。
实验是科学教学的核心途径，能力培养是实验教学的主要目标。基础阶段的实验教学主要是培养学生的动手能力、观察能力、数据处理能力、协作能力等一系列操作性的能力。经过基础阶段的实验学习之后，学生获得了实验的感性知识，有了一定的实验知识和技术的学习能力，可以较快地学会一些新的操作方法和实验设计能力，从而逐步提升其应用能力与创新能力。实验的一般程序为：
提出问题→设计实验→实验操作→分析、处理实验数据→讨论结论
研究表明，美国中学实验教学的主要特点及发展趋势呈现为“五化”，即实验目的规范化、实验过程活动化、实验方案微型化、实验内容人性化和实验评价行为化。[6]我国基础教育改革以来，传统的实验教学方法有所革新，然而同题依然很多。教师应拓宽学生实验渠道，培养学生的实验能力。教学实践中，必须要充分调动学生学习的积极性，在观察、思考、操作等活动中下工夫。通过改革演示实验，学生分组实验和开展物理课外活动、开放性实验活动，物理选修和实验基本功的训练等途径，便能有效地培养学生的实验能力。
在实验教学中，尽可能向学生提供更多主动探索未知的机会，鼓励学生敢于批判，敢于质疑，敢于创新。为了进一步发展能力，可引入设计性实验教学，它强调过程和对结论的解释，过程比结论更重要，设计性实验教学目的是加强与实际接轨，使学生了解科学实验的全过程，逐步学习科学思想和科学方法，培养学生独立实验的能力，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。整个实验过程中，教师只作必要的咨询和检查指导。从设计性实验的开放式教学方法来看，设计性实验教学对于实现培养学生的创新意识和创新思维，培养学生综合运用知识和综合解决问题的能力等方面都有很重要的意义。
2.科学学习心理的把握
理解学习者主要聚焦于教师要懂得学生如何学习和何以得到发展，包括熟知学生的个性及学习方法的多样化，从而创设良好的学习环境。不管学生的文化及学业背景如何，教师应有责任鼓励学生充分参与科学学习，保护学生不同的观点、注重学生独特的生活经验、欣赏多元智能，相信每位学生都能发展得更好。
建构主义是当代最为重要的科学学习心理理论，它主张以多样化活动为平台，开展探究性学习，以科学探究作为科学教学的中心环节，恰恰反映了科学教育的本质。科学探究源于发现和提出问题，学生的学习是一个自主发现并解决问题的过程。正是通过这种探究学习活动，激发了学生的探究动机和好奇心。在科学课探究教学过程中，应提供更充足的时间让学生参与诸如“摆的研究”“运动与摩擦力”“碘的升华”“DNA的粗提取与鉴定”等实验验证比例较大的探究活动，使学生认识到产生科学知识必须依靠实验，正确的结论只能来自于实践，通过实验能够证明现象和结论存在的关系，认识到条件的重要性，给出结论的严密性。在实验中训练思维，对证据与解释之间的关系进行批判性评价和逻辑性思考，学会通过批判性和逻辑性思维建立证据和解释之间的关系。在实验过程中让学生真正领悟到科学家科学探究的真谛，培养科学精神、情感和价值观，在感知、体验的基础上，内化形成为自身的种种素养。
科学学习重在学习科学意义，学习科学过程旨在成为一名科学问题的理解者。因此实现这些目标的重要手段在于教师通过教学设计为学习者提供促进科学理解的经验、环境与活动。建构主义认识论及其学习理论对科学教学设计与研究的贡献主要在于以下几个维度：为科学探究提供了认识论支撑；强调科学教学以发展意义为先，提供了指引科学理解的教学方向；极大地丰富了人类理解性学习的教学策略，实质性地拓展了教学设计的发展空间；提供了科学教育研究进行内部批判的思想工具。
3.科学教学模式的营建
教学模式是沟通教学理论与教学实践的桥梁。具体来说，它是在一定教学理论指导下，有机安排教学目标、教学程序、教学策略、教学方法等相辅相成的要素而形成的典型的相对稳定的教学结构。它是指导教师教学行为和学生学习行为的规范程式，同时又不是机械静止的，而是允许师生在实践中调整创新，从而为推动教学理论的发展提供可能。实践智慧是典型的缄默知识，是教师自身摸爬滚打隐性铸就的。因此要研究已有的教学模式，并基于变革性实践，以期内化并创新。新教师在实践中体验着痛苦地挣扎和享受着愉悦的成功，他们在理念与实践之间游走徘徊。比如由于探究取向的科学教学存在着一定的风险，新教师往往趋向于采取风险较低的传统教学方式。成长需要通过渐进的艰辛摸索，才会有凤凰涅槃。下面简要介绍几种重要的科学教学模式。
(1)概念转变教学
学生在学习科学课程之前，头脑中并非一片空白。他们通过日常生活的各种途径，已经形成了对客观世界中各种事物的看法，并在无形中形成了自己特有的思维方式，人们一般称这些看法和思维方式为前概念。例如，许多学生错误地认为“空气就是真空”，“地球是一个平面”，对“燃烧”概念的理解也是五花八门等等，这些前概念大多是不够全面，有的则完全与科学概念相悖，因此前概念亦称之为错误概念(misconception)。如何促进学生的概念转变呢？Driver提出了概念转变学习这一模式的一般程序是[7]：A.定向。教师创设特定的探究性问题情境，为学生的自主探究学习定向。B.概念引出。引导学生用自己的不充分的思想（错误概念）尝试解释问题，从而引出学生对此主题的先前概念。C.概念重建。此阶段的核心部分，包括3个环节：①澄清与沟通。学生经由小组讨论、对比、解释彼此先前概念的异同，并与教师的意见交换、沟通，呈现可能的认知冲突，进行同化与顺应。②建构新的想法。依据上述的讨论，学生可比较不同的现象、理论解释与验证的形式，以发展概念或转变概念。③评价。经由实验解释或自我思考与探究，学生可能找到新概念的含义，并知觉到旧有概念的不足。这一环节可以通过实验、讨论、澄清和交换概念，揭示和解决冲突情境，建构新概念，并作出恰当评价。D.概念应用。学生应用新概念解决新情境问题。E.反思概念变化。通过将新概念与自己先前已有概念的比较，反思概念转变学习的过程。
(2)HPS模式
HPS是“科学史、科学哲学和科学社会学”(History Philosophy and Sociology of Science)的缩写。HPS对于科学教育有着重要的意义，它为原来非人文化的学校科学课程提供了人文化的因素，可以起到沟通“两种文化”（斯诺提出的科学文化和人文文化）的作用，还有助于克服科学教育中的一些问题，如学生缺乏学习科学的动机，女生不愿学习科学，公众对科学的厌倦和冷漠态度，以及对科学在历史文化和社会中的地位理解不足等等。尤其重要的是，科学课程中有了HPS的内容，可以使学生更好地把握科学本质，使学生懂得科学究竟是什么，科学知识是怎样产生的，科学在社会发展和进步中的作用，科学和科学方法的优点与局限性等。[8]
(3)SSI模式
SSI是“社会性科学议题”(Socioscientific Issues)的缩写，是由当代科学技术的研究与开发所引起的一系列与社会的伦理道德观念和社会发展紧密相关的社会性问题。由于这种SSI通常是结构不良的、开放式的、有争议的和错综复杂的问题，对这些问题的讨论、辩论、论证和决策需要人们进行非形式的推理。教师若能在科学教学中，对适合学生程度的SSI做讨论，不但能“提升学生了解科技争议的社会本质、促进学生展现民主素质与社会责任、改善学生表达、倾听和批判思考的能力”，更能因此强化学生“自我判断与做决定的主体性”，而不会轻易地被专家或学者的言论牵着鼻子走。[9]Ziegler认为在STS与SSI之间可以做一个重要的区分，就在于后者强调科学论辩这一培养学生批判意识的重要武器。他认为，STS作为一个成熟的教学形式，但没有明确地考虑学生心理和认识论上的成长，也没有很好地发展学生的个性和道德。[10]相形之下，SSI能较好地反映学生伦理与德性的隐性发展过程，思考他们自身以及身边物理环境和社会因素的相互作用，提升真实场域中科学素养的生命力。
当前成熟的教学模式或策略还有如概念图、问题解决模式、探究学习模式、STSE、多元文化科学教育等。我们要熟练掌握这些模式，并结合特定的教学时空，创设适宜的有效教学环境。