國外大學化學教育研究的元分析

朱玉軍　王磊

摘要：大學學科教育研究在國外已經(jīng)得到了重視和發(fā)展，而我國還存在不足。通過分析國際上化學教育研究領域影響因子最高的期刊《化學教育研究與實踐》2010-2014年大學化學教育研究的文獻發(fā)現(xiàn)，國外大學化學教育研究注重實證研究，注重各種教育研究方法及數(shù)據(jù)收集和分析方法的運用，注重大學生的學習研究，注重從教育心理學、科學哲學和教育技術等領域汲取理論基礎等，基于學科的教育研究作為一個學術領域在美國獲得了充分的認可和支持。

關鍵詞：大學化學教育研究；研究范式；研究方法；研究主題；研究基金

教學是大學的基本職能和中心工作。然而，目前我國本科教學工作在高等學校里雖然表面上似乎得到重視，但實際上卻是被忽視的，不少教師對于本科教學采取的是應付的態(tài)度，并沒有把主要精力真正用于本科教學，致使高等學校本科教學的質(zhì)量每況愈下，學生對此表示十分不滿，是該思考如何解決這個問題的時候了。從國際來看，2001年諾貝爾物理學獎獲得者Carl Wieman指出，整個北美大多數(shù)研究型大學的本科科學教學方式比無效還要糟糕，而是不科學的；于是他從獲得諾貝爾獎的物理學家變身為一個科學教育者，在過去的15年間致力于應用學習科學的理論改善大學本科科學課程的教學質(zhì)量。想要有效地解決教育問題，就必須開展圍繞教育實踐問題的科學研究。美國國家研究理事會（NRC）于2012年發(fā)布《基于學科的教育研究：理解和改善本科科學與工程的學習》，其中指出：“美國急迫地要提升大學本科科學和工程教育的質(zhì)量，以培養(yǎng)多樣化的技術勞動力和具有科學素養(yǎng)的公民。這需要大學科學和工程教育的重大改革，需要依賴基于學科（物理、化學、生物、地球科學、工程、天文學等）的教育研究。基于學科的教育研究是一個至關重要的學術領域，是運用科學的研究方法收集定量和定性的證據(jù)來回答各學科的教與學的問題，具有改善大學科學和工程教育質(zhì)量的巨大潛力，其目標主要包括：（1）理解人是如何學習科學和工程的概念、實踐及思維方式的；（2）理解各學科專業(yè)知識的本質(zhì)及發(fā)展歷程；（3）幫助確定和調(diào)節(jié)各學科的最適當?shù)膶W習目標和教學方法；（4）為基于學科的教育研究成果轉化為課堂教學實踐提供知識基礎；（5）探索使科學和工程教育產(chǎn)生更寬廣和更深遠意義的方法和途徑”。

然而，長期以來我國學科教育研究限于基礎教育和中小學教師教育，少有針對高等教育階段學科教育問題的研究。另一方面，我國高等教育研究又往往限于高等教育基本原理、通識教育、素質(zhì)教育、德育教育、大學治理及制度、高等教育信息化、高等學校轉型、高等學校招生制度、高等學校教師發(fā)展等宏觀層面的問題。但是，大學教育目標的落實、教學工作的開展、人才培養(yǎng)的實現(xiàn)都離不開具體的學科。大學各個學科的課程究竟該如何設置、教學內(nèi)容該如何選取、怎樣的教學方式才是最有效的、該如何才能滿足學生的學習需求……如果沒有基于學科的教育研究作為基礎和依據(jù)，將難以看到高等教育改革的成效。因此，高等教育改革需要建立在基于學科的教育研究的基礎上。美國基于學科的教育研究的緣起就是建立在由于高等學校擴張而引發(fā)的對大學科學教學質(zhì)量的關注之上的。

那么，我們又該如何開展針對大學教學的基于學科的教育研究呢？近十年來，國際大學化學教育研究取得了顯著的進展，張丹瑋等對2004-2013年發(fā)表在Chemistry Education Research and Practice，Journal of Chemical Education，Journal of Research in Science Teaching，S cience Education，International Journal of Science Education和Research in Science Eduction等6種SSCI期刊上發(fā)表的化學教育研究論文統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在650篇實證研究論文中涉及高等教育的論文為353篇，占比為54.3%，這應該是值得我們關注和借鑒的。本文以國外大學化學教育研究為例，從研究范式、研究主題、理論基礎、研究方法、研究對象等方面做元分析，為我國高等教育領域的學科教育研究提供參考。

一、研究樣本

考慮到研究樣本的代表性和權威性，選擇國際上化學教育研究領域影響因子最高的期刊Chemistry Education Research and Practice（《化學教育研究與實踐》，湯姆森路透社2014年報告的影響因子為1.309）作為文獻來源。2015年1月22日，在該期刊網(wǎng)站以標題中含有關鍵詞college chemistry或undergraduate chemistry或university chemistry分別檢索2010-2014年的文獻，共得到論文22篇，然后去除第一作者來自我國臺灣的2篇論文，以剩下的20篇論文作為分析對象。論文作者的國別分布見表1，可以看出來自美歐的研究占了很大的比重，尤其是美國占了60%之多。

二、研究方法

采用內(nèi)容分析法，以通讀全文和精讀部分內(nèi)容的方式，對上述20篇論文的研究范式、研究主題、理論基礎、研究對象、研究方法、數(shù)據(jù)分析方法、研究基金來源、參考文獻量、作者所屬單位等信息進行編碼和統(tǒng)計。分析對象的內(nèi)容編碼設計見表2。

需要說明的是，在文章內(nèi)容分析的過程中，如果表2里結構編碼不能滿足要求，則通過增加編碼類別來解決。為了更加全面地分析國外大學化學教育研究的狀況，給我國大學化學（學科）教育研究提供更多有價值的信息，表2中分析對象的選擇不僅涉及科學研究的內(nèi)部結構要素，而且考慮到了科學研究活動的外部結構要素。其中的“研究基金來源”和“作者所屬單位”是屬于科學研究活動的外部結構要素，是否有權威的基金資助機構及足夠的資助金額是判斷一個研究領域的成熟度和被認可度的重要標準；研究人員所屬的單位則可以反映科學研究活動開展的學科背景、團隊組織及條件保障等，而在我國的大學里，當前正存在著“學科教育研究者”是屬于“學科院系”還是“教育學院”的困惑及爭議。在科學研究的內(nèi)部結構要素中，研究范式是研究傳統(tǒng)的反映，研究主題反映了研究所關注的問題域，研究對象則體現(xiàn)了對教育活動主體的關注，研究理論基礎、研究方法、數(shù)據(jù)分析方法則是科學研究過程自身邏輯的體現(xiàn)。

表2中研究主題編碼參考了文獻的分類，根據(jù)本研究的需要及大學教育的特點，將各自的內(nèi)涵設定為：（1）教學研究，包括教學方法、教學策略、教師的教學信念、教師的PCK等，以及相關測量工具的研究；（2）學習研究，包括對學生的學習經(jīng)驗、理解水平、相異構想、概念轉變、學習方法、學習困難、學習差異等的研究，對學生的學習態(tài)度、動機、信念等情感因素的研究，以及對相關測量工具的研究；（3）課程研究，包括課程的開發(fā)、實施及評價研究，課程目標、內(nèi)容及結構研究，以及對相關測量工具的研究；（4）教育技術，包括信息技術（計算機、視頻、網(wǎng)絡等）在教師教學及學生學習過程中的應用和整合研究，以及對相關測量工具的研究。

三、研究結果及討論

1.研究范式

在研究范式方面，20篇論文都是實證研究。可以看出，實證研究在國外大學化學教育研究中是很受歡迎和重視的。對2001-2011年發(fā)表的論文統(tǒng)計表明，在國外大學物理教育研究中也大都采用實證主義的范式，其中應用最多的是定量研究。這一點是值得我們關注、學習和借鑒的，盡管實證主義并不是完美的，也遭受著批評。長期以來，我國的教育研究注重理論思辨和經(jīng)驗總結，對實證研究的重視不夠。例如，對5種綜合類教育期刊2001-2011年發(fā)表的論文隨機抽樣1073篇的分析發(fā)現(xiàn)，其中87.7%為思辨研究，《教育研究》中思辨研究的比例更是高達90.4%。另外，對我國《化學教育》期刊2008年發(fā)表的332篇論文的分析發(fā)現(xiàn)，82.8%為定性與思辨研究，僅有17.2%為定量與實證研究。田慧生教授在談到由傳統(tǒng)教研轉向現(xiàn)代教研時，特別指出：“研究方式、方法要向著更加科學、規(guī)范、理性的方向轉變，由基于經(jīng)驗的教學研究向基于事實和數(shù)據(jù)的教學研究轉變”。

2.研究主題、研究內(nèi)容及研究對象

研究主題、研究內(nèi)容及研究對象的編碼見表3。在研究主題方面，“學習研究”是最受關注的，占比達55%，其次是課程研究（20%）、教學研究（15%）、教育技術（10%）。同時，更有高達90%論文的研究對象里包括學生，從學生那里的收集研究數(shù)據(jù)和證據(jù)，這說明國外大學化學教育研究非常注重從學生及其學習狀況的角度出發(fā)提出問題、開展研究。統(tǒng)計表明，在國外大學物理教育研究中，文獻量最多的研究主題也是學生學習研究。這足可見，國外大學學科教育研究的重心在于從學生出發(fā)、以學生為主、關注學生學習，可以說體現(xiàn)了“生本理念”。學科教育研究的最根本的目的就是指導學科教學實踐，教學中實現(xiàn)以教為主向以學為主轉變，教學研究同樣需要從過去重視研究教、為教服務轉向研究學、為學服務，我們必須給予高度重視。從表3中的研究內(nèi)容編碼可以看出，國外大學化學教育研究的主要內(nèi)容包括：學生的學習態(tài)度及感受、知識理解與運用、學習方法與過程、學業(yè)成就與自我效能；課程評價、課程背景、課程問題開發(fā)；教師的PCK、教師言語行為、PBL教學法；翻轉課堂、視頻技術等。其中基于翻轉課堂和視頻技術的實證研究值得借鑒，社交媒體和信息技術的發(fā)展對課堂內(nèi)在結構、教學關系、教學形態(tài)、教學模式等產(chǎn)生了深刻影響，教學研究要及時地由傳統(tǒng)教學研究向基于信息化的現(xiàn)代教學模式研究轉變。

3.研究方法，數(shù)據(jù)收集及分析方法

研究方法、數(shù)據(jù)收集及分析方法見表4。在研究方法方面，定性方法的運用是最多的（40%），其次是定量方法（35%），定性與定量混合方法的運用也達到25%；同時，定性研究方法是越來越受青睞的。在定量數(shù)據(jù)收集方法方面，主要運用了李克特量表、二段式診斷測驗、標準化考試、前后測、控制組與實驗組測試等；在定性數(shù)據(jù)收集方法方面，主要運用了開放性測試、訪談、課堂觀察、課堂錄像、開放性問卷調(diào)查、出聲思維錄音、學生的學習文本復制等。在定量數(shù)據(jù)分析方法方面，常用的統(tǒng)計分析方法基本都有涉及，例如描述性統(tǒng)計、頻次統(tǒng)計、因素分析、結構方程模型、主成分分析、聚類分析、多級模型分析、相關性分析、方差分析、卡方檢驗、非參數(shù)檢驗等；在定性數(shù)據(jù)分析方法方面，主要運用了錄音（像）轉錄、文本分析、編碼分類、編碼頻次統(tǒng)計、扎根理論分析等。

4.理論基礎及參考文獻

科學研究就是要利用現(xiàn)有的理論、知識，解決未知問題，從而發(fā)現(xiàn)規(guī)律和新的知識；理論對經(jīng)驗具有共時建構作用，觀察、訪談和試驗中都滲透著理論；理論對經(jīng)驗具有事后解釋作用，理論審查經(jīng)驗的性質(zhì)，解釋經(jīng)驗的內(nèi)容。對理論基礎進行研究，有利于解決我國的學科教育研究“學術層次低、理論內(nèi)涵單薄、學術根基松軟、學術底氣不足”的局限性。

對20篇論文的理論基礎進行自然編碼，然后分類，結果見表5。可以看出，國外大學化學教育研究的主要理論基礎是教育心理學，同時結合了科學哲學、教育技術和自身領域的理論。這說明，其不僅注重吸收和借鑒來自相關領域的理論，還發(fā)展出了基于化學學科特色的教育理論，例如“化學三重表征及其轉換理論”已經(jīng)成為化學教育的重要理論基礎。

研究論文的參考文獻量在一定程度上反映了其所屬學術領域的發(fā)展水平。對20篇論文的參考文獻的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，最多的達到了71條，最少的也有14條，平均參考文獻數(shù)量為39條/篇。這說明國外大學化學教育研究已經(jīng)具有了相當?shù)幕A性、累積性和繼承性，且比較注重參考相關的研究成果。其所累積的文獻資源是值得我們進一步學習、研究和借鑒的。

5.作者所屬單位及研究基金來源

關于作者所屬單位，化學系（學院）的作者參與完成的論文數(shù)量達到了17篇（占85%）；進一步查閱另外3篇論文的作者的專業(yè)背景發(fā)現(xiàn)，有1篇論文的作者的本科專業(yè)背景是化學，有1篇論文的作者是化學家，有1篇論文的作者是物理系教授。總的來看，幾乎所有文章都需要有化學專業(yè)的作者參與，這充分說明要做好化學教育研究，化學知識是第一位的，同時作者處在化學系（學院）也是很必要的，因為大學化學教育研究的主要對象（學生和教師）是在化學系（學院）的。同時，也有大學化學系和教育學院的作者合作完成的論文，還有大學化學系與數(shù)學及統(tǒng)計學系的作者合作完成的論文；這樣的合作是值得提倡的，教育學院的作者可以提供教育理論和教育研究方法等的支持，而數(shù)學及統(tǒng)計學系的作者可以提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析方法方面的支持。

研究基金對學術領域及其人才隊伍的發(fā)展都具有重要的促進作用。從20篇論文所提供的有關研究基金資助的信息來看，有11篇（占55%）沒有研究基金資助；有9篇（占45%）獲得了研究基金的資助；有5篇（占25%）獲得了美國國家科學基金（National Science Foundation）的資助；有1篇（占5%）獲得了新加坡南洋理工大學教育研究基金資助；有1篇（占5%）獲得了南非國家研究基金（National Research Found～ion）資助；有1篇（占5%）獲得了澳大利亞政府的高等教育創(chuàng)新項目基金資助；有1篇（占5%）獲得了英國皇家化學會的項目基金資助。從中可以看出，大學化學教育研究在美國和南非已經(jīng)得到了足夠的認可和重視，可以獲得最高層次的國家科學研究基金的資助，其中美國的資助力度是最大的。而我國國家自然科學基金根本沒有資助科學教育研究的門類，而社會科學基金和教育科學基金也很少關注基于學科的教育研究，例如2014年社會科學基金和教育科學基金資助的所有項目標題里沒有一項含有“化學”或“化學教育”。

四、研究結論及啟示

綜上所述，有關大學化學教育研究，可以得出如下結論：（1）美國國家科學基金給予了有力的支持，也產(chǎn)出了最多的研究成果；（2）從研究范式來看，國外主要是實證研究，與我國主要是思辨研究的格局形成了鮮明的對比；（3）國外比較重視學生的學習研究，注重從學生及其學習狀況的角度出發(fā)來收集數(shù)據(jù)和證據(jù)，從而提出問題、開展研究；（4）從研究方法來看，國外有定性方法和定量方法的單獨使用，也有定性方法和定量方法的混合使用，主要取決于研究問題的需要；（5）在研究數(shù)據(jù)收集及分析方法上，國外采用了非常豐富的定性數(shù)據(jù)和定量數(shù)據(jù)的處理手段，幾乎涵蓋了所有的文本分析和數(shù)量統(tǒng)計分析的方法；（6）從研究的理論基礎和參考文獻來看，國外很重視從教育心理學、科學哲學和教育技術等領域獲得理論支持，并基于化學學科特點發(fā)展化學教育規(guī)律和理論；（7）從作者所屬單位來看，大學化學教育研究的生力軍還是在化學院（系），對其比較有利的研究生態(tài)（蘊涵著研究問題的現(xiàn)實的教學情境，主要的研究對象——學生和教師，有利于開展研究的社會關系——同事關系、師生關系等）也應該是在化學院（系）。

大學的學科和專業(yè)化的建制，決定了大學教育改革和人才培養(yǎng)的目標要想有效落實，離不開學科教育及教學這一環(huán)節(jié)。大學的基本職能之一——教學的價值及其重要性不僅需要得到回歸，還需要重新定位——即要建立在基于學科的教育研究的基礎上。也就是說，傳統(tǒng)上將大學“教學”與“科研”簡單分開來看的思想已經(jīng)過時了，將大學教學簡單看成“基于經(jīng)驗的工作”是不全面的。大學學科教學不僅包含著“基于經(jīng)驗的工作”的成分，也包含著“基于學科的教育研究”的成分，基于學科的教育研究——化學教育研究、物理教育研究、生物教育研究、地球科學的教育研究等都已經(jīng)逐漸發(fā)展成為了獨立的學術研究領域。在這一方面，我國原來的學科教育研究者無疑是具有一定優(yōu)勢的，不要只是關注中小學學生的學習及中小學教師的培養(yǎng)，還要針對大學學科教育教學中的問題，開展科學、嚴謹、規(guī)范的教育研究，尤其是實證研究，為提升我國大學學科教學和人才培養(yǎng)水平提供理論基礎和證據(jù)支持。同時，我國的科學研究基金資助機構需要給予學科教育研究更有力的支持，我國高等院校需要對人才隊伍的建設給予政策支持。我國部分師范院校將學科教育研究者從各學科院系分離出來，單獨成立教師教育學院的做法是值得再思考的。

[責任編輯：周楊]