Lissy J?kel
(海德堡師范學(xué)院,德國(guó) 海德堡 69120 )
在關(guān)于學(xué)科教學(xué)法的研究中,如何促進(jìn)中小學(xué)和高校提升教育質(zhì)量的問(wèn)題始終貫穿于相關(guān)研究之中。 從TIMMS到PISA(1)Prenzel, Manfred; C. S?lzer; E. Klieme & O. K?ller Hrsg. 2013. PISA 2012. Fortschritte und Herausforderungen in Deutschland. Münster: Waxmann.,再到德國(guó)的IQB國(guó)別比較研究(2)Pant, Hans Anand, P. Stanat, U. Schroeders, A. Roppelt, T. Siegle & C. P?hlmann. Hrsg. 2013. IQB-L?ndervergleich 2012. Mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzen am Ende der Sekundarstufe I. Münster: Waxmann.,這些德國(guó)國(guó)內(nèi)和國(guó)際上的比較研究都不斷促使我們反思中小學(xué)的教育成果。 特別是自Hattie研究(3)Hattie, John, W. Beywl & A. Zierer. 2013. Lernen sichtbar machen. überarbeitete deutschsprachige Ausgabe von Visible Learning. Hohengehren: Schneider-Verlag.以來(lái),教師自身的素質(zhì)與能力以及他們自己所受教育的質(zhì)量越來(lái)越多地被視為是提升教育質(zhì)量的關(guān)鍵因素。
Ekardt認(rèn)為,尋找一種在全球具有可持續(xù)性的生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式是一項(xiàng)全球性的挑戰(zhàn)。(4)Ekardt, Felix. 2016. Theorie der Nachhaltigkeit: Ethische, rechtliche, politische und transformative Zug?nge - am Beispiel von Klimawandel, Ressourcenknappheit und Welthandel. 2. Aufl. Baden-Baden: Nomos.在此,發(fā)展高質(zhì)量的教育被認(rèn)為是一個(gè)優(yōu)先的行動(dòng)領(lǐng)域。 其中,可持續(xù)發(fā)展教育(ESD)有利于促進(jìn)人們推動(dòng)社會(huì)轉(zhuǎn)型。 在國(guó)際上,從抗擊饑餓到保護(hù)陸地生態(tài)系統(tǒng),已經(jīng)達(dá)成了17個(gè)“可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)”。
早在1994年,Klafki(5)Klafki, Wolfgang. 1994. Neue Studien zur Bildungstheorie und Didaktik. Zeitgem?βe Allgemeinbildung und kritisch-konstruktive Didaktik. 4. Aufl., Weinheim, Basel: Beltz.就提出了一系列“時(shí)代性的關(guān)鍵問(wèn)題”,例如和平問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題、民主化或“在同一個(gè)世界上生活”的資源獲取問(wèn)題。 這些關(guān)鍵問(wèn)題都不容易解決,但對(duì)每個(gè)人都產(chǎn)生影響,因此也必須是教育過(guò)程中涉及的主題。
從生物學(xué)教學(xué)的視角來(lái)看,如何對(duì)待自然資源,特別是如何對(duì)待生物多樣性在可持續(xù)教育中發(fā)揮著特殊作用。根據(jù)我們的教學(xué)理念,生物多樣性在教學(xué)中不僅包括物種多樣性(包括遺傳變異在內(nèi))和生物生境多樣性的內(nèi)容,而且還包括利用自然資源的不同可能性。 Steffen和Rockstr?m等人(6)Steffen, Will, K. Richardson, J. Rockstr?m, et al. 2015. Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet. Science 347 (6223) 1259855.把對(duì)待生物資源的行為視為首要行動(dòng)領(lǐng)域,認(rèn)為這甚至比氣候變化本身更具挑戰(zhàn)性。 隨著生物多樣性的減少和物質(zhì)循環(huán)的打破,人類在威脅著自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和大自然的完整,而這恰是可持續(xù)發(fā)展,即消除貧困、創(chuàng)造健康的生活環(huán)境、促進(jìn)正義與和平、提高生活質(zhì)量的基礎(chǔ)。
具有自然科學(xué)知識(shí)對(duì)做出理性并長(zhǎng)久性的決策來(lái)說(shuō)起重要作用。
海德堡師范學(xué)院是一所具有博士學(xué)位和教授資格授予權(quán)的師范大學(xué),一方面獨(dú)立地為不同類型的中小學(xué)(例如特殊學(xué)校、小學(xué)、中等教育階段的學(xué)校)培養(yǎng)師范人才;另一方面還與海德堡大學(xué)合作培養(yǎng)文理中學(xué)的教師。
對(duì)自然科學(xué)類專業(yè)學(xué)生的能力培養(yǎng)以國(guó)家教育標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的四個(gè)自然科學(xué)能力領(lǐng)域(naturwissenschaftliche Kompetenzbereiche)為導(dǎo)向:
(1)專業(yè)知識(shí)方面的能力;
(2)知識(shí)獲取的能力;
(3)溝通能力;
(4)評(píng)價(jià)能力。
在可持續(xù)發(fā)展教育(ESD)領(lǐng)域以“跨領(lǐng)域設(shè)計(jì)能力”(bereichsübergreifende Gestaltungskompetenz)為導(dǎo)向。在可持續(xù)性意義上(7)Gerhard De Haan & L. Gerhold. 2008. BNE - Bildung für die Zukunft. Einführung in das Schwerpunktthema. Umweltpsychologie 12, 4-8.(8)Rost, Jürgen; A. Laustr?er & N. Rack. 2003. Kompetenzmodelle einer BNE. Praxis der Naturwissenschaften-Chemie in der Schule 8, 10-15.(9)Rost, Jürgen. 2006. Kompetenzstrukturen und Kompetenzmessung. Praxis der Naturwissenschaften -Chemie in der Schule 8, 5-8.,對(duì)此的理解是:有做出理性決策的能力和意愿,目的是在可以采取的行動(dòng)中選擇能夠使相關(guān)體系朝最具可持續(xù)性方向發(fā)展的選項(xiàng)。把這一理解應(yīng)用到對(duì)待生物的方式中,物種知識(shí)就不僅僅局限于對(duì)物種的樣式、特征、名稱或生存條件的了解,還包括真實(shí)設(shè)計(jì)能夠使物種生存的生物生境。(10)Hutter, Claus-Peter & K. Blessing Hrsg. 2010. Artenwissen als Basis für Handlungskompetenz zur Erhaltung der Biodiversit?t. Beitr?ge der Akademie für Natur- und Umweltschutz Baden-Württemberg 49. Stuttgart: Wiss. Verlagsgesellschaft.
具有學(xué)科教學(xué)知識(shí)是教師取得教學(xué)成功的先決條件。(11)Borowski, Andreas, B. Neuhaus, O. Teppner u.a. 2010. Professionswissen von Lehrkr?ften in den Naturwissenschaften (ProwiN) -Kurzdarstellung des BMBF-Projekts. ZfDN 16, 341-349.如果說(shuō)教師的教學(xué)能力是影響教育質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),那么對(duì)學(xué)科教學(xué)知識(shí)的研究也必然有助于提高大學(xué)教育的效果。
學(xué)科教學(xué)知識(shí)(即PCK,Pedagotical content Knowlegde)包括學(xué)科知識(shí)、教育學(xué)知識(shí)以及學(xué)科教學(xué)法知識(shí)。 許多關(guān)于學(xué)科教學(xué)法的研究以舒爾曼(Shulman)(12)Shulman, Lee. 1987. Knowledge and teaching: foundations of the new reform. Harvard Educational Review, 57, 1-22.的基礎(chǔ)模型為出發(fā)點(diǎn),對(duì)其不斷加以完善。(13)Baumert, Jürgen, & M. Kunter, M. 2006. Stichwort: Professionelle Kompetenz von Lehrkr?ften. Zeitschrift für Erziehungswissenschaft 9 (4), 469-520.(14)Kunter, Mareike, J. Baumert, W. Blum u.a. (Hrsg.). 2011. Professionelle Kompetenz von Lehrkr?ften - Ergebnisse des Forschungsprogramms COACTIV. Münster: Waxmann.很多工作組以PCK的各方面細(xì)節(jié)為對(duì)象展開(kāi)研究。 在以測(cè)量數(shù)學(xué)和自然科學(xué)師范教育專業(yè)中的專業(yè)能力為主題的 KiL項(xiàng)目里,Gro?schedl(15)Gro?schedl, Jβrg. 2013. Universit?re Biologielehrerausbildung auf dem Prüfstand. BiuZ 3 (43), 147-149.談到了生物學(xué)教學(xué)法的雙重特征:它一方面離不開(kāi)學(xué)科的專業(yè)知識(shí),另一方面,它的功能是在生物學(xué)和教育學(xué)之間架起橋梁。目前,在歐洲生物學(xué)教學(xué)法的研究中(16)Gro?schedl, Jβrg, U. Harms, T. Kleic km ann & I. Glowinski. 2015. Preservice biology teachers’ professional knowledge: Structure and learning opportunities. Journal of Science Teacher Education 26, 291-318.,可持續(xù)發(fā)展教育、體系化能力(Systemkompetenz)、獲取知識(shí)的能力(通過(guò)實(shí)驗(yàn)、使用顯微鏡)、教師扮演角色和學(xué)科選擇 (F?cherwahl)都是這一PCK模型的各個(gè)組成部分。(17)Gro?schedl, Jβrg, U. Harms, S. Herzog & M. Steffensky. 2017. F?cherkombination angehender Biologielehrkr?fte als Determinante der professionellen Kompetenz. Tagung der Fachsektion Didaktik der Biologie im VBiO September 2017. Halle-Wittenberg.根據(jù)對(duì)教學(xué)和科研產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響的享譽(yù)國(guó)際的Hattie(哈蒂)研究,教學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)不能僅建立在自己認(rèn)為取得的教學(xué)成果之上,而是更要把準(zhǔn)確的研究結(jié)果作為依據(jù)。這一要求當(dāng)然也適用于與研究大自然相關(guān)的戶外學(xué)習(xí)、戶外教育和可持續(xù)發(fā)展教育。
近二十年來(lái),在生物學(xué)教學(xué)法中,由Ulrich Kattmann創(chuàng)建的一種被稱為“教學(xué)理念重建”(didaktische Rekonstruktion)的創(chuàng)新方法扎根:進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),如果把教學(xué)僅僅作為還原當(dāng)前學(xué)科知識(shí)的過(guò)程來(lái)對(duì)待是不夠的。教育者和教育的目標(biāo)群體共同參與學(xué)習(xí)過(guò)程本身的構(gòu)建是必不可少的。通過(guò)廣泛的研究,我們得以知道哪些生物學(xué)內(nèi)容容易激起哪些年齡組學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力,并發(fā)現(xiàn),兩者之間的聯(lián)系是因?yàn)檫@些內(nèi)容直接觸動(dòng)到相關(guān)學(xué)生的興趣點(diǎn)。同時(shí),我們也從研究中了解到哪些內(nèi)容不適合激發(fā)哪些年齡組學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。根據(jù)世界范圍內(nèi)的ROSE研究(The Relevance of Science Education)(18)Holstermann, Nina & S. B?geholz. 2007. Interesse von Jungen und M?dchen an naturwissenschaftlichen Themen am Ende der Sekundarstufe I. ZfDN 13, 71-86.,可以確定,15歲的男孩們對(duì)技術(shù)應(yīng)用、航空航天和具有危險(xiǎn)性的事物更感興趣,而不是開(kāi)花植物或飼養(yǎng)寵物。 而15歲的女孩子們則對(duì)人類生物學(xué)、衛(wèi)生與健康,甚至對(duì)超自然現(xiàn)象更感興趣,但不會(huì)對(duì)歐州中部的綠地分布圖或綠地減少發(fā)生興趣。然而,隨著幾年后個(gè)人情況發(fā)生變化,他們的興趣點(diǎn)也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移。因此,毫不奇怪,Hesse 在2000年(19)Hesse, Manfred. 2000. Erinnerungen an die Schulzeit -Ein Rückblick auf den erlebten Unterricht. Innsbruck: Studienverlag.證實(shí),離開(kāi)學(xué)校后,很多人在中學(xué)畢業(yè)后,回過(guò)頭來(lái)抱怨當(dāng)時(shí)沒(méi)有在學(xué)校和周邊探索都有什么樣的動(dòng)物和植物。雖然這些內(nèi)容也屬于中學(xué)教學(xué)大綱中規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容,但它們要么對(duì)處在當(dāng)時(shí)年齡階段的學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)引不起他們的興趣,要么是教師更側(cè)重于應(yīng)對(duì)其他教學(xué)挑戰(zhàn)。因此,應(yīng)當(dāng)在學(xué)科教學(xué)法上做出努力,創(chuàng)造出提升學(xué)習(xí)者興趣的背景環(huán)境,以便至少能夠使他們對(duì)即時(shí)的學(xué)習(xí)場(chǎng)景發(fā)生興趣(20)Elster, Doris. 2007. Interessante und weniger interessante Kontexte für das Lernen von Naturwissenschaften. Erste Ergebnisse der deutschen ROSE-Erhebung. MNU 60 (4) 243-249.。
教師應(yīng)當(dāng)知道什么樣的背景環(huán)境是適合的,并把它納入到教學(xué)理念重建的范疇中。自從Deci和Ryan提出了內(nèi)在動(dòng)機(jī)理論以來(lái),——但實(shí)際上是從上個(gè)世紀(jì)30年代以來(lái),由Vygotskijs就“下一個(gè)發(fā)展領(lǐng)域”(Zone der n?chsten Entwicklung)所作論述以來(lái)(21)Vygotskij, Lev 2003. Ausgew?hlte Schriften. Band 1. Hrsg. J. Lompscher. Berlin: Lehmanns Media.——我們就知道動(dòng)機(jī)對(duì)獲得學(xué)習(xí)成功有多么重要。盡管如此,我們?cè)谧鼋虒W(xué)方案時(shí),還是會(huì)錯(cuò)誤地把那些強(qiáng)制性的教學(xué)內(nèi)容放在首位,而不是設(shè)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)或知識(shí)應(yīng)用動(dòng)力。(22)atzwauk, Paul. 2007. Aufgaben im Biologieunterricht-eine Analyse der Merkmale und des didaktisch-methodischen Einsatzes von Aufgaben im Biologieunterricht. Logos.
顯微鏡學(xué)在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中扮演至關(guān)重要的角色。使用顯微鏡是一種旨在“獲取知識(shí)的能力”,同時(shí),它對(duì)于科學(xué)地分析細(xì)胞結(jié)構(gòu)也是必不可少的。但是,在高中階段的生物課里,卻很少使用顯微鏡。(23)J?kel, Lissy 2016. Conventional and digital microscopy-Developing cell conceptual competences using the example of human biology. E-Book Proceedings of the ESERA Conference Sept. 2015, Helsinki: ESERA.
在我們的顯微鏡學(xué)能力模型中,我們的出發(fā)點(diǎn)是:顯微鏡學(xué)方面的知識(shí)和技能不能僅被視為實(shí)踐操作技術(shù)的范疇,還必須考慮其中隱含著的在解決問(wèn)題過(guò)程意義上的腦力活動(dòng)。以下是該模型的四個(gè)層級(jí):
(1)層級(jí)1:與使用顯微鏡有關(guān)的所有基本實(shí)踐技能(實(shí)驗(yàn)室作業(yè));
(2)層級(jí)2:在不同認(rèn)知情況下對(duì)顯微鏡用途的認(rèn)識(shí)(發(fā)現(xiàn)魅力);
(3)層級(jí)3:有目的地使用顯微鏡,用以闡釋問(wèn)題或解釋科學(xué)現(xiàn)象(科學(xué)推理);
(4)層級(jí)4:在恰當(dāng)使用顯微鏡的同時(shí),對(duì)生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)在知識(shí)理論上有清楚的認(rèn)識(shí)(知識(shí)觀)。
準(zhǔn)教師們對(duì)生物學(xué)知識(shí)的興趣和態(tài)度是本文介紹的相關(guān)研究的出發(fā)點(diǎn)和主題。許多知識(shí)領(lǐng)域在生物學(xué)教育中至關(guān)重要,但卻幾乎不受到中學(xué)畢業(yè)生的重視。 我們觀察到,準(zhǔn)教師們?cè)谒麄兇髮W(xué)學(xué)習(xí)開(kāi)始的時(shí)候,對(duì)生物學(xué)領(lǐng)域的一些工作方法(例如使用顯微鏡)或內(nèi)容(例如植物學(xué))持保留態(tài)度,甚至厭惡。(24)J?kel, Lissy. 2014. Interest and Learning in Botanics, as Influenced by Teaching Contexts, In C.P. Constantinou, N. Papadouris & Hadjigeorgius (Eds.), E-Book Proceedings of the ESERA 2013 Conference (pp.12) Nicosia, Cyprus: ESERA.但是,他們?cè)诋厴I(yè)后卻要作為教師把教學(xué)大綱中規(guī)定的這些領(lǐng)域的內(nèi)容放到自己的教學(xué)中——這無(wú)疑是一個(gè)教學(xué)挑戰(zhàn)。 文章在下面將介紹多年來(lái)對(duì)師范專業(yè)學(xué)生能力發(fā)展展開(kāi)的長(zhǎng)期并行研究。
第一,應(yīng)用教學(xué)研究的結(jié)果是否可以提高準(zhǔn)教師在細(xì)胞結(jié)構(gòu)知識(shí)、應(yīng)用顯微鏡和組織學(xué)研究問(wèn)題三者之間建立聯(lián)系的能力?第二,旨在讓學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)自然現(xiàn)象的教學(xué)形式是否能夠有效向準(zhǔn)教師傳授學(xué)科知識(shí)?戶外教育是否能夠顯示出可測(cè)量的學(xué)習(xí)效果?第三, 隨著師范學(xué)生戶外教學(xué)能力發(fā)生變化,他們?cè)诳沙掷m(xù)利用自然資源方面的專業(yè)能力會(huì)發(fā)生什么樣的變化?
為了研究師范學(xué)生顯微鏡應(yīng)用能力的發(fā)展情況(混合方法),使用了以下方法:
(1)記錄眼動(dòng)(eyetracking);
(2)能力測(cè)試;
(3)調(diào)查心流體驗(yàn)和要求調(diào)整(Anforderungspassung)的問(wèn)卷;(25)Rheinberg, Falko, R. Vollmeyer & S. Engeser. 2003. Die Erfassung des Flow-Erlebens. Diagnostik von Motivation und Selbstkonzept Hrsg. J. Stiensmeier-Pelster & F. Rheinberg, G?ttingen: Hogrefe, 261-279.
(4)調(diào)查內(nèi)在動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)短問(wèn)卷。(26)Deci, Edward L. & R. M. Ryan. 2003. Intrinsic Motivation Inventory. Online unter: http://www.psych.rocherster.edu/SDT/measures/intrins.html. Zugriff 19.11.2009.
關(guān)于組織學(xué)上的相關(guān)工作,使用了原始的人體生物微制劑(originale humanbiologische Mikropr?parate)(Leitz顯微鏡D500)和在互動(dòng)電子白板(采用智能技術(shù))上的數(shù)字化組織學(xué)圖像,見(jiàn)圖1。
圖1 在互動(dòng)電子白板上進(jìn)行有關(guān)肺組織的協(xié)作工作
通過(guò)跟蹤眼動(dòng)來(lái)記錄大學(xué)新生和專家對(duì)組織學(xué)圖像的觀察(例如12秒),然后在一個(gè)屏幕上展示眼球以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到圖像刺激后的結(jié)構(gòu)。受測(cè)試者的任務(wù)是要識(shí)別不同的細(xì)胞結(jié)構(gòu),例如視網(wǎng)膜感光細(xì)胞、脊髓中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、小腦中的浦肯野細(xì)胞。在記錄掃視和注視以及掃描路徑后,立即對(duì)受試者進(jìn)行采訪,問(wèn)他們?cè)趫D像上看到了什么。
在2013年至2015年之間,在Uwe Ilg和David J. Mack的支持下,圖賓根大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了非侵入式視頻眼動(dòng)追蹤實(shí)驗(yàn)(nichtinvasive Video-Okulografie),(Arrington Research USB220,采樣頻率220Hz,空間分辨率0.01°)。注視數(shù)據(jù)是通過(guò)使用一個(gè)高質(zhì)量的塔上架設(shè)式眼動(dòng)儀(high Quality Tower Mounted Eye Tracker)獲取的,并使用了美國(guó)馬薩諸塞州內(nèi)蒂克市MathWorks公司的Matlab軟件進(jìn)行了分析。
從2015年開(kāi)始使用遠(yuǎn)程眼動(dòng)儀(Remote Eyetracker, SMI提供的RED 250 mobile,采樣率250Hz,空間分辨率0.4°)測(cè)量眼動(dòng)。就師范專業(yè)學(xué)生(n = 30)和來(lái)自其他領(lǐng)域?qū)W者(n = 30)的眼動(dòng)行為收集了廣泛的數(shù)據(jù)并進(jìn)行了對(duì)比。另外還把眼動(dòng)數(shù)據(jù)和關(guān)于分析組織學(xué)圖像的能力測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較。在能力測(cè)試中,受測(cè)試者要根據(jù)自己的顯微鏡解釋熟悉的組織結(jié)構(gòu)(范圍為0到5)。
多年來(lái),在不同專業(yè)和年級(jí)學(xué)習(xí)人類生物學(xué)課程的所有師范學(xué)生都參加了就顯微鏡應(yīng)用能力展開(kāi)的調(diào)查研究,即在“原始顯微鏡學(xué)和互動(dòng)電子白板上的組織學(xué)”之間進(jìn)行的比較研究。
在一開(kāi)始的時(shí)候拋出問(wèn)題并介紹背景有助于學(xué)生理解應(yīng)用顯微鏡的意義。就解決問(wèn)題而言,對(duì)顯微鏡的心流體驗(yàn)達(dá)到了與涂鴉或玩計(jì)算機(jī)游戲類似的高度,與講座課也有可比性(參見(jiàn)Rheinberg u.a. 2003)。
對(duì)要求的調(diào)整恰到好處,顯微鏡和互動(dòng)電子白板都一樣。(27)Berg, Julia, L. J?kel & A. Penzes. 2016. Digital and Conventional Microscopy-Learning Effects Detected through Eye Tracking and the Use of Interactive Whiteboards. Universal Journal of Educational Research 4(6) 1319-1331.
觀察組織學(xué)圖像時(shí)掃視和注視的總數(shù)與受測(cè)試者的基礎(chǔ)知識(shí)沒(méi)有相關(guān)性(同上)。
但是對(duì)掃描路徑的定性分析揭示了受測(cè)試者因?yàn)槭裁丛凇翱嗨稼は搿?。在?wèn)題“目標(biāo)區(qū)域”(興趣區(qū)域= AOI)結(jié)構(gòu)上的注視從比例上看較為頻繁。以下圖2a、圖2b、圖2c說(shuō)明了這一點(diǎn):在學(xué)期的進(jìn)行過(guò)程中,參加人類生物學(xué)研討課的學(xué)生,能力都得到了顯著提高(圖3)。
圖2a 具有豐富專業(yè)知識(shí)的受測(cè)試者的掃描路徑
注 釋:搜索視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞(400倍的放大倍數(shù)),測(cè)量時(shí)間為12秒,共35次掃視和注視點(diǎn),其中15個(gè)位于AOI,5個(gè)位于相鄰的雙極細(xì)胞。
圖2b 具有良好基礎(chǔ)知識(shí),但在組織學(xué)領(lǐng)域知識(shí)薄弱的受測(cè)試者的掃描路徑
注 釋:共有32個(gè)注視點(diǎn),6個(gè)注視點(diǎn)在AOI,4個(gè)注視點(diǎn)在雙極細(xì)胞。
圖2c 受測(cè)試者尋找感光細(xì)胞的掃描路徑
注釋:在感光細(xì)胞和雙極細(xì)胞之間的波動(dòng),共有36個(gè)注視點(diǎn),其中11個(gè)在AOI,11個(gè)在雙極細(xì)胞。
圖3 解釋人體生物組織的能力測(cè)試復(fù)試結(jié)果
注 釋:Pretest:預(yù)測(cè)試 Zwischentest:中期測(cè)試 Posttest:后期測(cè)試Retina: 視網(wǎng)膜 Blutbild: 血液分析 Muskel: 肌肉 Alveolen:肺泡
2016年冬季學(xué)期,n = 78,每個(gè)圖像最高分為5,n=78時(shí)可接受的Cronbachsα為0.629。
25年多來(lái),在海德堡的生態(tài)花園里一直有一塊約5800平方米的示范地,用于展示在人類居住區(qū)對(duì)自然資源的生態(tài)化設(shè)計(jì)和利用。 多樣化的生物生境(Biotop)是多種類野生或養(yǎng)殖生物生存的基礎(chǔ)。在這里,生物學(xué)師范學(xué)生規(guī)劃、設(shè)計(jì)并反思針對(duì)中小學(xué)生的學(xué)習(xí)場(chǎng)景。在此過(guò)程中,教授會(huì)給他們深入的反饋。此外,生態(tài)花園還用于舉辦養(yǎng)蜂課程、項(xiàng)目研討會(huì),以及為中小學(xué)校提供戶外課堂。
自2016年以來(lái),生物學(xué)師范學(xué)生系統(tǒng)性地參加了一項(xiàng)以檢驗(yàn)PCK能力模型并測(cè)量不同模塊人才培養(yǎng)效果的調(diào)查研究。
基于Weusmann(28)Weusmann, Birgit. 2015. Biologie-und Sachunterricht im Freiland. überzeugungen zu einer wenig genutzten Unterrichtsform. Baltmannsweiler: Schneider.的戶外學(xué)習(xí)問(wèn)卷被另外加入了可持續(xù)教育和戶外教學(xué)的元素。為了細(xì)化測(cè)量的層級(jí),引入了七級(jí)評(píng)價(jià)體系。
自2016年以來(lái),學(xué)習(xí)生物學(xué)相關(guān)模塊的所有師范學(xué)生都在夏季學(xué)期參加了PCK測(cè)量。2018年夏季參加的學(xué)生為n=200,在2019年夏季學(xué)期為n=246。
問(wèn)卷以我們的PCK(29)Frie?, Sabrina, L. J?kel & U. Kiehne. 2016. The effect of school garden activities on preservice student teachers’ attitudes to teaching biology outside the classroom. Poster ESERA Conference Karlstad September 2016.模型為導(dǎo)向,由以下類別的檢驗(yàn)項(xiàng)目組成:
(1)對(duì)待大自然的態(tài)度;
(2)就與戶外生物相處的知識(shí)和能力做自我評(píng)估;
(3)戶外課堂提供的教育機(jī)會(huì);
(4)戶外課堂的局限性;
(5)戶外教學(xué)教學(xué)方法運(yùn)用能力的自我評(píng)估;
(6)可持續(xù)發(fā)展教育方面教學(xué)方法運(yùn)用能力的自我評(píng)估;
(7)戶外教學(xué)中的組織能力。
七級(jí)評(píng)價(jià)體系在此被認(rèn)為是合適的(采用克朗巴哈系數(shù)Cronbach's alpha檢測(cè)每一級(jí)的項(xiàng)目)。在與Benjamin Tempel的合作共事下,我們基于一項(xiàng)驗(yàn)證性因子分析(CFA)Muthén&Muthén 1998-2011 對(duì)我們的理論構(gòu)建進(jìn)行了分析。(30)J?kel, Lissy u.a. 2019. Heimische Vielfalt kennen, schützen, erhalten - Outdoor Teaching - Kompetenzen f?rdern und messen. Green, Outdoor and Environmental Education” in Forschung und Praxis. Hrsg. S. Schumann, P. Favre & A. Mollenkopf, Shaker Verlag, 109-141.結(jié)果顯示,在2018年的預(yù)測(cè)試中,在n = 200的情況下,有八個(gè)一致性因數(shù)(模型擬合參數(shù):RMSEA = 0.044,TLI = 0.871,CFI = 0.876),另外還有在2018年后期測(cè)試中的“組織能力”因素,即現(xiàn)在共有9個(gè)因素(模型擬合參數(shù):RMSEA = 0.045,TLI = 0.901,CFI =0.905)。
可持續(xù)發(fā)展教育以及戶外教學(xué)中特定的學(xué)科教學(xué)法知識(shí)與能力也都同樣可以作為單獨(dú)因素得到證實(shí)。
與2018年一樣,2019年對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)和基于CFA的模型測(cè)試都取得了成功,見(jiàn)表1、圖4。
表1 2018年戶外教學(xué)影響因素概覽
圖4 含可持續(xù)發(fā)展教育和戶外教學(xué)的生物學(xué)教學(xué)PCK模型
2018年的數(shù)據(jù)參見(jiàn)腳注32援引的文獻(xiàn)(31)Hergesell, David, S. Frie?, L. J?kel & U. Kiehne. 2018. Processes of professionalisation-Outdoor teaching and assessment of PCK. Poster ERIDOB Saragossa, Juli 2018.。
總體來(lái)說(shuō),生物學(xué)準(zhǔn)教師對(duì)大自然的態(tài)度是積極的。但在向自然保護(hù)組織提供金錢(qián)資助的意愿方面有所保留。
另外,對(duì)在自己花園里大自然的態(tài)度所做的自我評(píng)估與對(duì)大自然的總體來(lái)說(shuō)非常積極的態(tài)度有所不同。
學(xué)生認(rèn)為,自己在生物學(xué)和園藝學(xué)的專業(yè)知識(shí)需要有明顯提高。許多學(xué)生沒(méi)有設(shè)計(jì)生物生境的能力,并在此提出自我批評(píng)。很多學(xué)生也沒(méi)有掌握修剪果樹(shù)的技能,并且不知道如何種植蔬菜或怎么對(duì)待微生物。但他們堅(jiān)信,從教育學(xué)角度來(lái)看,戶外學(xué)習(xí)有利于環(huán)境教育,可以增進(jìn)孩子們之間的聯(lián)系、鞏固學(xué)習(xí)成果。
學(xué)生們認(rèn)為,戶外教學(xué)可能會(huì)產(chǎn)生的資金問(wèn)題或時(shí)間和精力上的高投入不會(huì)成為較大的障礙。就帶孩子們到戶外學(xué)習(xí)而言,沒(méi)有什么顧慮。
表1中標(biāo)記的參數(shù)是指發(fā)生變化的領(lǐng)域。
但是,由于受調(diào)查的學(xué)生參加生物學(xué)不同的研討課,所以調(diào)查結(jié)果中的平均值可能會(huì)掩蓋各個(gè)研討會(huì)的影響。因此,有必要仔細(xì)審視具體教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容或措施產(chǎn)生的相關(guān)影響。因此,我們?cè)?019年又使用了用于檢驗(yàn)?zāi)P偷膯?wèn)卷,以調(diào)查參加不同研討課的全體生物學(xué)師范學(xué)生的專業(yè)化發(fā)展情況。詳細(xì)結(jié)果如下:
(1)對(duì)大自然的總體態(tài)度。
屬于小學(xué)教育專業(yè)的師范學(xué)生(n = 20),他們?cè)谝粋€(gè)學(xué)期內(nèi)學(xué)習(xí)了兩個(gè)生物學(xué)領(lǐng)域的研討課,他們對(duì)大自然的總體態(tài)度幾乎沒(méi)有任何變化。只有在“我喜歡讓其他人注意到自然界中的事物”這一項(xiàng)有中度效應(yīng)量的增長(zhǎng):預(yù)測(cè)試在七級(jí)評(píng)價(jià)體系中的平均值M = 5.86,標(biāo)準(zhǔn)差SD = 0.77,后期測(cè)試M = 6.33, SD = 0.76,Cohens d = 0.61(32)Hemmerich, W. (2019). Cohen’s d berechnen: StatistikGuru. Retrieved from https://statistikguru.de/rechner/cohens-d.html. Zugriff 12. 8.2019.。
與往年的調(diào)查一樣,學(xué)生對(duì)大自然的總體態(tài)度是積極的,高年級(jí)學(xué)生在這一類別的所有相關(guān)項(xiàng)上,通常在6或7級(jí)上打勾(七級(jí)評(píng)價(jià)體系)。但低年級(jí)學(xué)生則在有些相關(guān)項(xiàng)上比高年級(jí)學(xué)生的評(píng)價(jià)低。
在上述“我喜歡讓其他人注意到自然界中的事物”這一項(xiàng),低年級(jí)學(xué)生的平均值(n=75)M=5.09,SD=1.43。上自然課第三個(gè)模塊的學(xué)生(n=20),M=5.86,SD=0.77,而在中學(xué)或特殊教育的高年級(jí)學(xué)生中(n=18),M=6.18,SD=1.04。
還在第一學(xué)期時(shí),隨著學(xué)習(xí)的進(jìn)行,就已經(jīng)發(fā)生了可測(cè)量的變化。第一學(xué)期三個(gè)月內(nèi)的平均值發(fā)生了變化,但是,參加研討課的人數(shù)到后期也減少了。在模塊考試之前,學(xué)生還可以重新審視自己對(duì)該學(xué)科的態(tài)度。(后期測(cè)試n=75對(duì)后期測(cè)試n=41)。
(2)對(duì)在自己花園里大自然的態(tài)度
在不同師范專業(yè)里都有一些學(xué)生會(huì)在自己的花園中使用農(nóng)藥(七級(jí)評(píng)價(jià)體系,平均值M=3.0, SD=1.49)。
就對(duì)待自己花園里大自然的態(tài)度而言,在其中“我最想吃自己花園里的水果和蔬菜”這一項(xiàng)的評(píng)價(jià)最為積極。在此,基于七級(jí)評(píng)價(jià)體系,所有受測(cè)試者組的平均值都在6.6和6.7之間。
在“我會(huì)在自己的花園里為許多動(dòng)物提供庇護(hù)所”這一項(xiàng),高年級(jí)學(xué)生的評(píng)價(jià)較中學(xué)教育或特殊教育的低年級(jí)而言明顯較高。
表2 2019夏季學(xué)期調(diào)查項(xiàng)目示例
(3)對(duì)自然保護(hù)工作的支持。
與對(duì)大自然的普遍積極態(tài)度相比,支持自然保護(hù)組織的意愿明顯低得多(自然課里學(xué)生的預(yù)測(cè)試M=5.045,SD=1.13)。
這也構(gòu)成了模型中的一個(gè)獨(dú)立因素。尤其是,盡管對(duì)大自然的態(tài)度較為積極,但學(xué)生普遍不太會(huì)考慮為自然保護(hù)組織提供金錢(qián)資助(自然課學(xué)生的預(yù)測(cè)試M=4.63,SD=1.21)。
然而,學(xué)生參加了在自然保護(hù)組織進(jìn)行的、為期幾天的校外考察活動(dòng)后,他們支持自然保護(hù)組織的意愿要高得多(文理高中教育碩士專業(yè)學(xué)生、中學(xué)教育第一階段和特殊教育專業(yè)參加較高年級(jí)模塊學(xué)習(xí)的學(xué)生n=18,預(yù)測(cè)試M=5.125,SD=1.36,后期測(cè)試M=5.36,SD=0.84;Cohens d=0.208)。
(4)戶外教學(xué)的組織能力。
為師范專業(yè)大學(xué)生設(shè)置的每個(gè)課程都旨在促進(jìn)他們對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的理解,以及培養(yǎng)他們的相關(guān)能力。在較高年級(jí)設(shè)置的戶外學(xué)習(xí)模塊規(guī)定了學(xué)生要每?jī)蓚€(gè)星期在戶外給小學(xué)生上一次課,調(diào)查研究表明,這一措施取得了很好的效果。例如,學(xué)生在戶外教學(xué)的組織能力方面評(píng)價(jià)較高:預(yù)測(cè)試n=19,M=6.26,SD=0.933;后期測(cè)試n=15,M=6.67,SD=0.61(Cohens d=-0.52)。
(5)專業(yè)知識(shí)和園藝技能。
根據(jù)參加了戶外教學(xué)研討課的學(xué)生所做的自我評(píng)估,他們?cè)谧R(shí)辨草甸植物(預(yù)測(cè)試n=19,M=5.25,SD=0.85;后期測(cè)試n=15,M=5.66,SD=0.89,Cohens d=0.471)或蔬菜栽培(預(yù)測(cè)試n=19,M=4.8,SD=1.15;后期測(cè)試n=15,M=5.6,SD=0.73,Cohend=0.831)方面的能力有了很大提高。這些主題根據(jù)中小學(xué)教學(xué)大綱都屬于教學(xué)內(nèi)容。另一方面,果樹(shù)修剪不屬于戶外教學(xué)研討課的內(nèi)容,在此可以觀察到學(xué)生對(duì)這方面知識(shí)的自我評(píng)估也很低(M=3.45,SD=1.70對(duì)M=4,SD=1.85,Cohensd=0.31)。
(6)戶外教學(xué)的學(xué)科教學(xué)知識(shí)。
學(xué)生們對(duì)戶外教學(xué)的優(yōu)勢(shì)表示肯定,因?yàn)檫@是一種很真實(shí),并能夠提高學(xué)生積極性的一種教學(xué)方式。
學(xué)生們對(duì)戶外課堂可能出現(xiàn)意外事故的風(fēng)險(xiǎn)、成本或其他麻煩情況沒(méi)有什么顧慮。在七級(jí)評(píng)價(jià)體系中,選擇的等級(jí)大多為2(例如,針對(duì)戶外研討課學(xué)生的后期測(cè)試n=15,M=1.933,關(guān)于對(duì)意外事故的擔(dān)憂SD=1.03;“在戶外難以控制可能出現(xiàn)的情況”M=2.66,SD=1.44)。
即使是小的教學(xué)挑戰(zhàn)也可以為提高PCK起幫助作用。例如,一年級(jí)大學(xué)生就“我可以給孩子們布置不同的任務(wù)”所做評(píng)估從預(yù)測(cè)試M=5.575,SD=1.10變?yōu)楹笃跍y(cè)試M=5.95,SD=0.81(Cohensd=0.39),在此的教學(xué)挑戰(zhàn)是,在研討課當(dāng)中的一天,學(xué)生們要為兒童計(jì)劃、設(shè)計(jì)并反思一個(gè)關(guān)于植物主題的學(xué)習(xí)站。
在教學(xué)研究中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣的情況:當(dāng)教學(xué)措施能夠取得的效果比較有限時(shí),教師們就會(huì)較為失望,但盡管如此,若要提高教師教育的質(zhì)量,離不開(kāi)對(duì)實(shí)際能力進(jìn)行誠(chéng)實(shí)的測(cè)量。在本文介紹的PCK模型中,能力發(fā)展涉及學(xué)科教學(xué)知識(shí)、可持續(xù)發(fā)展教育、教育學(xué)知識(shí)和學(xué)科知識(shí)。
盡管主觀態(tài)度被認(rèn)為是相對(duì)持久的人格特征,發(fā)生較快改變的可能性不大,但它在此還是屬于PCK模型的內(nèi)容,因?yàn)槿藗儜?yīng)該是可以期望準(zhǔn)老師對(duì)自己的學(xué)科是充滿“激情”的。在此,對(duì)第一學(xué)期新生所做調(diào)查的結(jié)果確實(shí)會(huì)有些令人驚訝,因?yàn)樗麄冎杏行┤松踔磷约憾疾幌矚g觀察大自然。可以推測(cè),并非所有的中學(xué)畢業(yè)生在開(kāi)始大學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)就找到了自己的使命。這種情況下,到第二學(xué)期結(jié)束時(shí),海德堡師范學(xué)院的學(xué)生可以很容易地?fù)Q一個(gè)專業(yè)。
同時(shí),學(xué)生在生物學(xué)領(lǐng)域就專業(yè)知識(shí)和學(xué)科教學(xué)知識(shí)所做的自我評(píng)估與教師們?cè)诮虒W(xué)活動(dòng)中所做的觀察吻合。我們看得出,學(xué)生在填寫(xiě)問(wèn)卷時(shí)做了切合實(shí)際的自我評(píng)估。
經(jīng)過(guò)數(shù)年對(duì)顯微鏡應(yīng)用能力的研究,我們認(rèn)識(shí)到眼動(dòng)追蹤不太能夠揭示統(tǒng)計(jì)學(xué)上的某些相關(guān)性(33)J?kel, Lissy & J. Gerwien. 2017. Entwicklung eines Werkzeugs zur automatischen Evaluation der Performanz beim Mikroskopieren. Tagung FdDB im VBio Halle, September.,而更多的是必須從對(duì)眼動(dòng)所做的記錄中得出定性結(jié)論。對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性的內(nèi)容分析可以揭示理解上存在的問(wèn)題,有助于通過(guò)布置面向問(wèn)題的任務(wù)促進(jìn)學(xué)生獲取顯微鏡應(yīng)用能力。(34)J?kel, Lissy. 2012. Working with the microscope as a problem solving process. In C. Bruguière, A. Tiberghien & P. Clément (Eds.), E-Book Proceedings of the ESERA 2011 Conference: Science learning and Citizenship. Lyon, France.Crawfort(35)Crawford, Pat. 2014. From Inquiry to Scientific Practices in the Science Classroom. Handbook of Research on Science Education Volume II, Hrsg. Lederman, N. G. & Abell, S. K., New York and London: Routledge Taylor & Frieds Group, 515-541.把“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”(PBL)定義為“認(rèn)知學(xué)徒制(cognitive apprenticeship)方法,它注重從解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí),并同時(shí)促進(jìn)對(duì)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和實(shí)踐”。 從學(xué)科專業(yè)教學(xué)法的視角來(lái)看,在此不僅僅是要完全理解那些已經(jīng)以其他方式傳授過(guò)的知識(shí),而且還要明白,顯微鏡是獲取知識(shí)的必要手段。如果學(xué)生在新的學(xué)習(xí)情境下自己建議使用顯微鏡,那么這無(wú)疑是“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”取得的一項(xiàng)成功。
經(jīng)驗(yàn)證明,有效的教學(xué)方法是交替采用顯微鏡學(xué)習(xí)和其他形式的實(shí)踐與理論學(xué)習(xí),并讓學(xué)生能夠使用現(xiàn)代的數(shù)字化形式來(lái)表示所看到的內(nèi)容,而不是通常的顯微圖。有些學(xué)生甚至把在中小學(xué)校對(duì)顯微鏡的使用選作為他們大學(xué)畢業(yè)論文的課題。教師職業(yè)的魅力之一是可以在職業(yè)生涯中不斷學(xué)習(xí)新東西,但是,專業(yè)知識(shí)的重要基礎(chǔ)是在大學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)就奠定下來(lái)的。
我們可以不斷地觀察到,教師對(duì)與教學(xué)活動(dòng)并行的學(xué)科教學(xué)研究得出的結(jié)果有時(shí)會(huì)感到失望,并擔(dān)心會(huì)收獲質(zhì)疑和批評(píng)。但是,該調(diào)查研究的結(jié)果完全在預(yù)期范圍內(nèi)。一些教師不再想做進(jìn)一步的調(diào)查研究,但也有一些教師認(rèn)為自我反思是有幫助的,并愿意嘗新的學(xué)科教學(xué)法,并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新他們的教學(xué)方案。
在關(guān)于教學(xué)效果的研究中,我們認(rèn)為,研究的重點(diǎn)應(yīng)是學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和獲取的能力,而不是從學(xué)習(xí)者,即學(xué)生的角度考察教師的教學(xué)表現(xiàn)。
給學(xué)生布置任務(wù)被認(rèn)為是生物學(xué)課程中對(duì)學(xué)習(xí)起幫助作用的重要工具,可以證明的是,它們會(huì)影響學(xué)習(xí)者信息獲取和信息處理過(guò)程的有效性。一起討論任務(wù)及其解決方案會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)很有幫助,例如文中介紹的在互動(dòng)電子白板上處理關(guān)于組織學(xué)的任務(wù)。
特別是針對(duì)顯微鏡的使用而言,布置任務(wù)的質(zhì)量看起來(lái)對(duì)成功應(yīng)用這種獲取知識(shí)的能力至關(guān)重要,并且這樣也會(huì)提高準(zhǔn)教師們的學(xué)習(xí)動(dòng)力。至于他們是否以后確實(shí)會(huì)跟自己的中小學(xué)生經(jīng)常使用顯微鏡,則需要經(jīng)過(guò)實(shí)證研究來(lái)證實(shí)。
另外,目前有一項(xiàng)博士研究正在就戶外教學(xué)展開(kāi)實(shí)證研究,目的是了解師范教育中的教學(xué)重點(diǎn)在多大程度上改變中小學(xué)校的現(xiàn)實(shí),以及在多大程度上影響教學(xué)文化。因?yàn)樵S多師范大學(xué)畢業(yè)生目前在就職的學(xué)校從事“學(xué)?;▓@”的工作,而過(guò)去二十年里,他們的母校一直把戶外教學(xué)作為師范教育的重點(diǎn)對(duì)待。在中小學(xué)的戶外教學(xué)中,學(xué)校的花園或校園在此扮演重要角色,因?yàn)樵趹敉夂苋菀渍归_(kāi)學(xué)習(xí),并為跟孩子們一起設(shè)計(jì)生物生境創(chuàng)造條件。
關(guān)于PCK發(fā)展所做研究的結(jié)果證實(shí)了我們的假設(shè),即與職業(yè)現(xiàn)實(shí)建立聯(lián)系的模塊容易調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。