教師話語策略與學生科學推理學習的關系
——基于全班對話的實證研究

趙 楠， 裴新寧

(華東師范大學教師教育學院，上海 200062)

一、問題的提出

科學推理是科學思維的重要組成部分，眾多國家將科學推理作為中小學科學教育的基本目標和重要內容。[1-2]我國教育部2018年頒布的自然科學類普通高中課程標準(物理、化學、生物)，也把科學推理列為科學思維和學科核心素養的關鍵成分。但是，我國現行的國家及地方課程文件尚未對科學推理能力作出明確定義，也沒有給教師開展科學推理的教學提供具體建議。

已有研究表明，發展兒童科學推理能力的理想方式是探究教學，[3]但其教學效果受到教師指導的影響；[4]并且，科學推理學習需要結合領域知識并依賴于大量專門情境中的訓練。[5]在眾多影響因素中，語言是科學思維的中介和管道，而教師語言是教師指導的最主要手段，[6]學生的科學推理能力受課堂中教師話語質量的直接影響。[7]然而，已有研究主要聚焦針對小組探究的干預場境，對自然的全班教學中教師話語策略與學生科學推理學習的關系鮮有觀照。今天探究式教學已成為我國一些地區科學課堂的顯性特征，且在“為學生賦權”等理念的感召下，課堂對話逐漸從“教師中心”轉向“學生中心”，[8]但是對“學生中心”理念的誤解及引致的低效不乏存在，多將其簡單歸為教師話語數量的減少，[9]且課堂研究主要圍繞師生間社會關系的流動，而很少關注教師話語的質量及其關聯的學生的意義理解。筆者想追問的是：在“學生中心”的課堂中，教師到底要不要說、該怎么說？教師話語策略與學生科學推理學習之間有著怎樣的關系？

針對上述背景，本文的具體研究問題是：在全班對話中，教師話語策略與學生科學推理學習之間是否存在關聯以及存在何種關聯？期望本文對我國當下“學生中心”的課堂變革中科學推理的教學研究與實踐有所啟發。

二、文獻綜述

(一)科學推理能力及影響因素

如何提高學生的科學推理能力，是國際科學教育的一個研究熱點。本研究所指的科學推理能力，是個體對理論和證據進行區分和協調的思維技能。[10]科學推理是科學哲學、認知心理學和教育學共同的研究主題，一般認為科學推理貫穿于整個科學探究過程，包括構建假設(hypothesis construction)、實驗(experimentation)、循證推論(evidence evaluation and drawing inferences)三個階段。[11]構建假設指圍繞研究問題，通過類比和演繹推理產生能被檢驗的假設的過程；實驗是收集證據的過程；循證推論則是通過邏輯和歸納推理，評價證據并得出推論的過程。[12]

在現有文獻中，影響科學推理能力的因素分為非課堂因素和課堂因素兩方面。大量研究證實，非課堂因素如學習者的年齡、性別、文化背景等會影響學生的科學推理表現，[13]然而這些因素是學校教育不能改變的。相比之下，學習材料、教師、教學環境等課堂因素則是學校教育可以改變的。雷斯尼克(Lauren B. Resnick)等學者綜合大量研究發現，科學推理能力需要通過較長時間的社會化(socialized)過程才能習得，而精心設計的討論式課堂(discussion-based classroom)能將科學推理的話語實踐滲透到學生的日常學習中，更為適合培養學生的科學推理能力。[6]

在諸多課堂因素中，課堂對話質量尤其是教師話語質量是影響學生科學推理學習的關鍵。[9]然而，如何在加強學生科學推理方面更好地運用教師話語策略，仍然困擾著當前研究者。因此，教師話語對學生科學推理學習的影響，成為研究的一個焦點。

(二)教師話語策略與學生科學推理學習的關系

近二十多年，國際學習科學共同體持續關注教師話語策略與學生科學推理學習的關系。相關研究集中于兩種課堂對話場景。一是小組對話場景。此類研究一般利用準實驗法，揭示理論上有效的教師話語策略對小組推理學習的影響。此類研究發現，某些教師話語策略能有效推進小組推理進程，包括提醒注意現象、要求學生解釋，以及利用他人觀點等。[14-16]二是全班對話場景。小組學習場景并不能代表學校教育場景的全部，在東亞、北美和歐洲，大班教學仍然大量存在。因此，從20世紀末起，默瑟(Neil Mercer)、雷斯尼克、豪爾(Christine Howe)等一批學者的研究團隊把目光轉向全班對話研究。[17-19]后者的研究一般在不施加干預的教學場景中，通過大樣本研究揭示全班對話中教師話語策略對學生科學推理學習的影響。相較前者，后者的研究更具現實意義且難度更大。

然而，已有研究對全班對話場景下師生話語關系的解釋十分有限。近兩年，開始有學者轉向研究小組對話場景下對學生科學推理學習有用的教師話語策略，是否適用于全班對話場景。2019年初，英國劍橋大學教育對話研究中心(Cambridge Educational Dialogue Research，CEDiR)的豪爾、默瑟等學者在國際權威期刊《學習科學雜志》(Journal of the Leanring Sciences)上聯名發表了基于72節課、9952話輪的大樣本研究成果。該研究發現，在全班對話場景中，教師“要求學生解釋”的話語策略與學生的學習成績存在正相關，但并未發現這些策略與學生的科學推理成績有相關關系。[20]作者呼吁未來研究要尋找能衡量學生科學推理學習效果的其他指標，以優秀的教學案例為對象，深入研究全班對話場景中不同類型的教師話語策略對學生科學推理學習的影響。

(三)我國科學教育領域中的相關研究

21世紀初的新課改以來，我國科學教育研究開始關注科學推理的相關議題，研究主要集中于三方面：一是對國外科學推理能力培養方式的引介；[21]二是科學推理能力的測評工具開發和現狀調查；[22]三是探索學生年齡、專業、性別等非課堂因素對科學推理能力的影響。[23-24]相關研究為科學推理能力培養的政策制定提供了域外經驗和現狀參考，但仍不足以解決教師層面教學策略缺乏的現實困境。總體上，中國情境下探討課堂因素對科學推理學習影響的研究仍較為缺乏，基于實證的調查更是少見。

本文選取我國科學推理教學的代表性案例為研究對象，根據國際學界提煉的教師話語策略并基于我國課堂教學文化境脈構建課堂對話分析的概念框架，采用混合研究方法，討論在全班對話中，教師話語策略對學生科學推理學習的影響。

三、研究設計

(一)理論基礎

本研究選擇學習的社會文化觀作為基本理論立場，并認為語言是推理和建構知識的基本工具，科學推理可以通過參與探究和課堂對話而習得。[25]社會文化觀關注學習的社會方面，強調知識來自于語言中介的交往。由此出發，科學學習是一個“話語推論的”過程(discursive process)，學習者、工具和環境之間的社會性互動中介學習的發生。[26]課堂對話是幫助學生獨立處理知識、共同表達知識和協作學習的工具，學會像科學家一樣“說話”和“思考”，這其中必然涉及科學語言的內化過程。[27]因此，語言的科學性可以用作衡量科學推理能力的指標。[28]

本研究認為，科學推理學習的本質是一種逐漸內化的社會性過程。在話語豐富的全班對話中，有效的教師話語策略能夠幫助學生逐漸習得科學推理能力。因此，本研究立足學習的社會文化觀，結合已有研究成果，將語言的科學性水平作為衡量學生科學推理能力的指標，以此探查教師話語策略對學生科學推理學習的影響。

(二)研究對象的選定

本研究選取能代表我國優秀科學推理教學的典型案例為研究對象。筆者研究團隊以教育部“一師一優課，一課一名師”項目的大量課例為研究素材，通過視頻分析發現，只有少數部/省優級的科學探究課在教授科學推理，并且，這些優秀教師能在全班對話中賦予學生科學推理的機會，由學生完成與科學推理本質有關的重要環節。這一發現為本文研究對象的選擇劃定了范圍。為了增強所選課例的代表性，經團隊專家集體審議，制定了教學案例選擇標準，包括：(1)教學任務指向科學推理，學習活動包含構建假設、進行實驗和循證推論三個階段；(2)具備“學生中心”的課堂對話特征，[29]學生是假設和推論的提出者，他們有機會主動提取知識、完整呈現自己的主張，學生的不同觀點之間存在互動，且最終主張是通過互動產生的；(3)與推理有關的全班討論時長占課堂總時長三分之二及以上。研究團隊經過分析教案、觀看視頻、專家討論等多輪篩選，最終從上海市省/部優初中化學課中，篩選出符合上述標準的教學案例共兩節課。所選案例的基本情況為：執教教師章老師和黃老師均為公辦初中的女教師，學生共計66名(章老師班36名，黃老師班30名，章老師和黃老師均為化名)；教學任務都是圍繞化學核心知識(物質提純或化學實驗中的氣壓變化)構建假設，并根據實驗收集的證據得出推論；在40分鐘的課堂中，全班討論分別是27分鐘和28分鐘。

(三)話語編碼工具的建構

在小組推理學習研究的基礎上，本文作者使用國際上較為成熟的課堂話語分析工具，探查全班對話中的師—生話語關系。首先，根據薩馬拉蓬加萬(Ala Samarapungavan)等人用于分析小組推理學習的教師話語類別、[16]吉利斯(Robyn M. Gillies)團隊用于分析小組語言科學性的學生話語框架[28]編制初始編碼工具，并對50%的話語樣本進行預編碼。然后，根據預編碼的結果對初始編碼工具加以修訂，最終構建出本研究的師—生話語編碼工具(參見表1和表2)。其中，教師話語策略包括管理任務、引出學生知識、明示關鍵知識、要求學生解釋、提示注意現象、利用他人主張和其他等7種；學生語言科學性包括沉默、是/否、日常語言、科學語言初級、科學語言中級、科學語言高級和其他等7個水平。

表2 學生語言的科學性水平編碼

(四)數據收集和處理

本研究共收集到師生話語678條，教師話語占60.77%，學生話語占39.23%。全班討論環節的師—生對話總時長55分鐘，共271話輪(以說話者轉換識別)，并根據推理任務屬性被劃分為構建假設(實驗之前，共137話輪)、循證推論(實驗之后，共134話輪)兩個階段。視頻被全部轉錄為文字后，由本文兩位研究者進行獨立編碼。評分者之間具有良好的評分信度(Spearman等級相關系數為0.854)，分歧之處經討論達成一致。因為所選課例的編碼指標在統計上不存在顯著差異(兩個編碼工具的獨立樣本t檢驗p值分別為0.173、0.532)，所以將所選課例作為一個總體樣本進行統計推斷。

本研究的師生話語編碼均為定性變量，適合采用卡方檢驗和對應分析進行統計推斷。對應分析(Correspondence Analysis)是一種基于因子分析的多元統計方法，它能夠把不同的樣本和變量繪制在同一降維空間內，常被用作定性變量的關聯分析。[30]本研究利用SPSS 23.0軟件進行數據處理。首先，通過卡方檢驗推斷教師話語策略對學生語言科學性的整體影響。接著，通過對應分析和教學片段的內容分析，共同揭示推理任務不同階段下師—生話語的依存關系，以及對學生語言科學性起主要作用的教師話語策略。

四、研究結果

(一)教師話語策略的種類及其與學生語言科學性水平的關聯

1.教師大量使用要求學生解釋和關聯知識的話語策略

由表3可知，在全班對話中，教師話語策略頻率最高的為“要求學生解釋”(33.9%)，其次是“明示關鍵知識”(28.4%)、“引出學生知識”(18.8%)，表明在科學推理教學中，教師傾向于使用要求學生解釋和關聯學科知識的話語策略。由表4可知，科學語言“初級”的頻率最高，科學語言三個水平的總頻率(59.7%)約是日常語言(10.0%)的6倍，表明在全班討論中，學生大多能使用科學語言表達自己的想法。此外，在推理的不同階段，教師話語策略的側重有所不同，學生語言的科學性水平也存在差異。構建假設階段“明示關鍵知識”的教師話語頻率較多，“中級”水平的學生科學語言較多；而循證推論階段“提示注意現象”的教師話語頻率較多，“高級”水平的學生科學語言較多。

表3 教師話語策略分布及對比[頻次(百分比)]

表4 學生語言科學性水平分布及對比[頻次(百分比)]

2.教師話語策略顯著影響學生語言的科學性水平

對不同教師話語策略和學生語言科學性水平進行卡方檢驗，結果顯示構建假設和循證推論階段的費希爾精確檢驗值分別為74.797和87.412，顯著性均為0.000。這說明在全班對話的不同階段，教師話語策略均對學生語言科學性的影響存在顯著差異。

(二)對學生語言科學性起作用的教師話語策略

卡方檢驗只能說明總體上兩變量之間存在著某種明顯的依存關系，不能展示分類變量各類間的關系。[31]所以，本研究剔除與推理學習無關的話語編碼(教師話語的T1和T7類，學生話語的“其他”)，采用對應分析技術進一步揭示師—生話語之間的具體關聯。

對應分析結果顯示，構建假設和循證推論階段第一、第二維度的慣量累計貢獻率分別為0.902和0.883，說明二維對應圖能夠解釋90.2%和88.3%的數據變差，這是比較理想的。從總體上觀察圖1(a)、1(b)可知：(1)T2、T5位于縱坐標中心線一側，T4、T6位于另一側，這說明不同類型的教師話語策略之間存在較大差異，“提示注意現象”“引出學生知識”較為相似，“要求學生解釋”“利用他人主張”較為相似；(2)T2與“初級”匯聚，T4出現在“中級”附近，這說明“引出學生知識”的教師話語帶來“科學語言初級”水平的學生話語的比例要高于其他水平，“要求學生解釋”的教師話語帶來“科學語言中級”水平的學生話語的比例高于其他水平。

圖1 對應分析圖

為了揭示究竟哪些教師話語策略對學生語言的科學性起作用，下文將進一步挖掘對應圖的數據信息，并結合師—生對話的內容分析加以說明。

1.構建假設階段

(1)“引出學生知識”“提示注意現象”的教師話語策略，只能幫助學生正確使用學術詞匯，卻不能幫助學生提出合理假設。

由圖1(a)的第三象限可知，“初級”與T2、T5關聯密切，說明在構建假設階段，教師采用“引出學生知識”“提示注意現象”的策略，容易帶來“科學語言初級”水平的學生語言。

章老師課的話語內容分析支持了上述發現。由表5可知，教師詢問學生“與生成假設有關的知識”(01)或讓其猜測“與檢驗假設有關的現象”(10、16)，有助于學生調用先前知識(02、11、17、18)，但這種交流僅停留在規范使用學術詞匯層面。

(2)“要求學生解釋”的教師話語策略對學生語言科學性起主要的推動作用，它能促進學生將概念性知識與預想結果聯系起來，給出合理假設。

對應圖的向量分析揭示了對學生語言科學性起主要推動作用的教師話語策略。在圖1(a)上，先從原點向“高級”做向量，而后從不同的教師話語散點向這條向量及延長線做垂線，如垂點越靠近向量正向，則表示該垂點對應的教師話語策略對科學語言“高級”水平的學生話語影響越大。可見，垂點距“高級”向量正向最近的教師話語是T4，說明“要求學生解釋”的教師話語對“科學語言高級”水平的學生話語影響最大。

話語內容分析為上述結果提供了細節支持。由表5可知，教師要求學生詳細解釋“構建假設的依據”，不斷推動學生在概念性知識與可被觀測的證據之間建立關聯，直至提出完整假設。這種教學互動激起了師—生有關方法取舍、條件控制等重要問題的深入討論。當教師要求學生解釋方法取舍的理由時(06、08)，學生能將選擇緣由與結晶原理聯系起來給出完整解釋(07、09)；當教師要求學生解釋不能蒸干的原因時(12)，學生能將預想結果與蒸發原理聯系起來給出合理的命題(13)。

2.循證推論階段

(1)“引出學生知識”的教師話語策略只能幫助學生正確使用學術詞匯，而“提示注意現象”的教師話語策略則可能帶來日常語言。

由圖1(b)的第一象限可知，在循證推論階段：(1)T2與“初級”關聯密切，說明教師“引出學生知識”的話語策略傾向于引發“科學語言初級”水平的學生回應，這與構建假設階段的結果一致；(2)T5與“日常”關聯密切，說明“提示注意現象”的教師話語容易帶來日常語言，這與構建假設階段的結果不同，在圖1(a)中T5則離“日常”較遠。

表5 師—生對話片段一(構建假設階段)

s黃老師課的話語內容分析支持了上述結果。由表6可知，當教師引出學生“與推論有關的先前知識”時(35)，學生能用學術詞匯復述概念知識和答題套路(36)，卻不能將氣壓變化與化學反應聯系起來，得出科學的推論；當教師提問“與推理有關的現象”時(20)，學生基于日常觀察而不是科學觀察作答(21)。

(2)“要求學生解釋”“明示關鍵知識”的教師話語策略對學生語言科學性起主要的推動作用，它們能引導學生發現日常推理與科學推理的差別，并有效推動學生協調證據和主張，得出科學的推論。

根據對應圖1(b)的向量分析可知，垂點距“高級”向量正向最近的是T4和T3，說明“要求學生解釋”“明示關鍵知識”的教師話語策略對“科學語言高級”水平的學生話語影響最大。可見，與構建假設階段相比，循證推論階段對學生語言科學性起主要推動作用的教師話語策略除了“要求學生解釋”，還有“明示關鍵知識”。

話語內容分析為上述結果提供了細節支持。由表6可知，教師使用“要求學生解釋”“明示關鍵知識”的話語策略，有助于學生意識到自己推理的矛盾之處，在證據與知識或主張之間建立關聯，直至得出合理的推論。如當學生基于常識推理時(21，23)，教師沒有立即糾正，而是順著學生思路追問原因(22，24)，待其完整陳述觀點后(25)，才要求其解釋自己的推理是否合理(26，28)，此時學生能發現自己推理的矛盾之處并加以修正(27，29)。又如，當教師以類比方式提示推理所需的關鍵知識時(39)，學生能把實驗證據和概念性知識聯系起來產生合理的推論(40)。

表6 師—生對話片段二(循證推論階段)

綜上，本文明確了教師話語策略與學生科學推理學習的關系。圖2總結了上述研究結果。

五、研究結論

本研究基于學習的社會文化觀，探索了教師話語策略與學生科學推理學習之間的關系，并試圖回答在“學生中心”的課堂中教師話語究竟要不要說和如何說的問題。綜合對師—生話語的量化和內容分析，得出以下研究結論。

第一，在自然的全班教學中，教師大量使用要求學生解釋和關聯領域知識的話語策略，引導學生對科學推理過程展開深入討論，并且教師話語策略與學生語言科學性之間存在顯著關聯。

本研究發現，在科學推理不同階段的對話中，“引出學生知識”的教師話語策略總是與正確使用學術詞匯的學生話語關聯密切，而“要求學生解釋”的教師話語策略總是與使用命題式證據的學生話語關聯密切。為何會產生如此大的差別？究其原因，可能與我國科學課堂的話語文化(discursive culture)有關。話語文化會影響課堂對話的質量。[6]本研究篩選出的優秀課例雖具備“學生中心”的課堂對話特征，但師—生話語的對應關系依然受限于“教師權威式”話語文化，學生習慣用詞組回應提問，只有在被要求提供解釋時才以句子形式作答。

已有研究僅從時間比、頻次比角度研究師—生話語關系，如薩馬拉蓬加萬等認為，教師話語策略發揮了一種元認知指導的作用，可能會引導學生更多地解釋自己的推理過程，[16]但該研究并沒有發現二者存在關聯的確鑿證據。本研究綜合師—生話語的量化與內容分析，不僅區分了教師話語策略的類型，還進一步揭示了不同類型的教師話語策略與學生科學推理學習存在密切關聯的事實，結論有助于增強對“學生中心”的全班對話中教師話語策略的理解，豐富師—生話語關系的相關研究。

第二，在全班對話場景中，要求學生解釋的教師話語策略對學生科學推理起主要推動作用。

本文結論與小組對話場景的已有研究既具有一致性也有不同。首先，本文的數據發現契合了小組對話研究中的一些觀點，即教師“要求學生解釋”“利用他人主張”“提醒注意現象”的話語策略能有效推動學生小組的推理進程。[15-17]其次，本研究還進一步發現，切換至全班對話場景后，只有“要求學生解釋”的教師話語策略對學生語言的科學性起主要的推動作用。對此的解釋是，在全班對話場景中，后兩種教師話語策略的使用頻次不高，使得它們發揮不出明顯的推動作用。因此，本研究揭示了小組對話場景下教師話語策略的適用局限性，凸顯了全班課堂對話中師—生話語關系的特點。

本研究還從兩方面發展了全班對話場景的相關研究。在測量方法上，豪爾等人所使用的科學推理測試題偏重測量通用的推理技巧，并不能代表學生科學推理學習的全部結果。[22]本研究根據學習的社會文化觀，引入學生語言的科學性作為實證變量，多元化了科學推理學習的測量指標。在師—生話語關系規律上，已有研究發現教師“要求學生解釋”的話語策略與學生推理測試成績不存在相關關系，[22]而本文改變了這一研究認識，發現教師話語策略對學生科學推理學習起主要的推動作用。可能的解釋是，教師在聆聽學生解釋的過程中，能夠“看到”學生的理解或誤解，并據此適時提供腳手架式的言語指導，這也體現了語言在實現集體認知和構建個體思維中的重要作用。[26]

第三，教師話語策略的作用與科學推理活動的本質是一致的。

本研究發現，教師話語策略在“學生中心”的課堂發揮著重要作用。在科學推理的不同階段，同一類型的教師話語策略對學生語言科學性的作用并不相同，但其具體作用與推理活動的本質相一致。以“要求學生解釋”為例，在構建假設活動中，其作用是幫助學生將理論與可能被觀測的證據之間建立聯系；在循證推論活動中，其作用則是幫助學生發現自己推理的矛盾之處，并配合關聯知識的話語策略，共同推動學生將觀測到的證據與知識主張之間建立聯系。這符合科學推理活動的本質，即構建假設是從理論出發，生成能被檢驗的假設；而循證推論則是依據知識主張來評價證據，產生推論。[12]研究結論有助于喚起我國探究式課堂對教師話語質量的關注，并借此提升學生科學推理學習的效率。

六、結束語

學生科學推理能力發展受多重因素制約，課堂對話特別是教師話語策略，已成為關鍵的課堂影響因素。本研究通過課堂對話的實證分析，從學習的社會文化觀解析了教師話語策略在學生科學推理學習過程中的作用。研究結論在話語策略層面為教師開展科學推理的教學提供了參考。在設計課堂對話時，教師需要增加對科學推理學習起主要推動作用的話語策略，避免單純縮減教師話語量或降低師—生話語頻次比的低效行為。在全班討論中，教師需要調整對話策略，賦予學生知識建構和推理學習的自主權，避免直接告知學生推理的結果。