77、张红霞 郁波：小学科学教师科学素养调查研究
http://xxkx.cersp.com/LLQY/200602/654.html
摘要 为了评价小学科学教师的科学素养，确定培训目标，本研究设计了相应的调查问卷。问卷包含科学知识、科学方法、科学性质和科学态度四个方面。调查对象涉及了21个省市自治区的1737位小学科学教师。初步调查结果显示：教师们在科学知识和科学方法上存在很多缺陷，对科学性质的认识问题尤其严重，因而导致了在教学中出现了一些不科学甚至伪科学的做法。因此，对教师进行以正确的科学观为核心的科学性质培训是当务之急。
关键词 科学素养 调查研究 科学性质 教师培训
一、引言
近年来，随着我国课学课程的改革向纵深发展，科学教育存在的深层次问题和困难逐步暴露了出来。从表面上看，不少问题源于教师的科学知识不够扎实，但隐藏其后的深层次问题是对科学的性质没有真正掌握；也就是说，对科学究竟是什么、科学与其他学科有什么差异还没有完全理解。从国际经验看，目前的科学教育也空前重视科学性质方面的教学，这无论是普通教育还是教师教育都是如此。
为了进一步明确找出我国教师存在的具体问题及其成因，为制订科学教师的培训课程目标作准备，本项研究在2003年初进行了覆盖21个省、市、自治区的“小学科学教师科学素养”的问卷调查。本文以调查数据为根据，对教师们在科学知识、科学方法、对科学性质的理解、以及在教学中所具有的科学态度等方面的现状、存在问题及其相互关系和影响因素进行初步考查，然后尝试性地提出我国现阶段科学教师科学素养培训目标的重点。
二、研究方法
1．调查地区和调查对象
调查身份为山西、天津、河南、湖北、甘肃、宁夏、浙江、贵州、北京、内蒙、新疆、山东、深圳、辽宁、福建、重庆、云南、四川、黑龙江、陕西、吉林。调查对象为以整群随即抽样方法取自以上各省1~2个主要城市的1~2个区的先人小学科学教师。
2．调查工具
问卷的结构和题目的设计以重要文献中关于科学素养的定义为基础。《面向全体美国人的科学》认为“科学素养包括数学、技术、自然科学和社会科学等许多方面，这些方面包括：熟悉自然界、尊重自然界的统一性；懂得科学、数学和技术相互依赖的一些重要方法；了解科学的一些重大概念和原理；有科学思维的能力；认识到科学、数学和技术是人类共同的事业，认识它们的长处和局限性。同时还应该能够运用科学知识和思维方法处理个人和社会问题。”①《美国国家科学教育标准》对具有科学素养的人描述为：了解和深谙进行个人决策、参与公民事务和文化事务、从事经济生产所需的科学概念和科学过程；对日常所见所历的各种事物能够提出、能够发现、能够回答因好奇心而引发出来的一些问题；有能力描述、解释甚至预言一些自然现象；能读懂通俗报刊上的科学文章；能参与就有关结论是否有充分根据的问题进行社交谈话；能识别国家和地方决定所依据的科学原理，并能够提出有科学技术根据的见解来；能够根据信息源和产生此信息所用的方法来评估科学信息的可靠性；能够提出和评价有论据的观点，从而恰当地运用从这些观点得出的结论。②
因此，本调查问卷包含五大部分：⑴被调查者的个人基本情况；⑵科学知识；⑶科学方法；⑷对科学性质的认识；以及⑸在教学中的科学态度。第⑴部分的主要内容参见表1。第⑵部分充分考虑自然科学各分支学科的平衡、事实性知识与推理性知识的平衡，兼顾数学和社会科学知识。第⑶部分突出科学方法的观察基础、可重复性和常用的实验法和调查法，还包括科学研究的步骤。第⑷部分包括科学哲学问题如归纳/演绎逻辑、科学知识的真理性问题、科学与其他知识范畴的差别，以及科学史问题及科学社会学问题。第⑸部分是教师教学中能够反映其科学态度的行为和潜在行为。
问卷除10个科学知识题目、1个科学方法题目来自中国科协的科学素养调查问卷外③，其余皆为自行编制，其目的是为了更符合教师群体。如在方法部分为了考察教师对科学命题（或科学假说）的理解，问卷采用了对“素质教育”的多种定义的选择题形式。
“科学知识”、“科学方法”和“科学性质”分别以“分量表”形式出现，采用等距标度，总分分别为18分、25分和45分。“科学态度”采用次序标度和名义标度，不计总分。
问卷总变量数为136个。命题形式主要是正误判断题、多项选择题和李克特量表。绝大多数被调查者在半小时之内能够完成。由于调查样本容量大，问卷以客观题为主，故采用“科学知识”、“科学方法”和“科学性质”三个分量表得分的内部一致性系数(Cronbachα=0.58)对其可信度进行估计。
3．调查实施
在全面实施调查之前，在山西太原地区进行了试测（参加人数为19）。根据试测结果对问卷进行了修改。
由中央教育科学研究所有关部门责成相关省、市级教育主管部门，集中本地小学科学教师集体填写、当堂交卷。实施调查前对施测人员进行相关培训和下发有关说明文件。调查采取匿名填写的形式，问卷内容也充分注意避免与个人身份认证相关的问题。
问卷发放量为2000份，回收1761份，其中有效问卷1737份。产生24份废卷的主要原因可能是答卷者对最后两部分即“科学性质”和“科学态度”的题目觉得“太难”。在统计分析时排除了有关“难题”的数据④。
4．数据分析方法
首先对“科学知识”、“科学方法”、“科学性质”和“科学态度”的频率分布进行定性描述。然后将“科学知识”、“科学方法”、“科学性质”得分的三个连续变量按照小于等于和大于平均值分为两类，重新编码，与“科学态度”进行列联分析，估计相互关系。最后，将“科学知识”、“科学方法”、“科学性质”三个方面的得分与个人基本情况（科学课培训情况、学历、科学课教龄、职级、专业背景）进行方差分析，估计相互关系。统计分析软件为SPSS11.0。
三、调查结果
1．教师科学素养的基本情况
表1给出了被调查教师在年龄、性别、学历、职级、专业等方面的比例构成，以及不同成分在科学素养三方面的差异。
2．“科学知识”方面
“科学知识”得分呈正态分布，其平均值为11.9（占总分的67%），标准差2.3。从表2可见，正确率很少超过80%，这意味着对于不少问题有近半数的教师回答不出。
3．“科学方法”方面
“科学方法”得分呈正态分布，其平均值为15.8（占总分的64%），标准差为2.8。从表3可见，教师们对科学方法的理解比科学知识更为缺乏。在几乎所有现行小学科学教材中都多次出现的实验方法，不少教师对此并没有真正理解（表中题3、4）。
4．“科学性质”方面
“科学性质”得分也成正态分布，其平均值为26.6（占总分的60%），标准差高达4.1，大大超过科学知识和方法的标准差。结合表4可以看出，科学性质方面的存在问题更为严重和复杂。
表4中数据不仅反映了教师们对科学区别于其他学问的思维方式和推理逻辑的认识存在严重问题（题1、题7），科学史知识也严重不足（题2），还反映了将科学看成是科学家大脑主观建构的产物、而非客观真理的后现代主义科学观对科学教师已产生显著影响（题3~6）。不过，不少教师在表示赞同后现代主义科学观的同时，却又在另一些问题上呈现不同于后现代主义的乐观态度（78.2%的人选择了题8中的最后一项），许多教师甚至盲目夸大科学的社会功能（题7）。因此，可以初步认为，不少教师对科学性质的认识还没有形成稳定成熟的价值观；不同教师之间存在较大的差异（标准差）也反映了这一点。
5．“科学态度”方面
教师们在教学过程中所反映出的科学态度的情况列于表5。
表5中题1显示，只有13.1%的人明确表示，在孩子们将现实世界与童话世界相混淆时“应及时纠正”。这种观点与已有的研究结论相悖⑤。这大致反映了激进的建构主义思潮对我国科学教育的负面影响颇深，许多教师将孩子们的幻想与科学假说和科学概念混为一谈。
表5中第6~13题是关于教师对学生探究活动的评价标准的认识问题。显然，参与程度、合作态度和情感体验已经得到了广泛的重视，而不像从前重答案而不重过程。这可以看成是建构主义思潮的正面影响。但题8又显示出与其矛盾之处，因为最新的科学观点也应该是标准答案的一种。这说明许多教师对科学探究的理念仍不清晰。这样模糊的认识必然导致在行动上往往采取限定时间完成探究活动（题5、11）或鼓励竞争。题2、3显示，许多教师错误地认为竞争精神是科学素养的内容之一，在教学中普遍采取竞赛的做法。少数学生甚至已经形成了严重的嫉妒心。题4显示有超过30%的教师在教学中遇到过学生对同学的工作进行破坏的行为，其中高达近20%的教师遇到过数次以上。
6．教师的科学态度与其科学知识、科学方法和科学性质水平的关系
在对教师的科学知识、方法和性质的得分分别重新编码后，与其在教学中运用科学态度的情况进行列联分析，结果如表6所示。
表6显示，科学性质的列联系数平均值最大，科学方法次之，而科学知识最低。此外，科学性质具有P<0.001显著性水平的条目最多，科学方法次之，科学知识最少。从具有超过P<0.01显著性水平的条目数来看，科学性质和科学方法相同，但科学知识较少。由此可以大致认为，教师对科学性质的认识水平比起所具有的科学知识和科学方法的水平更影响其在教学中的表现；科学方法掌握程度的影响次之。
另外，表6中在知识、方法和性质上都不存在显著性关系的题目有2、5、11号，结合表5中题目的内容可以初步推论出，目前不少教师，无论其科学知识、方法、性质的水平高低，都错误地认为应该在活动中引入竞争、强调按时完成，而忽视了科学探究的过程常常是一个试错的过程，探究之实质在过程之中；忽视了不断纠正错误可能比简单的成功更能让孩子们学到科学精神。这也反映了教师们对科学性质的理解不够准确。
7．教师的科学素养与个人基本情况的关系
将教师的个人基本情况的有关变量与科学知识、方法和性质的得分分别进行单因素方差分析，结果列于表7。
从表7中F值的显著性程度可以初步看出，总体而言，与科学素养水平有显著关系的首先是学历因素，其次是培训时间的长短。科学课的教龄和工作前的专业只与科学知识和方法有显著关系，而与科学性质无显著关系。另外，职级与三个方面都没有显著关系。由此可以初步讨论，第一，对于科学性质的认识，我们已有的培训有一定的成效，但主要取决于教师自身的学历层次。第二，我们教师在工作前所接受的教育，包括理科专业教育（其中16.3%人为本科以上），未能成功地进行科学性质方面的教育。这些都说明了加强教师在科学性质方面培训的重要性。
四、讨论与结论
根据上述结果，可以初步认为：第一，教师们的科学素养普遍较低，这不仅体现在科学知识方法上（与中国科协用同样的题目对公众的调查结果相比，情况并不让人乐观⑦），更主要体现在不少教师对科学究竟是什么还没有真正理解。绝大多数人对科学还处于一种盲目崇拜状态，甚至夸大其社会功能，认为科学可以解决宗教信仰问题。但同时却又有很多人采取激进的建构主义科学观，认为科学不是客观真理，而是科学家头脑中建构的产物；近五分之一的人认为科学方法在不同的国家之间非常不同。
第二，教师在教学中存在的非科学和伪科学行为还相当普遍，虽然对鼓励学生自主探究、积极参与和合作的理念耳熟能详，但在实际教学中仍然较多采用竞赛、限时完成实验的做法；弄不清怎样正确理解和应用建构主义与教学实践之中，错把孩子们的幻想当成科学假说。我们的教师还没有理解科学本身不鼓励竞争，而鼓励合作这一特性；今天任何一项重要科学成就，都来自于科学家之间、科学家与其他人之间的坦诚合作。优秀的科学家追求客观真理胜过追求荣誉。《美国国家科学教育标准》提出了一系列教师在教学观念上应该做到的转变，其中包括从鼓励竞争转变到培养合作精神⑧。
第三，影响教师教学行为的第一因素是对科学性质的理解、其次是对科学方法的掌握。当然，从科学哲学上讲，科学方法的实质是对科学性质的具体反映。
第四，目前对我国科学教师影响最大的科学哲学，不是经典的、常规的东西，而是激进的建构主义科学观。我们的理科教育，尤其是本科以下的理科教育，对科学性质方面的关注明显欠缺，因而教师们对近年来的反科学思潮缺少防御能力。我们的教师不能认识到，由于我们的文化、社会、教育等各方面的基础与发达国家相差很大，故在改革过程中不能盲目照搬西方“先进”的东西。
西方的科学教育研究已经经历了20世纪初的“本体论”阶段——讨论科学教育的学科属性、教育价值等问题；也经过了自60年代以来的“方法论”阶段，即关注怎样进行科学教育，其中80年代的建构主义影响深远；90年代后期至今，又进入了第三阶段：反思阶段——从科学性质的角度对从前的教育理论与实践进行了反思，其中尤其在科学实在论与激进的建构主义反科学的认识论之间展开了激烈的争论⑨。但是我国今天科学教育理论和实践中反映的问题，表明我们仍然没有脱离本体论阶段。我们很多教师并没有弄清楚什么是科学、什么是科学教育。因此当面临方法论层次上的问题，即讨论怎样教、教什么的时候，往往难以做出正确的选择和判断。而且，极易让人迷惑的是，我们属于第一阶段的哲学思辨问题，似乎与国外目前第三阶段的反思性问题相同，因而我们有些人误认为，只要讨论那些后现代问题就可以与国际接轨。
综上所述，可以看出，现阶段我国教师科学素养培训工作应注意如下几点：
1．以科学性质的培训为中心。对科学性质的理解是对科学的理解的核心，是成功进行科学教育改革的关键。对于普通公众而言，也许懂得科学知识就够了，而对于教师来讲，如果不懂得科学的性质、科学与其他学科的差别，分不清各种科学哲学流派的确切含义及其对科学教育、尤其是对我国这样一个文化传统国家的贡献、局限甚至危害就不可能真正上好科学课。这样的教师不仅难以真正做到把科学知识的学习寓于科学探究过程中去，寓于科学史和科学与社会、科学与人文的关系中去，而且可能将伪科学引入课堂。
2．基础科学教育的目标要定位在经典认识论的基础上。那些否认科学知识客观真理性的后现代主义科学观，至少不适合基础教育阶段的学习者的认知能力、尤其是批判性思维能力，因而可能滋生不理性、不严谨、甚至反科学的态度。
3．处理好以学生为中心与科学理性的关系。这里要避免两种极端，一是那种忽视学生学习特点的传统做法，如简单追求答案的正确性并限定完成时间，甚至过多使用竞赛的办法；另一种是借强调以学生为中心而忽视科学的方法意识和规则意识。科学探究不同于其他探究，它一方面强调“自主”，另一方面同样强调规范的方法。科学这门学问的积累性、逻辑性和经验性特点⑩，决定了科学学习要比其他学科的学习注入更多的理性思维。
总之，对教师们进行科学课程改革实际问题相联系的、以科学性质为中心的培训是当务之急。与此同时，在教师教育体制改革过程中，要重视理科课程的有关问题，加强师范生科学研究过程的训练和科学哲学的讨论。只有正确掌握了什么是科学才能把自己的科学知识用活；只有掌握了科学与其他知识的差异，才能教好科学课程；只有掌握了科学的精神，教学中才能得心应手、灵活主动、游刃有余。
参考文献
①美国科学促进会，中国科学技术协会译。《面向全体美国人的科学》。科学普及出版社，2001，p.XXII。
②美国国家研究理事会，戢守志等译。《美国国家科学教育标准》。科学技术文献出版社，1999，P.28
③中国科学技术协会。1996中国公众科学素养调查报告。《科普研究》，1998（6）。
④Keith,F.P.Introduction to Social Research.SAGE Publications,2000.p.96.
⑤Springer,J.Primary Science Curriculum Guide.David Fulton Publishers Ltd,2002.p.39.
⑥张红霞。建构主义对科学教育的贡献与局限。《教育研究》，2003（7）。
⑦张红霞。《科学究竟是什么》。教育科学出版社，2003。
⑧同②，p.56。
⑨Osborne,J.F.Beyond constructivism.Science Educatiion,1996,80(1).
⑩同⑥。
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