新疆職前小學科學教師科學素養測評及改善研究*

劉永泉 吳顏 （.新疆師范大學教育科學學院；.新疆師范大學美術學院）

一、研究緣起

習近平同志在2020年9月11日主持召開的科學家座談會上進一步指出：“我國經濟社會發展和民生改善比過去任何時候都更加需要科學技術解決方案，都更加需要增強創新這個第一動力。[1]”創新性科學技術解決方案的形成需要依靠創新型人才，而創新型人才培養的任務無疑將由各級各類學校來承擔。創新型人才的培養是一項長期工程、系統工程，不可能在高等教育階段一蹴而就，需要在基礎教育階段開始抓起，而這一具體任務的落實需要依靠未來的科學教師。作為未來科學教師的基本素質之一，科學素養水平的高低一定程度上決定著未來創新型人才的培養質量。研究小學科學教師職前培養過程中科學素養群際差異水平、追溯其原因并探尋改善策略不僅是提高高校人才培養質量的必要行動，也對國家創新型人才培養工程有著重大現實意義。

二、文獻回顧

科學素養也稱為科學素質，這一概念最早來源于20世紀50年代美國課程改革運動。[2]1958年，美國斯坦福大學的赫德在《科學素養：對美國學校的意義》一文中首次將科學素養引入基礎教育領域。[3]之后不同的學術團體都試圖對其定義加以界定，但由于受研究群體的興趣偏好等因素影響，學界對科學素養的界定也不盡相同，其內涵隨著科學技術的發展不斷豐富。[4]1989年，喬恩·米勒在美國科學促進會年會發言中將科學素養定義為：“在某個社會中為滿足一些角色功能所需要的基本可以接受的知識和技能水平。”這一科學素養定義在國外得到普遍接受和認可，目前有40多個國家采用這些維度、指標、測試題目進行科學素養調查研究。[5]

國內學者對科學素養的研究與討論最早見于20世紀80年代初，方遇順1982年首次對科學素養這一概念進行了本土化解釋。[6]之后引起國內學者和教育從業人員對科學素養內涵、小學科學教師等特定群體科學素養水平測度及改善等問題的探討。張紅霞、[7]蔡鐵權[8]等人先后對國內不同地區的小學科學教師進行了測評；馬志穎[9]等人從教師專業發展角度探討了小學科學教師科學素養的提高策略；趙書棟等人討論了科學素養導向下小學科學教師專業發展的路徑。[10]以上調查案例所使用的測試量表大多是在米勒試卷的基礎上改編而成、或采用自編試卷進行測度。但不同學者在科學素養概念界定和測量方法的選用方面缺乏統一性。

教育部2017年頒布的小學科學課程標準指出：“科學素養是指了解必要的科學技術知識及其對社會與個人的影響，知道基本的科學方法，認識科學本質，樹立科學思想，崇尚科學精神，并具備一定的運用它們處理實際問題、參與公共事務的能力。[11]”科技部和中宣部2016年在《關于印發中國公民科學素質基準的通知》中也指出：“科學素質一般指了解必要的科學技術知識，掌握基本的科學方法，樹立科學思想，崇尚科學精神，并具有一定的應用它們處理實際問題、參與公共事務的能力。[12]”并隨通知發布了科學素質測試的指導意見及參考題庫。二者雖然在表述方式上存在一定的差異，但基本代表了國內對于科學素養這一概念的權威解釋。

三、研究方法

（一） 問題聚焦

本研究以職前小學科學教師為研究對象，通過科學知識、科學本質觀，科學方法、科學思想、科學精神以及處理實際問題和參與公共事務的能力六個維度來檢測他們的科學素養總體水平及群際差異情況。在此基礎上分析其成因并探尋改善策略。

（二）研究工具

本項目采用《中國公民科學素質基準》配套題庫進行測量。測量試卷包括個人基本信息和測量題目兩個部分。測量題目主要用來測評被調查者的科學素養水平，個人基本信息作為自變量探討不同性別、不同年級、不同民族等變量下職前科學教師科學素養的群體差異。調查題目題型包括選擇題和判斷題，共50題，正確率達到60%視為具備基本科學素質，使用spss20.0軟件進行數據統計與分析。

表1 大學生科學素養性別差異分析

表2 大學生科學素養族際差異分析

（三）研究對象

本項目以新疆某高校小學教育專業理科方向本科生為研究對象，從2016年秋季起對大學三年級學生進行測評，測評對象均為接受民漢一體化教學的學生。累計測評學生435人，共回收有效試卷412份。

四、結果與分析

（一）總體情況

本研究將測試結果分為優秀、良好、中等、合格和不合格五個等級，五個等級分別賦值為5、4、3、2、1。測試成績≧4.5分為優秀，≧4且＜4.5分為良好，≧3.5且＜4分為中等，≧3且＜3.5分為合格，3分以下即視為不具備科學素養。測試結果表明：具備基本科學素養的學生比例達87.69%；測試均值為3.75分，標準差為0.721，測試對象總體科學素養處于中等偏上水平。

（二）群際差異分析

1.科學素養的性別差異分析

運用獨立樣本T檢驗發現：男性大學生科學素養水平略高于女性大學生，但二者在結果變量上無顯著差異（P=0.950＞0.05），這表明處于職前培養階段的小學科學教師的基本科學素養在性別上差異不顯著。

2.科學素養的民族差異分析

獨立樣本T檢驗結果表明：漢族學生和少數民族學生基本科學素養存在明顯差異（T（410）=4.41，Cohen，s d=0.73，p=0.000＜0.001）。漢族學生測試均值為3.9948，標準差為0.84029；而少數民族學生測試均值為3.4980，標準差為0.70652。漢族學生科學素養明顯高于少數民族學生，且少數民族學生群體內部差異也要大于漢族學生。

從構成基本科學素養的6個維度來看，測試均值較低的維度從低到高依次為科學知識、科學方法和科學思想三個維度。正確率普遍較低的問題是關于學生對于科學研究方法中最常見的歸納法和演繹法的了解情況，被試學生平均得分率為38.35%。即高校在大學生基礎學科知識教學、科學方法訓練和科學思想培育方面還需要進一步加強。

為進一步了解民漢大學生科學素養內在差異情況，運用獨立樣本T檢驗對不同民族學生在科學知識、科學本質、科學方法、科學思想、科學精神、處理實際問題和參與公共事務能力等6個維度的測試成績進行對比分析發現，少數民族學生在六個方面均顯著低于漢族學生。但在不同維度上科學素養差異情況又各有不同。如少數民族學生在科學精神、科學本質、科學知識三個維度上與漢族學生的差異要高于其他三個維度。

3.科學素養的年級差異分析

單因素方差分析結果表明：2014級學生科學素養總體水平最高，2015級學生科學素養總體水平最低，各年級之間科學素養水平均存在一定的差異。需要說明的是：5個年級的測試對象均為民漢一體化班級，民族比例不是導致科學素養水平差異的主要原因。

事后檢驗結果顯示：2015級學生和2016級學生科學素養差異不顯著，2017級學生和2018級學生相比科學素養差異不顯著。但2014級學生科學素養顯著高于其他四個年級，而2017級與2018級學生科學素養又顯著高于2015級與2016級學生。

（三）原因分析

無論從科學知識、科學本質、科學方法、科學思想、科學精神、處理實際問題和參與公共事務能力等6個維度還是具體測試題目來看，少數民族學生測試成績均值均低于漢族學生。由此可見，少數民族地區基礎教育教學質量不高的現象依然存在。尤其是理科課程教學質量不高的問題依然是少數民族地區基礎教育的主要短板。測試結果同時也表明，職前培養階段的小學科學教師在科學方法訓練、科學思想培育、科學知識教學等方面還亟待進一步提升。

為進一步了解造成不同年級學生科學素養差異顯著的原因，本文對測試對象的高考志愿進行了補充調研。研究發現：測試對象中有近三分之一的同學高考第一志愿沒有報考師范類專業，近50%的同學第一志愿專業沒有報考小學教育專業，小學科學教師這一職業尚未得到考生的認可，生源不夠穩定，招生質量尚不夠理想。

五、改善策略

（一）加強基礎學科的教學

義務教育是建構基本科學知識的黃金時期，科學課程是構建學生科學素養的重要途徑。小學科學課程承擔著保護學生的好奇心和求知欲、激發學生學習科學的興趣的特殊責任。著名教育學家布魯納認為：要讓兒童學習學科知識的基本結構，教育應促進兒童認知能力的發展，注重兒童的早期教育。[13]作為小學科學教師基本科學素養形成的主要階段，高校在小學科學教師職前培養過程中應結合《義務教育小學科學課程標準》有針對性地加強物理、化學、生物、地理等基礎學科的通識教育。將課程標準中18個核心概念與物理、化學、生物、地球與空間科學四大基礎學科的教學進行融通、整合；如在物理、化學、生物等實驗課程教學過程中加強提問的設計以實現啟發式教學，[14]在地球科學教學中注重課程資源的本土化、生活化及實用化以提升教學質量。[15]

表3 大學生科學素養年級差異分析

（二）強化科學方法的訓練

科學方法在知識分類上應屬于原理性知識，此類知識是學者們運用一定的科學思維方法對感性經驗進行加工得來的，為了讓學生掌握這類重要的思想方法，需要引導學生重新發現該知識，重現該知識的形成過程。所以原理性適宜采用探究式的教學方式，即學生在教師提供的支架的幫助下，練習執行原理性知識的步驟，而后擺脫教師支架的支持而能獨立完成和練習各種作業。因此，在教學中教師應大膽創新學習新知識的情境以引起學生學習的興趣，在教材編寫上應注意嵌入原理性知識內容。[16]

（三）重視科學思想的培養

科學思想是指在各種特殊科學認識和研究方法基礎上提煉出來的、能夠發現和解釋其他同類或更多事物的合理觀念和推斷法則。典型的科學思想有互補思想、進化思想、和諧思想、系統思想、轉化思想等。[17]美國科學社會學家默頓認為普遍性、共有性、無私利性和有條理的懷疑性構成科學的思想氣質。[18]科學思想對進一步的、更廣泛的科學研究和社會實踐具有重要的導向作用。當代大學生群體作為創新型人才的主要來源，應當具有理性的批判質疑思維、發現普通事物背后普遍科學真理的能力以及心懷科技創新旨在促進人類社會共同發展的無私情懷等思想品質。科學教學中應充分利用科學史料和科學家的故事等素材加強學生對科學本質的理解，通過重現科學家的工作場景來感受科技創新人才所應具備的基本科學思想與科學情懷。