从聚焦知识到关注主体：近三十年来美国科学教材评价工具的发展与思考

/从聚焦知识到关注主体：近三十年来美国科学教材评价工具的发展与思考【摘要】如何评价和优选出高质量的科学教材，以促进学习者的高质量和自主发展，评价工具是关键。从国际科学教育研究的发展来看，美国的科学教材评价研究起步较早，也形成了一系列研究成果。鉴于此，文章梳理了美国近三十年来主要科学教材评价工具的典型特征及其变化趋势。研究发现，随着时间的推移，美国的科学教材评价研究在评价理念、评价内容和评价方法等方面都发生了较大的变化，其评价内容的侧重点逐渐从教材内容的合理分布向着教材内容的课堂落实，以及教材内容的学习过程等维度转变，具体表现在基于课程标准落实“素养”学习目标；立足内容分析促进学习主体发展；综合多种方法评估学习“支持”特征等方面。其中，教材使用者的主体性发挥在美国科学教材评价中受到越来越多的关注。基于美国的经验，未来的科学教材评价研究应该超越对教材“内容属性”的浅层分析，需要更多关注对教材“主体属性”(促进学生的自主“学”和支持教师的高效“教”)的深度评估。具体而言，后续研究可以从行为、认知、情感和社会等维度来评价科学教材，促进学习主体发展的质量与水平，通过对教材中“学习参与”要素和“教学支持”特征的全面分析，引导科学教材的编写与研究向着“促学”和“育人”的方向发展。【关键词】科学教材；教材使用主体；评价工具；发展趋势；美国

一、美国主要科学教材评价工具发展特点梳理 教育改革催生课程教材的变化，而教材评价工具也会相应随之改变。纵观近三十年来美国科学教育和课程改革的历程，在“基于标准”的教育改革、科学教育“2061计划”，以及《下一代科学教育标准》(NextGenerationScienceStandards，以下简称NGSS)的影响下，美国的科学教育目标(从学生的知识建构到能力发展，再到素养提升)在不断拓展与深化，与之相呼应，美国科学教材设计与评价的研究范式也在悄然发生着变化，逐渐从“实体”研究(关注学科知识)转向“主体”研究(关注教与学的实践特征)，与此同时，其评价内容的侧重点也逐渐从教材内容的合理分布向着教材内容的课堂落实，以及教材内容的学习过程等维度转变，由此可见，教材使用者的主体性发挥在美国科学教材评价中受到越来越多的关注。 (一)基于课程标准分析教材文本中学科内容分布的“一致性” 20世纪90年代初，为提高基础教育质量，在“基于标准”教育改革运动的驱动和探索下，预期课程和实施课程之间的“一致性”研究成为当时美国基础教育课程研究的重要领域。教材作为实施课程的重要组成部分，其与课程标准之间的“一致性”水平是影响“基于标准”课程改革成效的重要因素。①因此，不同机构和研究者开发出了多种行之有效的评价与分析工具。这些一致性分析工具针对教材内容，主要分析其学科知识的覆盖广度和认知深度，并在此基础上将其与课程标准中的相关要求进行对比。②这些对比结果可以为教科书与课程标准之间内容的一致性分析研究提供“量化”的数据与证据，具有较高的可行性与应用价值。③一段时间以来，在“基于标准”理念和“一致性分析”方法的影响下，美国科学教材注重以学科内容的深度和广度平衡作为设计与评价的主要考量，许多教材都能较好地覆盖课程标准中要求的核心科学概念，但它们很少会针对核心科学概念为教师的教学实践提供支持。 研究发现，大部分科学教师把教科书当作自己主要的课程实施指南和教学内容来源，许多教师(尤其是新手教师或经验不足教师)会遵循教科书的内容结构进行教学，他们非常依赖教科书，甚至可能一页不落地依其进行教学。④⑤因此，教科书中必须提供经过证实的教学支持要素或策略，教师可以以此来提升自己的教学能力和帮助学生学习科学概念。 (二)结合内容设计合理性剖析教材支持“教”的实践特征 1997年，美国科学教育“2061计划”专家组在对科学课程改革实施的进程进行评估时也发现，大部分美国中小学科学教材虽然已经满足了课程标准所规定的内容广度与深度要求，但它们的内容存在知识点重复，准确性、连贯性和系统性不强等现象⑥，普遍缺乏对教师教学过程的支持。1998年，美国科学促进会(AmericanAssociationfortheAdvancementofScience)开发了一套用于分析科学教材的评价框架，以考察中学科学教材能在多大程度上帮助学生达到课程标准的要求和支持教师进行有效教学。该教材评估工具确定了“内容分析”和“教学分析”两个评价维度对科学教材进行全面评价。⑦ 在“内容分析”方面，“2061计划”教材评价框架中除了要求科学教材“基于标准”进行广度“覆盖”和深度“达标”外，同时也要从教学的视角对教材核心内容之间的“关系”进行深入考察与分析。例如，既要关注教材内容选择的“科学性”(如准确性分析与匹配性分析)，同时也要关注内容设计的“合理性”(如连贯性分析与拓展性分析)和内容落实的“可行性”(如案例分析)等。这些实践指向的多维教材内容分析是对以往二维“一致性”内容分析(主要是指内容的广度与深度)的丰富与超越，它们为研究者分析与评价科学教材的“教学属性”奠定了良好的内容基础。 在“教学分析”方面，该教材评价框架依据教师在课堂教学中所需的不同维度教学支持特征设计相应的评价标准，为了帮助研究者更好地判断科学教材符合评价标准的程度，每一项评价标准的指标清单都附有一个等级评定办法，即明确不同等级范围内的教材必须符合哪些指标条件。与“内容分析”的静态文本特征评估不同，“2061计划”教材评价工具中的“教学分析”标准非常重视科学教材的教学工具属性，它结合学生的学习过程，从教学实施的关键环节出发，对教材中的“教学支持”要素设计进行“实践导向”的应用价值评估，这样可以较为全面地分析和评价科学教材的教学功能。 “2061计划”对美国科学教材开展较为广泛的评价与分析后发现，许多科学教材相较于以往版本的教科书都有了较大的进步，逻辑清晰，内容均衡，较为适合教师理解和进行教学，表现出较为明显的“教本”特征。然而，“2061计划”的相关研究也发现，这一时期的许多科学教材，学生较难自主学习与理解。如果将科学教材仅仅作为知识的载体和学生学习的客观对象，这样的教材具有独立于学习者而存在的实体特征，往往缺乏对于学习者的主体相关性，不利于学习者与教材之间的互动，也很难帮助学习者实现自身的学业发展。也就是说，支持教与学应该成为高质量科学教材的本质特征和评价它们的重要依据。 (三)融合科学素养目标评估教材促进“学”的整体设计 2013年正式发布和实施的NGSS为美国21世纪的科学课程改革、教材编写与学生评价等领域的相关研究与实践指明了新的方向。基于多年科学教育实践与研究的相关成果，NGSS创造性地提出了若干科学教育新要素，如科学与工程实践(ScienceandEngineeringPractices，SEPs)、跨学科概念(CrosscuttingConcepts，CCCs)和学科核心观念(DisciplinaryCoreIdeas，DCIs)等。NGSS也进一步指出，科学课程实施各个环节所涉及的学生学习目标都应该将科学和工程实践经验、跨学科概念和学科核心观念等科学素养要素有机地结合在一起，以形成强大的合力来促进学生的发展。⑧这对美国科学课程的教与学都提出了更高的要求。为了帮助教师和学生理解、掌握和落实上述“三维”目标，科学教材是一个重要的载体，即教材中应该设计和融入更多支持“三维”目标教与学的要素与内容，而这些新要素在以往的科学教材评价工具中均未涉及。 在此背景下，美国著名科学课程与教材研究组织“生物科学课程研究(BiologicalSciencesCurriculumStudy，以下简称BSCS)”在2017年开发了一套基于NGSS的科学教材评价框架《科学教材评价指南》(GuidelinesfortheEvaluationofInstructionalMaterialsinScience)。该框架的评估重点和特色在于判断科学教材支持学生和教师实现课程素养目标的可能性与质量水平。⑨具体而言，该框架在每一个评价维度中，都有专门针对学生学习材料(如教科书、工作簿、讲义等)的评估指标，用以评估教材支持学生学习的水平与质量；与学生学习材料的评价指标相对应，框架中也同时给出了对教师教学材料(如教师用书、教学指南、配套多媒体资源等)的评估指标，以评估配套教学材料对教师学习和课程实施的支持程度。其特点与做法主要体现在以下几个方面： 1.学习目标的整合性与层次性 一般来说，科学教材中应该充分融入和全面体现课程标准所规定的学习目标。该评价框架不仅关注“三维”素养目标在科学教材中的融合程度，同时也评价学生利用教材学习“三维”目标的可能性。也就是说，其评价核心是看教材能否依据学生的认知发展和学习进程来合理设计学习目标的内容难度、整合水平，并使用恰当的内容素材来吸引学生投入相关学习。这里要特别指出的是，从“目标整合”和“学习梯度”两个角度来评价科学教材中的学习目标设计和内容素材选择，可以有效避免学习目标和学科内容的“维度分裂”和“顾此失彼”等问题，这样更加有利于评估教材在支持不同水平学生参与教材学习方面的作用。 2.学习内容的全面性与连贯性 能否为学习者提供全面而连贯的学习内容和科学概念体系是评价科学教材学习支持特征的重要参考指标。一方面，科学教材的内容选择要能全面覆盖各个维度的学习目标(如科学与工程实践、跨学科概念和学科核心观念等)，通过提供与这些学习目标相匹配的知识内容与学习经验来帮助学生将不同维度学习目标的学习联系起来。另一方面，在全面覆盖课程标准要求的学习内容的基础上，科学教材也要以“连贯性”作为教材内容组织和呈现的关键标准，以帮助学生利用教材更好地建构自己的知识体系。 BSCS认为，科学教材以“故事线(ContentStoryline)”思路设计和呈现科学概念体系可以让学习者有更多机会将“三维”目标的学习联系起来。这里的“故事线”主要涉及一定内容主题范围内的核心概念及其相关子概念，可以清晰地反映科学教材中不同科学概念之间的发展序列与相互关系。为了更加直观地呈现和评价科学教材中学习目标和科学概念间连贯性的质量与水平，BSCS开发了图形组织工具——概念流动图(ConceptualFlowGraphic)来实现这一目的。 为了绘制主题的概念流动图，教材评价者首先要确定章节或单元的核心概念以及相关主要概念；其次，将这些概念按照它们在教材中出现的先后顺序进行排序；最后，使用粗箭头、细箭头或虚线箭头来表示每个概念与核心概念之间的连接关系和连接强度，从而建立起整个章节的概念关系“流动”图。经过准确绘制的概念流动图可以作为直观的质性证据被用来比较与评价不同科学教材中相关科学概念的连贯性质量与水平。 3.学习机会的多样性与可及性 BSCS开发的科学教材评价框架强调对教材中学生学习机会的多样性和可及性水平进行评价，重点关注科学教材能否通过设计具有吸引力的多种形式内容素材和实践活动来为不同类型和水平的学生提供积极参与教材学习的机会。也就是说，科学教材中的文本内容、科学实验和实践活动都要基于与学生密切相关的真实科学现象或问题情景进行组织与设计⑩，通过提供分享与讨论学科观点和学习经验的机会来吸引学习者从“认知”“行为”和“互动”等多个角度全面而深入地参与教材的学习，从而提升他们的科学素养和实践能力。 4.学习过程的自主性与自控性 科学教材除了要让学生明确自己应该知道什么，能做什么，以及如何在新的问题情景中应用所学，同时也不忽视为学习者提供评估自己学习的机会。从促进学生学习的角度来看，能否为学生提供一定数量易于使用且能够帮助他们监控自己学习进程的学习工具，是科学教材评价的一个重要参考点。BSCS指出，科学教材中设计和设置的诸如“思维追踪器”等学习进程自我监控工具可以帮助学生在适当的时候停下来反思自己需要获得帮助的地方，让他们有时间思考自己的疑惑与问题，同时也能检查自己的学习所得。 通过回顾和反思自己的思维过程，以及评价他人的认知结构，学习者可以更有效地监控自己的学习过程和深化对知识的理解。科学教材中应该融入这些可以引起学习者自我反思的素材和问题，它们也是评价教材“助学”水平的重要参考依据。 二、美国主要科学教材评价工具特征的变化趋势 (一)基于课程标准落实“素养”学习目标 美国的科学教育改革从“基于标准”运动到NGSS时代的“三维”素养目标学习，其教育理念也从完善学生知识结构逐渐转向促进学生的素养发展。科学教材作为科学教育理念的重要载体，对它们的评价也应该顺应科学课程理念的变化要求。从基于课程内容标准到支持教师的教学实践，再到促进学生进行“三维”学习，美国科学教材评价在强调核心知识基础性作用的前提下，越来越关注教材在促进学生科学素养学习与发展方面的积极作用。因此，在新时代的背景下，为了将学生科学素养的培养落到实处，对科学教材进行评价时，不但要关注教材中有什么核心知识，还要关注这些核心知识在教材中以何种方式来发挥学科育人价值，同时也要把落实学科核心素养的表现与水平作为评价该教材质量的重要标准。 (二)立足内容分析促进学习主体发展 通过前文的比较与分析可以发现，从只进行知识分布分析到内容分析与教学分析并重，再到基于学生素养发展支持教与学的教材特征分析，美国的科学教材评价目标的关注点经历了从教材“内容分析”到“支持教师教学实践”，再到“促进学习主体发展”的领域转变。这一变化说明，在保证“内容载体”基本功能的前提下，科学教材作为“主体发展工具”的功能正在受到越来越多的关注与重视，也就是说，科学教材除了作为知识的载体外，它们更应该为促进教材使用主体(学生与教师)的发展服务。例如，“2061计划”强调科学教材应该通过提供“教学支持”来促进教师的发展；而BSCS研究中心提出的教材评价框架则要求科学教材从支持“教与学”两个角度来促进教师与学生的共同发展。从这个角度来看，未来的科学教材评价应该立足教材使用主体的发展需求，把能否促进他们在情感、认知、行为和社会互动等方面的发展作为科学教材评价的重要指标。 (三)综合多种方法评估学习“支持”特征 从研究方法上来看，教材评价一般属于文本分析的研究范畴。此类研究常常包含量化统计与质性分析两类主要的研究方法。教材内容“一致性分析”主要采用的是“静态”文本的量化统计评价方法，该研究结果可以很好地回答“有什么”等问题，但它对“为什么”相关问题的解释力度明显不足。为了更加深入地挖掘与评价科学教材“支持”教与学的特征，“2061计划”和BSCS研究中心都倡导在科学教材评价过程中引入基于证据和案例的质性分析方法，(11)其相关的证据或案例甚至可以到“动态”的课堂教学环境中去收集与获取。也就是说，多种研究方法并用可以很好地保证教材评价结果的全面性与真实性。因此，未来的科学教材评价呼唤“质”“量”共用与“静”“动”结合的综合研究方法。 三、对科学教材评价研究的思考 (一)聚焦评价科学教材发挥学生主体性的功能 无论是开展实践性探究活动，还是理解抽象性科学概念，科学教材的学习离不开学习者“手”“脑”并用式的主动学习参与。学习参与作为学习者的自主学习行为，其范围与水平可被看作学习者主体性发挥的重要表现形式。因此，科学教材中用以支持学生“学习参与”的功能要素会在一定程度上影响学习者学习主体性的发挥。科学教材中的“学习参与”要素可以唤醒、激励、引导和支持学习者的自主学习，在教材中主要表现为通过激发兴趣动机，提供互动机会，支持实验探究，引导概念建构，反思学科价值等方式来组织和呈现学科内容。学生科学素养的发展依赖于他们在兴趣动机、实验探究、概念建构和互动合作等方面的主动参与和投入。因此，我们可以从行为、认知、情感和社会等维度来分析与评价科学教材促进学习主体发展的质量与水平。 在上述四种“学习参与”成分中，行为(实验探究)成分和认知(概念建构)成分属于学生“认识性”学习范畴，它们是科学课程学习的主体与关键；而情感(动机态度)成分和社会(互动合作)成分属于“非认识性”学习范畴，它们对学习者的“认识性”学习参与具有重要的激励与推动作用。四者相互联系，缺一不可，共同组成科学教材“促进学习主体发展”质量分析与评价的完整框架。 (二)以“认识性”学习参与要素的评估为基础 作为促进科学素养发展的重要资源与工具，科学教材不但需要帮助学习者建构起连贯而完整的科学知识与概念体系；而且也要着力于学习者的动手操作与实验探究能力的培养。科学教育研究表明，将“做”科学和“学”科学紧密联系，并且同时进行才能更好地促进学习者对科学概念的理解和科学实践能力的提升。(12)因此，以促进概念建构和支持实验探究为特征的“认识性(认知、行为)”学习参与成分应该成为科学教材评价需要考虑的首要因素。 行为参与是科学学科学习固有的本质要求，有利于培养学生的动手实验和科学实践能力。以实验探究为代表的科学实践活动可以让学习者在行为上参与科学教材的学习。对于科学教材中“行为参与”成分的分析与评价，我们需要重点探讨教材中为学习者设计的动手操作机会与实验探究水平等因素。因此，学生(动手)实验的数量，学生(动手)实验过程的完整性，以及探究实验的开放性等都可以作为我们评价科学教材“行为参与”成分水平的重要指标。 对于“认知参与”成分的分析与评价，我们首先要明确科学教材中包含的学科基础知识和核心概念的广度“覆盖”和深度“达标”情况，因为这些知识和概念是科学素养发展的前提和基础。其次，为了促进学习者的自主发展，科学教材评价更要关注其能否为学习者提供兼具“连贯性”内容结构和“生成式”促学特征的科学知识体系。这里所说的“连贯性”主要是指教材中核心概念的内容序列和组织关系；而“生成式”则是指教材中设计和呈现的，用于促进学习者知识建构的要素与特征。其中，对科学教材知识体系“连贯性”的评价应该充分考虑学习者认知发展的阶段性特征与规律，以匹配学习者“认知顺序”的方式来设计评价标准与指标。而对教材知识体系“生成式”促学特征的评价应该结合科学概念学习的基本认知过程(信息选择、组织加工和整合建构)加以具体分析。(13) (三)综合考察教材中的“非认识性”学习参与要素 依据科学教材的内容与呈现特点，以及科学素养培养目标的特征，为了更好地支持学习者的自主发展，我们在对科学教材进行评价时，需要将教材中的“认识性(行为成分、认知成分)”和“非认识性(情感成分、社会成分)”等学习参与要素综合起来加以考虑，这样能够弥补以往科学教材评价框架中过于关注学习参与“认识性”要素带来的不足，可以更好地分析科学教材在激发、支持和维持学习者学习动机方面的表现与水平，从而有利于全