高中化学教师PCK及其影响因素的定量研究

摘"要："测查了379名在职高中化学教师PCK的结构，并探讨了PCK各组分水平在教学经验、PCK教学方式上是否存在显著性差异。结果表明：（1）化学教师PCK包含六个相互联系的组分，且该六组分结构能被二阶因子PCK较好地解释；（2）不同教学经验的化学教师PCK六组分的发展表现出不均衡性；（3）化学教师PCK六组分水平在其教学方式上存在显著性差异。关键词："PCK;化学教师;影响因素；定量研究1"问题的提出随着新一轮课程改革的深入推行以及《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）的颁布，落实立德树人的根本任务［1］，发展学生化学学科核心素养的主旨已深入人心。与此同时，新课标对化学教师的专业知识与教学能力也提出了更高的要求，而化学教师专业发展的核心问题正是发展其学科教学知识（PCK）［2］。学科教学知识（PedagogicalContentKnowledge，简称为PCK）最早由Shulman于1986年提出，是教师将特定的学科知识转化为学生易于理解的形式的知识［3］，随后被列入教师七大知识基础［4］（其他6类分别为一般教学法知识、课程知识、学科知识、有关学习者的知识、教育情境的知识、教育目标与价值的知识），已成为教师独一无二的知识领域［5］。作为教师专业特色的体现，PCK也与真实教学情境密切相关［6］，研究者们对PCK的研究逐渐从一般性的PCK聚焦到具有学科（如化学）专属性的PCK［7］。目前研究者在化学PCK的组分界定方面尚未达成共识［8］，研究者们大多借用Shulman［9］提出的与PCK并列的其余6类教师知识基础对PCK组分进行细化和拓展。Magnusson等人［10］首次将科学（化学）教学取向纳入PCK组分中，提出目前在化学教育界应用最广、最具代表性的五组分模型，包括科学（化学）教学取向（CTO）、学生知识（KoL）、策略知识（KoS）、课程知识（KoC）以及评价知识（KoA）。在此基础上，Friedrichsen等人［11］将科学（化学）教学取向（CTO）划分为教学目标观（BTG）与教学过程观（BTP）两个维度。在诸多研究中值得注意的争议点主要在于学科知识（SMK）和PCK之间的从属关系［12］。Rollnick等［13］提出学科知识（SMK）属于PCK的一个核心组分，受到我国不少教育工作者［14，15］的关注与认可。譬如：邓峰等［16］基于PCK的学科专属性，将学科知识纳入PCK的组分中形成六组分结构，并且认为六个组分之间存在紧密联系，这也与学科主题层次精细化研究趋势相吻合。鉴于PCK的组分与模型结构仍存在较大不确定性，大量的定量研究致力于开发各种工具以准确测查化学教师的PCK。在PCK的定量研究领域大致呈现出以下特点：（1）大多研究［17，18］采用个案或小样本的研究方法探查化学教师的部分PCK组分，大样本、大范围定量测查化学教师PCK六组分的研究较少。（2）定量测查工具的信度与效度似乎不高，同时结合化学学科核心素养的PCK六组分测查工具较为缺乏。（3）已有部分研究者关注到教学经验［19，20］、PCK教学方式［21，22］（显性或隐性）对化学教师PCK发展具有影响，其中在丰富的教学经验与显性的教学方式下化学教师的PCK水平更高，然而鲜有关于在职化学教师PCK六组分影响因素的定量测查。基于此，本研究以PCK混整观模型为理论基础编制“高中化学教师PCK量表”，通过研究拟解决以下问题：（1）化学PCK六组分结构是否得到数据的支持？如果得到支持，六组分结构能否被更高阶因子（PCK）所解释？（2）不同教学经验的化学教师PCK水平是否存在显著性差异？（3）不同的PCK教学方式（显性或隐性）下，化学教师PCK各组分水平是否存在显著性差异？2"研究方法2.1"研究对象本研究采用问卷调查法［23］，研究对象是来自全国各地（如广东省、安徽省、陕西省等）的具有不同教学经验的379名在职高中化学教师，参与国培、省培以及多场面向在职教师的讲座、培训现场。他们的教龄从1至21年不等，基于已有研究对高中化学教师专业发展阶段的划分［24］，可将高中化学教师按照教学经验分成三个阶段：新手型（成长阶段，1～5年）；熟手型（成熟阶段，6～15年）；专家型（完善阶段，15年以上）。三个阶段的教师人数分别是174、113以及92人。此外，根据PCK教学方式的不同（即显性或隐性），将高中化学教师分成两组：显性PCK学习组（231名教师）与隐性PCK学习组（148名教师）。其中，显性的PCK教学方式指的是学习过程显化的PCK理论与框架，整合型地发展PCK各知识组分［25］；隐性的PCK教学方式则是独立地发展化学教师的PCK组分，未将PCK框架显化。2.2"数据收集本研究采用量表式问卷数据收集方法，该问卷（样题见表1）从改编到正式施测的过程如下：（1）改编问卷：问卷涵盖化学教师PCK六个组分，其中化学教学取向（CTO）组分包括两个维度——教学目标观（BTG）与教学过程观（BTP），采用李克特式七点量表（1=非常不符合，7=非常符合），得分越高表示化学教师在该PCK维度的水平越高。其中，“教学目标观（BTG）”分量表改编自邓超等［26］发表过的问卷，“课程知识（KoC）”“学生知识（KoL）”“策略知识（KoS）”以及“评价知识（KoA）”四个分量表则沿用钟媚等［27］发表的问卷。而“教学过程观（BTP）”分量表是从建构主义理论的视角，基于化学新课标提倡的“以学生为中心”的化学教学理念，采取“学生-建构”的教学过程观原创生成。而“学科知识（SMK）”分量表则是改编新课标中5个必修课程的主题［28］。此外，考虑到化学新课标“实施建议”中对化学教师学科理解提出的新要求，在学科知识维度中增设了关于化学思维方式及方法的题项（学科知识分量表第6题），与五个必修课程的主题分别对应的5道题，共同组成了该分量表。为确保合理性，两个原创的分量表（BTP与SMK）的多次修改与最终敲定，由1名化学教育专家、2名中学化学高级教师以及6名化学教育硕士研究生共同评定。接着对广东省某师范院校的3位职前化学教师进行试测，并根据反馈进行完善，以确保所有题项表述准确。（2）检验信效度：将初步完成的问卷发放给210名来自广东省各地的在职化学教师（与正式研究的样本不重合），测试时间均不超过30min。使用SPSS25.0对数据进行探索性因子分析：Bartlett球形检验χ2＝6431.76，p＜0.001，KMO＝0.941，表明所有数据适合进行因子分析。问卷共有30道题，可分出七个因子，与混整观模型相符（CTO组分包括了BTG与BTP）。七个因子分别解释了总方差的7.01%、12.57%、18.21%、11.54%、9.99%、10.84%、11.75%，总解释率为81.91%，具有良好的解释意义。计算得到每道题项在对应因子上的因子负荷均大于0.60，初步表明每道题的收敛效度均良好，因此无需删减题项。此外，七个分量表以及总量表的内部一致性系数（α）值均大于0.70（见表2），初步表明七个因子具有良好的内部一致性。以上结果表明，该量表信度与效度均良好。（3）正式实施：将根据专家意见修改后的“高中化学教师PCK量表”用于正式研究，共派发400份，回收391份，其中有效问卷379份，回收率和有效回收率分别为97.8%和94.8%。2.3"数据分析使用AMOS24.0和SPSS25.0对问卷数据进行分析：（1）通过验证性因子分析，建立化学教师PCK结构测量模型，利用本土化数据检验化学教师PCK六组分结构，验证PCK混整观模型，同时从模型的角度探讨SMK与PCK的关系；（2）通过单因素方差分析，研究三组不同教学经验的化学教师PCK六组分水平之间的差异性；（3）通过独立样本t检验，对显性与隐性教学方式的化学教师PCK六组分水平进行差异性检验。3"结果与讨论3.1"化学教师PCK的结构由于教学目标观（BTG）与教学过程观（BTP）属于化学教学取向（CTO）组分，即CTO组分包括了前8道题项，因此七个因子共同组成了PCK的六大组分：化学教学取向（CTO）、学科知识（SMK）、课程知识（KoC）、学生知识（KoL）、策略知识（KoS）以及评价知识（KoA）。为进一步检验PCK的六组分结构能否得到本土数据的支持，使用AMOS24.0软件进行验证性因子分析。具体而言，建立PCK六组分一阶结构模型，运算得到假设模型与数据拟合度良好，χ2/df=2.75（＜3.00），CFI=0.93（＞0.90），TLI=0.92（＞0.90），RMSEA=0.06（＜0.08），SRMR=0.07（＜0.08）。以上结果表明，化学教师PCK六组分一阶结构模型是可以接受的，化学教师PCK包含六个相互联系的组分，这为PCK六组分结构提供了有力的本土化实证数据支持（见图1）。在化学教师PCK六组分一阶结构的基础上，为验证六组分的二阶结构。对六组分进行Pearson相关分析（见表3），结果表明化学教师的PCK六组分之间均存在显著的正相关，这说明化学教师PCK作为一个整体，六个组分之间存在紧密的联系，这一观点与部分研究者的观点［29］相吻合，且得到了许多实证研究［30，31］的支持。其中，KoL与KoS的相关系数最高，达到0.70，说明学生知识与策略知识之间存在显著的高度相关。这似乎表明化学教师在选择教学策略时往往会考虑学习者的学习背景与存在困难，而这也体现了KoL与KoS在化学教师PCK中的核心地位［32］。通过上述结果可知，在六组分结构之上，存在着更高阶的结构，它包含这些互相联系与整合的组分。为验证PCK的二阶结构，建立化学教师PCK二阶结构测量模型如图2所示，假设二阶因子PCK能较好地解释六个组分。使用AMOS24.0进行验证性因子分析，运算得到假设模型与数据拟合度良好，χ2/df=2.08（＜3.00），CFI=0.96（＞0.90），TLI=0.95（＞0.90），RMSEA=0.05（＜0.08），SRMR=0.04（＜0.08），支持二阶结构的合理性。以上结果表明，二阶因子PCK能较好地解释六个一阶组分，即PCK包含这六个互相联系的不同组分，有力地支持了将SMK作为PCK子组分的观点。图2"化学教师PCK二阶两两相关结构图3.2"不同教学经验下化学教师的PCK水平分析基于PCK的六组分模型，探查在教学经验这一因素的影响下，化学教师PCK六组分的发展是否存在显著性差异，并比较在不同教龄阶段化学教师PCK六组分的发展水平。首先，对三组化学教师PCK六组分水平进行描述统计，结果如表4所示；其次，进行单因素方差分析，结果如表5所示。由表4可知，CTO组分的F值为1.54，p＞0.05，未达到显著水平，即不同教学经验化学教师的CTO组分间无显著性差异。其他五个组分的F值均达到显著水平，说明SMK、KoC、KoL、KoS以及KoA这五个组分在教学经验上均存在显著性差异。为分别探讨五个PCK组分在不同组别教师内部是否存在显著性差异，需进一步对除了CTO之外的五个组分进行多重比较（由于方差同质性检验中发现六个组分均拒绝方差同质性假设，因此采用DunnettsT3检验法），比较结果摘要见表6。首先，就CTO组分而言，不同教学经验化学教师的水平并无显著差异。随着教学经验的增加，化学教师的CTO水平并未得到显著提高，可能缘于本研究基于化学学科核心素养（譬如证据推理与模型认知、科学探究与创新意识等）测查教师的化学教学目标观，以及促进学生学习方式转变的教学过程观。无论是新手型还是熟手型、专家型教师，对开展素养教学的观念取向均不够熟悉，认为自身在教学中落实核心素养的培养，实现学科育人价值存在一定困难。其次，就SMK组分而言，不同教学经验的化学教师SMK水平存在显著性差异。专家型教师的SMK水平显著高于熟手型教师与新手型教师，熟手型教师的SMK水平显著高于新手型教师。这似乎表明，随着教学经验的积累，化学教师对教材内容、学科知识结构以及化学学科本质的理解与把握愈发深刻。这与已有研究［33，34］结果一致。教学经验丰富的教师对学科知识的把握更为系统，对化学学科特征的思维方式、方法掌握得更好；最后，就KoC、KoL、KoS、KoA四个组分而言，新手型教师与熟手型教师不存在显著性差异，而专家型与熟手型教师、专家型与新手型教师之间均存在显著性差异。即KoC、KoL、KoS与KoA四个组分在化学教师约15年的教学生涯后开始有了“飞跃”。3.3"显性与隐性教学方式下化学教师的PCK水平分析除教学经验外，不同的教学方式（显性或隐性）也可能影响化学教师的PCK六组分的发展。通过独立样本t检验，对显性与隐性教学方式下化学教师的PCK六组分水平的差异性进行分析。表7所示的结果表明，显性学习组化学教师PCK的六组分水平均显著高于隐性学习组。这与钟媚等人［35］的研究结果较为一致，具体解释如下。化学教师通过显化PCK框架进行学习或接受PCK培训，会具备关注各组分以及组分之间的联系与整合的意识，使得教师在实践过程中（如备课、上课、课后）关注并提升自身相对薄弱的PCK组分，有意识地加强组分间联系与整合，以提升自身PCK的水平。相较而言，未显化PCK框架而相对独立地学习PCK各组分即隐性学习PCK的化学教师，难以识别与区分自身PCK各个组分，评价自身整体PCK水平更显得无从下手，对自身PCK各组分现状认识不够，且在实践中较少关注组分间的联系与整合。而相关研究［36，37］均表明，化学教师的PCK作为一个整体，各组分间存在着不同程度的联系，缺乏组分间的整合，会导致化学教师对各组分知识精致化学习的程度不够。4"结论与建议本研究得到三个结论：（1）化学教师PCK包含六个相互联系的组分，且该六组分结构能被二阶因子PCK较好地解释；（2）不同教学经验的化学教师PCK六组分的发展，表现出不均衡性；（3）化学教师PCK六组分水平在其教学方式上存在显著性差异。基于上述结论，对化学教师PCK研究与化学教师教育提出如下的建议。化学教师PCK研究方面，其一，丰富数据类型，结合学科主题专属性，洞察化学教师PCK整合本质。本研究通过定量、自我报告的问卷调查法得出化学教师PCK各组分间均存在较高程度的联系。然而，PCK具有实践性的特征［38］，与教学实践联系密切，因此需要深入洞察PCK组分联系“机制”。为促进对化学教师PCK更深层次、更具体化的理解，研究者可考虑充分挖掘化学学科主题专属PCK的组分整合［39］。譬如，结合某一主题（如“原电池”），通过多种数据来源（如教学设计、课堂观察等“实践性”PCK数据），描绘与测查化学教师PCK的整合方式与整合水平，以显化主题专属PCK的整合现状。其二，建立多元模型，深入探索PCK与SMK的关系。本研究结果表明SMK可作为PCK的核心组分之一，但SMK与PCK之间属于并列关系的观点也存在一定的合理性［40］，且也已有部分研究支持PCK的五组分模型［41］。然而，目前缺少研究同时检验PCK的五组分模型与六组分模型，两者是否可能互通的，或者哪个模型更加有效，还尚未可知，故后续研究可通过同一组数据同时检验这两个模型的合理性。此外，不同教学经验的化学教师的PCK结构也可能存在一定差异，故后续研究也可通过多群组结构方程模型分析对此进行检验。在化学教师教育方面的建议主要包括以下两点。其一，更新教学理念，丰富化学教师PCK单一组分知识。本研究结果表明，丰富教学经验并未给教师的教学取向带来实质性的提升，这可能是由于新课程标准的实施，给