美國科學教師在職培訓新動向

于楊

摘要：伴隨科學教育改革的不斷深化，美國K-12科學教師在職培訓也在不斷地調整、發展與完善。尤其是近三年在《科學教育框架》的影響下，美國科學教師在職培訓出現了新的特征，即以“成為研究者”的培訓理念為指引，圍繞跨學科核心概念展開培訓，培訓策略以探究實踐為主，培訓課程著重SCK與PCK課程，培訓者身份日益多樣。與以往相比，在職培訓也出現了新的問題，即教師參與培訓的積極性普遍不高，缺乏時間，培訓內容不能滿足教師對專業知識的需求，教學任務的變更與教師離職使教師不愿參與培訓，缺乏專業培訓者等。為解決上述問題以及實現《科學教育框架》提出的科學教育新愿景，未來美國科學教師在職培訓呈現新的發展趨勢。

關鍵詞：美國；K-12科學教師；在職培訓；《科學教育框架》

美國歷來重視K-12①科學教育，認為未來公民即學生，在科學、技術、工程以及數學方面接受的教育決定著美國未來在全球市場中經濟與技術的地位[1]。因此，從幼兒教育階段（5-6歲）開始，科學便與英語、數學、社會一道被列為核心課程。但從數據上看，美國科學教育的質量不容樂觀。在2009年國際學生評估項目中，美國學生在34個經濟合作發展組織（OECD）國家中，數學排名29，科學排名25。更嚴峻的是，美國現已出現科學與工程人才短缺的趨勢——工程專業招生吸引力下降、雇主難覓優質人才——對整個社會的經濟發展構成威脅[2]。相關研究表明，造成年輕一代對科學知識興趣下降的主要原因，一是由于學生在小學階段沒有樹立起科學學習的積極態度；二是K-12科學教師沒有為提供有效的科學教學做好充分準備。[3]教育界人士普遍認為，雖然提高美國科學教育水平有很多步驟要走，但沒有一個比提高科學教師在職培訓水平更重要的[4]。2011年，全美科學教師協會和科學促進協會共同編寫并發布《K-12科學教育框架：實踐、跨學科概念、學科核心思想》（以下簡稱《科學教育框架》），標志著美國科學教育發展進入新階段，同時也意味著為實現科學教育發展的新愿景，科學教育師資水平必須進一步提高。近三年來，圍繞《科學教育框架》的實施，美國科學教師在職培訓表現出新特征，也出現了亟待解決的新問題和新的發展趨勢。研究美國科學教師在職培訓的最新動態對我國科學教師在職培訓具有借鑒意義。

一、《科學教育框架》實施背景下美國K-12科學教師在職培訓的新特點

美國各州都規定，在職教師必須參加教師培訓活動。教師在職培訓是州教育法規中規范教師資格的一部分，由州政府教育部門負責執行。近年來，美國科學教師在職培訓形式（在校教師培訓、學區教師培訓以及教育專業組織的教師培訓）沒有發生大的變化，但在《科學教育框架》影響下，科學教師在職培訓的理念、內容、策略等均呈現與以往不同的新特點。

特點一：在職培訓以“成為研究者”的理念為指引。現在美國K-12科學教育，不再被學生高中畢業后應該掌握哪些科學知識的教育理念指導，而是被學生未來升學、職業發展和成為良好公民的教育理念引導著。[5]《科學教育框架》亦意圖向人們表明，科學教育不再是一門羅列很長的、互不相關的科學知識名單的學科，而是基于工程和技術實踐，培養年輕一代對待科技的理解力、實踐力，并讓每個孩子擁有全面教育機會的教育。[6]受此影響，目前美國科學教師在職培訓以幫助教師“成為研究者”的理念為指導[7]，意在鼓勵教師根據自身的特質和實踐背景特征，以科學課堂為研究場所，適當改編科學課程材料，以科學研究的態度從事科學教學工作。

特點二：培訓內容圍繞跨學科核心概念展開。《科學教育框架》指出，科學教育不是對科學知識與事實的傳授，而是在了解科學與工程跨學科性的基礎上，圍繞核心概念展開。事實上，將科學和工程聯系起來，在科學教育歷史上并不是新鮮事。在1989年，美國科學促進會在其出版的《為了所有美國人的科學》一書中便論述了科學與工程的關系，1993年在其出版的《科學文化基準》一書中，二者的關系被再次重申。但是，科學與工程的跨學科性在日后的科學課程設計、教學評價、教師教育中并沒有得到重視。直至近十年，伴隨科學教育研究的發展，“核心概念”在科學教育中的作用才日益彰顯。相關研究表明，在科學與工程實踐中，專家與新手的最大區別在于——專家理解其領域的核心原則和理論架構，并利用它搞清新信息之間的關系；而新手則總是試圖掌握不系統的，甚至是相互矛盾的知識和孤立的事實，還意圖尋找組織和整合它們的方法。以核心概念的方式對學生進行科學教學，會幫助他們像專家一樣思考。因此，目前科學教師在職培訓的內容體現出聚焦于核心概念，而非科學知識與細節的特征。

特征三：培訓策略以探究實踐為主，側重探究的過程而非結果。《科學教育框架》內容顯示科學、工程和技術是“做”的科學。[8]與之相應，科學教師在職培訓也必將以實踐為主。因此，科學教師在職培訓策略從最初以培訓教師講授為主，以增長科學教師專業知識為目的，轉變為以在職教師親自實踐為主，以擴展其科學視野、增強其教學自信、增長其科學經驗為目的。研究表明，以實踐探究為主的在職培訓，能讓科學教師更好地了解科學家科學實驗時的經歷與體會，增強他們的教學自信和職業穩定。如對哥倫比亞大學科學教師在職培訓項目的調查顯示：接受深層次探究實踐培訓后，教師回到學校后，會主動承擔更多建構性的實踐活動，會對學生的困難有更好的理解力與解決方式。與沒有參加過此類培訓的教師相比，他們的學生通過州科學考試的比例是對方的2.5倍，參加科學俱樂部的學生數是對方的4倍。參加培訓的教師五年內只有5%的人離開教師行業。[9]

特征四：培訓課程類型以SCK與PCK課程為主。《科學教育框架》頒布后，美國科學教師在職培訓課程類型主要以SCK課程（Science-center knowledge，以下簡稱SCK）即以專業知識為中心的系列科學前沿課程和以PCK （pedagogy-center knowledge，以下簡稱PCK）課程即集中于教法知識的小型研討課程為主。數據顯示，目前幾乎所有美國公立學校的科學教師都有學士學位，42%的教師擁有碩士學位。初看上去，似乎科學教師已經對教學做好了充分的學術準備。但研究發現，有64%的初、高中科學教師會在培訓中選擇學習所教的課程內容知識，即SCK課程。[10]教師解釋“著重于科學知識內容，而不是教學方法，是因為他們想在教學時確信自己已經準備好足夠的知識進行教學了”。同時，《科學教育框架》中對科學實踐、探究教學的要求，也促使越來越多的科學教師參與教學技能的培訓，即PCK課程。在PCK課程中，實驗室技能、教學技術等內容是教師們最感興趣，也是對實際教學幫助最大的。[11]endprint

特征五：培訓者身份日益多元化。為滿足科學教師在職培訓的多方面要求，本地大學、社區學院、專業進修機構需通力合作為在職科學教師提供培訓。因此在職教師培訓者身份日益多樣，既包括大學教師、K-12中小學在職教師，還包括專業科學教育機構教師、非教育機構的教育者，如博物館展覽設計者、紀錄片的作者和制片人等。[12]

二、《科學教育框架》背景下K-12科學教師在職培訓存在的問題：以伊利諾伊州諾默爾市第五學區科學教師在職培訓為例

《科學教育框架》自2011年發布以來，日益得到美國多數州的積極響應與接納。但面對框架的多種要求：教育目標的要求即通過科學教育使學生具備追求科學技術事業的能力，課程組織的要求即通過“核心學科概念”組織科學課程，學習理念的要求即通過“學習進階”描述科學學習的發展過程等，科學教師在各階段均倍顯力不從心，缺乏實施有效教學的信心。面對困難，科學教師參與在職培訓的積極性卻并不高，甚至還有抵觸情緒。為此，筆者借在美國訪學的機會，對所在地伊利諾伊州諾默爾市第五學區（Unit 5， Normal， Illinois State）的科學教師展開問卷與訪談研究。對該學區17所小學5年級教師（24位）、4所中學科學教師（26位）、2所高中科學教師（24位），合計74位教師發放調查問卷，回收35份，占47%，并對其中5位教師（小學2位、中學2位、高中1位）進行了訪談，在結合其他學者相關研究結論的基礎上，歸納出目前美國K-12科學教師在職培訓存在的問題，并試圖分析其原因。

問題一：科學教師參與在職培訓的積極性普遍不高。問卷結果顯示，該學區所有科學教師都知道《科學教育框架》的存在，并有90%以上的教師認為，該框架對學生的科學學習應該有好處。但是85%的教師表示，他們沒有參加過與《科學教育框架》內容相關的在職培訓，并有超過一半的教師表示，未來他們也不想參與此類培訓。對此問題，訪談中，教師們普遍反映近年來多種多樣的教師標準、框架讓他們應接不暇、疲憊不堪。一位有十年教齡的中學科學教師談到，“自她工作以來不斷面對各類標準和框架的出臺，對此她已經厭倦”，她認為“這些標準、框架對她的教學工作造成很大干擾，尤其在看到不同標準之間的沖突與矛盾時，更讓她感到厭倦”。學者菲爾德茲（Fields）等人在研究也發現：“在小學教育中，許多小學生因教師對科學教育的關注度不夠，或者是教師沒有做好科學教學準備，導致許多學生被剝奪了通過一系列的科學教育，構建良好科學背景的機會”[13]。綜上可知，由于教師對《科學教育框架》的理解與認同不夠等原因，導致其參與相關培訓的積極性普遍不高。

問題二：缺乏時間阻礙科學教師參與在職培訓。問卷結果顯示，53%的教師認為阻止自己參與科學教師在職培訓的最大障礙是缺乏時間。在學校工作中，他們需要花費大部分時間去進行教學、與其他教師合作、實驗新的教學策略等。卡亞（Kaya）等學者就“教師參與在職培訓動機”的研究顯示，缺乏時間和時機不對是二分之一的科學教師認為自己不能參與教師專業發展的最主要原因。另外，還有三分之一的新入職教師認為，在入職的第一年，由于時間不足，他們沒有辦法參加任何在職培訓。[14]

問題三：在職培訓內容不能滿足科學教師對專業知識的需求。顯然，《科學教育框架》給科學教師的教學提出了更高的要求，即以學習進階理念為指導，圍繞核心概念，開展科學與工程的跨學科學習，通過有效的科學教育力求使未來公民了解科學與社會的密切關系，并為他們未來進入大學、職業規劃乃至終身學習做好準備。實現上述要求，科學教師必須具備深厚的科學知識儲備、高超的教學技能以及嫻熟的實踐能力。但事實上，無論是經驗豐富的老教師還是新教師，都需要花費更多的時間、資源和自信將上述內容融入到科學課程中。例如，學者杰姆斯（James）通過對全加州小學科學教師現狀的研究指出，加州40%的小學教師（五年級教師）每周只有一個甚至不到一個小時的時間進行科學教學；90%的教師感覺自己為英語或數學教學做好了準備，但只有約三分之一的人認為自己對科學教學做好了準備。[15]筆者的調查也發現，科學教師九成以上都贊同“教師的科學知識儲備越豐富，教學效果越好，學生的科學成績也越高”。但是，60%的科學教師提出，目前現有的在職培訓項目并沒有為他們實施有效的科學教育提供必要的、充分的科學專業知識保障。尤其是小學階段的老師，由于在大學階段沒有接受全部的科學課程的學習，因此在科學教學中，更需要扎實的科學專業知識，以滿足實施有效教學的需要。

問題四：教學任務的變更與教師離職使教師不愿參與在職培訓。相關調查結果顯示，教學安排的不可預測與教師職業的不確定使教師不愿參加更多的在職培訓。學者艾瑞克（Erica）等的調查結果顯示，在過去5年里，只有27%的波士頓科學教師始終教授同一門科學課，而20%的教師每年都經歷教學科目的變更。[16]訪談中，一位高中物理教師談到：“有時候，你被鼓勵著去參加在職培訓，你也看到了自己的需要。但是，假如你在未來的教學中并不需要它，你就必須放棄。因為，我們必須小心謹慎地估量自己在專業發展中的資金投入。”另外，教師的離職也是科學教師不愿參與在職培訓的重要原因。調查顯示，在過去五年的時間里，有47%的波士頓初、高中科學教師，完全離開了教師行業。[17]筆者的調查亦證實，教師的離職、任教學區的改變都是阻礙教師參與在職培訓的重要因素。

問題五：在職培訓項目質量不高，缺乏專業培訓教師。筆者的調查顯示，約一半以上的教師認為，他們參與過的在職教師培訓項目與其最初的期盼有一定差距。訪談中，有教師提出，現在在職教師培訓項目越來越多了，培訓者的身份也日益多元。但是由于很多項目準備不充分，缺乏必要的物理環境支持、親自動手實踐與相互合作的機會等，導致培訓結束后，未能收到應有的培訓效果，因此教師也對類似的在職培訓項目失去了興趣。[18]學者麥克內爾（Mcneill）等提出，未來只有那些面對面的、實踐性強的、培訓費不昂貴的培訓項目才會對科學教師具有更大的吸引力。[19]endprint

三、美國K-12科學教師在職培訓的發展趨勢

作為終身教育的需要，教師在職培訓在社會生活和教育系統中是永遠無止境、連續不斷的；作為教師專業發展的需要，在職培訓為教師提供了知識、技能，以及實現有效教學的信心與勇氣。[20]近年來，伴隨適應新技術和了解新科學信息的需要，以及2011年《科學教育框架》的影響，社會各界對科學教師在職培訓提出了更高、更深刻的要求，科學教師在職培訓的理念、內容、策略等都呈現出新的需要與發展態勢。

趨勢一：以學習進階理念為指引，關注在職培訓的連續性與銜接性。《科學教育框架》提出，美國K-12科學教育要在“科學與工程實踐、跨學科概念以及核心概念”的維度下，以學習進階理念（Learning progressions）為指導循序進行。學習進階意味著學生學習科學不是幾周或者幾個月的事情，而是以年級為單位，循序漸進、持續進行。這種持續的過程，既是學生對核心概念理解不斷成熟的過程，也是教師為學生提供進步所需的支持和實踐的過程。對科學教師進行在職培訓則意味著，要更加聚焦于核心內容的連續性、更小的跨學科概念的聯系性，以及K-12各階段科學教師在職培訓內容的銜接性。[21]

趨勢二：以樹立教學自信為目標，關注科學教師教學態度與信念的培養。在科學教學中，科學教師的教學態度和信念是最重要的，它代表著一種隱性機制，指導著教師的班級行為。[22]韋恩伯夫（Weinburgh）期盼理論認為：“個體對于客觀事物的態度是其自身對客觀事物功能的信仰。信仰決定態度，態度又影響目的和行為。”[23]實踐證明，擁有積極教學態度和信念的科學教師，他們將會花費更多的時間去設計課程、制作教具并運用更多探究的方法進行教學，更重要的是他們更注重自我教學的效能，對教學成績寄予期望。同時，科學教師的科學教學態度的強弱、科學自信的高低還影響著其學生對待科學學習的態度。但是，科學教師自己卻通常認為，科學教學資源不足，設備不夠，時間和空間的局限是造成科學教學水平不高的原因。這種“反科學的態度”（“Anti-science”attitudes）嚴重阻礙了他們為學生提供高質量科學教學的能力的發展。[24]因此，未來科學教師的在職培訓，以樹立科學教學自信為目標的教學態度與信念的培訓內容是必不可少的。

趨勢三：以學生行為期望為前提，深化在職培訓內容。基于《科學教育框架》的要求，未來科學教育應幫助學生了解相互關聯的科學本質，并通過實踐與體驗，實現對科學和工程的想象。因此，科學教師不僅要關注所提供的課程內容的跨學科性、實踐性、連續性，還要對學生的行為寄予期待（Performance expectations），即對學生理解和使用科學知識有所期待。[25]為此，科學教師必須具備更加完備的專業知識和更加高超的教學技能。雖然，專業知識和教學法培訓一直是在職培訓的傳統內容，但其深度、廣度與實踐的效度已不能完全滿足目前科學教育的要求，進一步深化培訓內容勢在必行。

趨勢四：以多種實踐方法為手段，提高在職培訓質量。研究表明，科學教師深度的科學實踐經驗能夠改變他們的整個教學生涯。好的科學教師不必對所有科學問題都了如指掌，但是他們能夠問有價值的問題，并和學生一起尋找答案。因此，高質量的科學教師在職培訓就應賦予教師豐富的、能與學生一起分享的令人激動的科學經歷。學者漢莫爾（Hammer）認為，高質量科學在職培訓項目能幫助科學教師在班級教學中，為學生有力地展示科學學習的價值，能幫助學生樹立科學學習的信心，能更廣泛地使用資源發展有效的科學課程。[26]綜合來看，實驗室法、以問題為基礎的學習法（Problem-based learning，PBL）、技術教育內容知識法（Technological Pedagogical Content Knowledge，TPCK） 、合作學習法、討論學習法、觀察法、短途科學旅行、與大學合作組建工作坊等都將是未來科學教師在職培訓的實踐方法。

趨勢五：以證據為依據評價在職培訓的成效。如前所述，目前美國科學教師在職培訓項目多種多樣，側重點也各有不同，但低質量的培訓項目不乏充斥其中。未來以證據為基礎的評價方式（Evidence-based evaluations）將成為衡量科學教師在職培訓項目質量、判斷專業發展菜單有效性的重要依據。從目前文獻研究來看，實施有效科學教學的重要因素，即教師的實驗技能，實踐能力、教學技術、增加學生對科學的興趣、學生科學成績等，將成為評價科學教師在職培訓項目有效性的重要依據。[27]

注釋：

①“K-12”是指從幼兒園（Kindergarten，通常5～6歲）到十二年級（Grade 12，通常17～18歲），這兩個年級是美國、澳大利亞等國家免費教育系統頭尾的兩個年級。

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（責任編輯 陳志萍）endprint