物理教材科学方法显性化文本分析
一、问题提出的背景
我国物理新课程不仅重视帮助学生掌握物理知识，而且越来越重视学生对科学方法的掌握。为此，近年来有很多关于科学方法显性化的研究和呼吁。所谓科学方法显性化是教材在隐性使用科学方法建立物理知识的基础上，通过标示所使用的科学方法、对科学方法的内涵进行阐述、组织学生使用和训练科学方法等手段，更加明确地、显性化地进行科学方法教育，引导学生掌握科学方法。
那么，我国物理教材在科学方法显性化表征上做得如何？有哪些经验和不足呢？对此，本文进行了教材文本分析，我们相信该研究对于教材的编写和使用具有一定的借鉴作用。
二、研究设计
1.研究对象的选取
本研究以人民教育出版社2010年版高中物理教材必修1、必修2和选修3系列为研究对象，共计7本教材，分析内容包含前言、各章节及习题等部分。
2.研究方法与研究工具
本研究主要采用文本分析法，编制数据分析记录表、对照分析教材进行统计分析。
首先，确定科学方法的种类。文献研究发现，科学方法的分类标准不同、类目多样，本文主要参考邢红军老师的分类方法，并考虑到其他的一些因素做了补充，如在一般科学方法中加入科学探究法，在实验方法中加入近几年教材中新出现的计算机模拟方法，最后，一共解析出24种基本的科学方法（参见表3第一列）。
我们对这些科学方法查阅大量资料，以确认其准确、全面、相互不交叉（即不出现一种具体的操作被归入两个科学方法的情况）、定义规范、方便理解[1]。然后，我们以这些科学方法为指标对物理教材进行分析以确定每一类科学方法出现的次数和显性化程度，尤其注意在物理知识点的建立、引申和扩展中，以及“键”（知识点与知识点之间的连结处）位置[2]等要点处确认科学方法使用情况。
其次，确定科学方法的体现方式和显性化水平层次。教材在处理物理知识时会体现相应的科学方法，通过文献研究和预调查，我们发现有以下四种体现方式：渗透使用，教材在讲解物理知识时渗透某种科学方法，但不明确指出其名称、不进行解释说明，该方式只是隐性使用，并没有进行显性化处理;命名，教材明确给出该种科学方法的名称;讲解，教材解释或讲解该科学方法，如解释科学方法的内涵、总结其特点、给出一般性定义、举例说明、给出使用注意事项等，便于学生理解和掌握;组织使用，教材组织学生使用科学方法解决问题或训练学生掌握该方法。
上述方式表现出的显性化水平是不同的，我们把它们分为以下四个水平层次（见表1）：
表1科学方法显性化分层表
从表1可以看出：当教材只是隐性使用科学方法时，教材并没有进行显性化处理，称为零水平层次;水平一层次是在使用该科学方法处理物理知识时明确给出名称，但是不讲解其内涵、不训练使用该科学方法，需要学生自己体会总结或者查阅资料来学习，因此其显性化水平较低;水平二、三层次的显性化程度更高。本研究在解析教材时采用该指标体系来分析科学方法显性化处理的方式和水平。
再次，编制文本分析表。本研究根据以上分析指标编制了“科学方法显性化分析记录表”（见表2）作为文本分析的工具。
表2科学方法显性化分析记录表
最后，整体分析教材科学方法显性化表征的系统性。循序渐进是教学的一个基本原则，也应该是评估教材编写质量的一个指标。由于本研究涉及整个高中物理教材，因此，本研究可以对高中教材编写的系统化进行分析。
3.研究工具的信度检验
对于本研究工具，研究者进行了信度分析，请三名物理教学论研究生分别独立使用该工具对同样的物理教材进行分析，发现三者一致性较高，按照“评分者信度”的计算方法，达到0.928，表明本研究工具具有较高信度。
三、研究发现
1.研究数据的呈现
我们对人教社高中物理必修1、2和选修三系列共计七本教材进行分析，整体数据如表3。
2.数据分析
分析数据统计表3，可以得出如下结论：
第一，各类科学方法在高中物理新教材中出现的总数目合计为950次，相比于高中物理知识点数量，次数非常多，表明教材编写时重视使用和体现科学方法。
第二，从出现的次数来看，各类科学方法在教材中使用和体现的情况差别很大，直接定义法出现的次数最多（353次）。一般来说，当教材中出现新概念时，需要通过直接定义来进行解释，该数据表明我国高中物理教材中出现的新知识是比较多的，教材信息量大。教材体现图形图像法的次数排名第二（100次），表明教材注重采用直观、易读的方法来展示物理内容。其次为观察法（78次），表明教材在引导学生对生活现象、实验现象的观察、分析方面，较为重视。之后为归纳法（66次），表明教材比较注重引导学生思考、建构知识，逐渐改变了传统教育过于注重直接讲解灌输的教学方式。随后是比较法（46次），表明教材注重引导学生思考、辨析来建立知识。体现较多的其他科学方法依次是近似估算法（45次）、分类法（34次）、科学研究法（30次）、计算机模拟法（29次）和演绎推理法（27次）。
这10种方法的总次数占85%以上，说明教材编写者认为这些方法是物理学中基础的方法，应该进行一定的科学方法教育。
第三，从“显性化数目”来看，较为明显的依次是：图形图像法（42次）、科学探究法（22次）、计算机模拟方法（21次）、近似估算法（16次）和实验验证法（13次）。表明教材注重对这些科学方法加以显性化处理，试图引导学生重视这些方法。
第四，从“显性化比例”来看，较为明显的依次是：科学探究法（73.33%）、计算机模拟法（72.41%）、实验验证法（56.52%），其他方法，如图形图像法、近似估算法、理想化模型法、理想化实验、控制变量法、比值定义法的显性化比例都超过了25%，表明教材在使用这些科学方法时注意加以显性化处理，试图引导学生重视该方法。
第五，从“显性化水平层次”来看，各类科学方法的显性化水平层次是不同的。处于水平一层次的科学方法有2类，分别是理想化实验法和归纳法，表明教材在使用这些科学方法处理物理知识时明确给出了这些方法的名称，让学生了解。处于水平二层次的科学方法有2类，分别是等效法和其他类别中的反证法，表明教材对这些科学方法直接进行了讲解，这是在讲解物理知识之外直接讲解科学方法，便于学生理解该方法的内涵。处于水平三层次的科学方法有11类（参见表3第8列），表明教材注重组织学生使用这些科学方法来解决问题，这种训练更有助于学生体会、应用科学方法。其中，科学探究法、实验验证法、计算机模拟法、图形图像法和近似估算法等科学方法在教材中是多次组织学生使用和训练，表明教材更为重视这些科学方法的教育。
第六，从科学方法显性表征的系统化设计来看，教材显得比较弱。数据显示有8种科学方法涉及到四个水平层次（参见表3），教材对此进行了一定程度的循序渐进式或系统化的设计，主要表现在：先隐性使用、再讲解该科学方法的内涵、然后再组织学生使用该方法。可以看出，这样的系统化设计更有助于学生理解和掌握该方法。
还有五种科学方法处于水平三层次的显性化表征，教材多次要求学生使用这些方法进行学习活动，但是始终没有讲解这些科学方法的内涵。从系统化设计的角度来说是有不足的，也就是说，如果能够先给学生讲解清楚这些方法的内涵，再组织学生使用更有利于学生掌握。
3.本研究的结论
通过对高中物理教材进行系统的文本分析，发现：我国高中物理教材在讲解和建立物理知识的过程中非常重视体现科学方法，蕴含着丰富的科学方法教育素材。从使用次数和显性化水平来看，教材着重体现的十四种科学方法（参见表3）。教材采用渗透使用、命名、讲解、组织使用四种方式来体现科学方法，其中，渗透使用只是隐性的，并没有进行明确的科学方法教育，而后三种则是显性化的表征。教材对不同的科学方法采用的显性化表征方式不同、水平层次也不同，有些给出了讲解、训练使用等方法教育的设计，不过在系统化设计上还有不足。
四、本研究的启示
根据本研究的分析结果，我们提出以下建议：
第一，物理教材中的科学方法种类繁多，在教材编写和课堂教学时，可以考虑初中、高中、必修、选修等不同性质特点分出主次，对于各类方法应该区别对待。
第二，鉴于科学方法类目较多，在教材中体现的次数也非常多，建议教材编写时注意提示师生，如可以在前言或者附录中给出科学方法分类，以及重要科学方法，便于学生整体把握。
第三，对于一些重要的科学方法，如科学探究法、图形图像法、观察法、归纳法、控制变量法等，教材应该加以系统化设计，从隐性使用、到讲解该科学方法的内涵、然后再组织学生使用该方法，循序渐进、系统化的设计更有助于学生理解和掌握科学方法。
第四，物理教材中蕴含着丰富的科学方法教育素材，应该引起教师的重视，教师在分析教材时不仅要重视其中的物理知识体系，还要善于挖掘其中的科学方法，重视科学方法的教育。
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参考文献
[1]肖骁，邢红军.高中《物理课程标准》中的科学方法显化研究.首都师范大学学报（自然科学版），2011，32（4）.
论文关键词：学科教学知识；分子生物学；教学质量
进入21世纪，以分子生物学为先导的生命科学正经历新的发展阶段，特别是分子生物学的理论发展和技术创新，使生物技术产业的增长达到了前所未有的程度，这将从根本上推动科学、经济和社会的发展。分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门学科，是当前生命科学中发展最快并与其他学科广泛交叉和渗透的前沿研究领域，其基本原理和研究技术已应用到生命科学的所有分支，它的内容得到了更大的扩展，分子生物学已发展成为生命科学相关专业的重要基础理论学科。面对进一步加强分子生物学教育质量和针对性的要求，学习和研究国外创新的教育理论和方法，对于提高我国分子生物学教学质量具有直接的借鉴和启发意义，而发轫于美国的学科教学知识理论则是近年来在我国教育界深受关注的一种教育理念。
1学科教学知识的概念和内涵
1．1学科教学知识的概念
学科教学知识(PedagogicalContentKnowledge)简称PCK，最早是由美国斯坦福大学舒尔曼教授提出的。他指出，教师的知识包括7个范畴的知识：学科内容知识(contentknowledge)、一般教学法知识(generalpedagogicalknowledge)、课程知识(curriculumknowledge)、学科教学知识(PCK)、关于学习者的知识(knowledgeoflearnersandtheircharacteristics)、教育情境知识只(knowledgeofeducationalcontexts)和关于教育的目标、目的和价值及其哲学和历史背景的知识(knowledgeofeducationalends，purposesandvalues，andtheirphilosophicalandhistoricalgrounds)，学科教学知识就是“教师个人教学经验、教师学科内容知识和教育学的特殊整合”，是教师将学科内容转化和表征为有教学意义的形式、适合于不同能力和背景学生的能力，是综合学科知识、教学和背景知识而形成的知识，是教师特有的知识。它包括表达思想的最好方式，最有用的类比、样例、图示、解释和演示等易于学生理解的表征方法，也包括教师消除学生对某一特定学习内容的偏见和误解的策略，以及用怎样的方式组织、表达使不同兴趣、能力和背景的学生理解教学内容的知识。
l．2学科教学知识的内涵
教师必须拥有所教学科的具体知识：事实、概念、规律、原理等，而这些学科知识来自于科学领域的专门学科，教师不能仅仅对某一概念、原则或原理有直觉的个人的理解，为了促进学生的理解，他们必须先理解向学生表征概念的方法，帮助或引导学生以个人有意义的方式理解教学内容以减少其形成错误概念，应该学习将自己拥有的学科知识转化成易于学生理解的表征形式的知识。也就是说，教师的PCK是在具体的教学情境中，结合学科知识、学生的知识(能力、学习策略、年龄和发展水平、态度、动机、前知识)、背景的知识(社会的、政治的、文化的和自然环境)和教学法的知识经由自身的价值观做出判断、选择、重组而形成的。实际上PCK就是教师自身具有的复杂而成熟的理解与学生的理解之间的一道桥梁，它的内涵即在于学科知识在一定的教学情境中如何采用最适当的表征方式使学生易于理解。
2学科教学知识在分子生物学教学中的指导应用
分子生物学知识体系庞杂，专业名词和知识点较多，难懂难记，抽象复杂的分子机理需要充分发挥想象力来理解，且学过的内容也较难记住，许多学生就容易在学习分子生物学时产生畏难心理，致使学习积极性下降，甚至厌学；分子生物学理论性强，研究内容抽象，并以大量的实验为基础，对实验技能和实验条件的要求较高；分子生物学领域不断出现的新发现和新进展也对教师整合既有的学科内容、快速领会和把握这些学科前沿、衔接新的理论知识提出更高的要求。针对这些问题，借鉴学科教学知识理论，指导教师在教学实践中进行积极的探索和有益的尝试。
2．1做好教学设计
在具体的分子生物学教学过程中，教师按照PcK理论要素(学科知识、学生的知识、背景的知识和教学法的知识)逐条对应到具体的教学设计中，较好地融合教学过程的诸多要素。
2．2积累学科教学经验
教师对于自己耍讲解的分子生物学及其扩展内容要准确理解和把握，分析不同教科书的例证与讲解的重点内容之问的关系，明确可以增加的有利于学牛理解的课外内容；要充分了解学生对于教授内容的熟悉程度及专业知识基础，提前思考学生在接受教授内容时可能遇到的难；选择使用最佳的方式(模拟、图解、举例、解释示范等)清楚呈现所要讲授的知识点；对于学牛有兴趣并在课堂上提出的课程相关或无荚的问题要有应急处理的能力。
2．3丰富教学手段
学科教学知识指导教师采取新的视角、新的模式和丰富多变的教学方法来改进分子生物学教学。多罗西·沃森(1989脱过：“如果课堂活动不能生动地激发学生的兴趣，不能有效地满足学牛的需要，就毫无意义。”利用信息技术将最新的科学研究、发现和方法直接引入课堂，激发学生探究兴趣，可以充分调动其学习积极性，使学习成为他们主动、自觉的活动；多媒体教学使所讲的内容形象化、具体化，通俗易懂，易于学，丰理解记忆；教师精心设计有意义的问题，鼓励学生展开想象的翅膀，积极引导，促进学生理解掌握抽象的概念和复杂的机理；准备充分的案例讨论使学生在广度和深度上进行探索、分析和鉴别，学会将基本概念、理论知识和实际应用相联系。
2．4完善教学理念
学科教学知识是一种开放性的教育理念，其可贵之处即在于善于吸收采纳其它教学理念教学方法的长处，优势互补，更有效地提高教学效果。分子生物学是…门试验科学，在教学过程中积极应用实践教学的方式方法，通过特定的实验设计引导学生经常进行实验操作，使学生既能更好地理解掌握理论知识，又能锻炼实践动手能力，从而达到提高学生综合素质的教学目标。
【关键词】初中科学；概念教学
一、现状分析：当前科学课教学中存在的主要问题
通过对小学教师科学课的实地观察，笔者发现，当前科学课教学中的两种现象值得我们重视和思考：一种是围绕具体事实和主题来展开科学课教学，科学教学中更关注具体事实性知识的获得；另一种是关注科学概念，但是更强调科学概念的识记，没有真正关注到学生对科学概念的建构和理解。下面我们将举例对这两种情况进行分析。
（一）关注具体事实性知识的科学教学
从目前现状来看，有相当一部分老师在科学教学中主要是以主题和相关事实为中心，侧重于学生的低水平认知。在这种教学中，课程内容就是大纲和教材中的大量具体学科知识，教学过程就是对这些内容的组织和呈现过程，教学活动围绕具体性知识的讲解而展开，因此注重具体事实性知识的学习和记忆。
以笔者所观摩的一节小学三年级的科学课“种子的传播”为例，其教学设计与实施方式就是：将教学目标定位在“让学生认识种子四种传播方式”，教学过程中通过PPT展示各种植物的图片，如苍耳、牵牛花、荷花等，由老师简单介绍它们的种子结构及传播方式：然后让学生以小组为单位观察一些实物标本并结合PPT所见讨论各种不同植物传播的方式，进一步引导学生回答它们分别采用何种方式传播自己的种子：在此基础上，老师有选择地放映植物的图片或传播的动画，介绍多种不同的种子具体是怎样传播的：最后组织学生一起总结，形成结论：蒲公英、红皮柳、萝藦的种子靠风吹传播：苍耳、鬼针草、酸枣、石榴的种子靠人和动物传播：豌豆的种子靠弹射传播；椰子的种子靠水传播。
这是一节以主题和相关事实为中心的课程设计与教学方式，教学活动中侧重于学习、记忆主题中所包含的知识点，学生学习的结果是：知道植物的种子有四种传播方式，以及这四种传播方式中具体的代表性植物是什么。试想，如果在教学中老师将本节课的核心目标具体化为学生理解“植物种子的传播方式与它自身的结构有密切联系”，在教学中围绕此目标引导学生思考“为什么这些种子有不同的传播方式？”并进一步引导学生思考“种子传播对植物系列生长的意义和价值”，教学的效果可能会有所不同，会更好地激发学生的理解力，使学生加深对事物和现象的认识，并有有助于发展学生的逻辑推理能力。
（二）科学概念教学中的偏差和主要问题
在科学教育实践中，也有老师能够关注科学概念，但是有些教师往往强调让学生记住、掌握教学内容中涉及的某个具体科学概念，毅然决然地教学重点放在讲解或阐述某个具体科学概念上，而在此过程中由于忽视了学生的前期经验和前概念，因而无法真正实现学生对科学概念的建构和理解。
笔者曾经观摩过一节小学科学课“物体发声的秘密”，在活动开展过程中，老师将重点放在引导学生认识“振动”这个概念上，活动活动主要表现为：老师先带领学生自己制作小鼓，然后请小组同学合作观察小鼓的哪个部分发声（老师总结出“鼓面发声”），继而让学生思考鼓面是怎么动的，并借助于其它材料（大米、小米、味精、纸屑等）观察鼓面，引导学生讨论并描述这些材料是运动方式（老师总结出“振动，反复上下弹跳”）：老师给出概念“物体的反复运动称之为振动”，最后总结“鼓是靠鼓面振动发出声音”。
从上面的活动过程我们不难发现，几个环节都是老师牵引希望学生发现并描述出“振动”这个概念。这里面至少说明两个问题：第一，老师潜意识里将科学概念教学理解为仅强调其中的单个概念，认为通过教师的引导和讲解，学生就能够理解某一科学概念；第二，由于老师将重点放在“振动”这个概念上，而没有将“振动”放在“声音与物体振动的关系”中去理解，因此忽略了教学过程中学生的可能产生的错误概念“声音通过敲击产生”（学生从头到尾还是回答：敲打小鼓，它就发声，不敲，就不发声）。按照美国国家教育标准中的观点，在涉及声音的产生这一问题时，小学生并不会依靠直觉把声音与声源的特征联系起来，因此可通过各种具体的调查研究建立起这一联系，如果老师在设计课程时，将教学重点放在帮助学生理解“声音是振动的物体产生的”，通过探究引领学生把观察到的现象和原因联系起来，从而建立对概念的理解，那么教学设计和实施效果就大不一样。
二、理论框架：促进概念性理解的科学课教学的基本内涵与特征
（一）基本内涵
研究表明：学生在学习科学概念的过程中，其纷繁复杂的个人概念背后隐藏着认识方式这一上位因素。学生要达到对科学概念的理解，必须建立起相应的认识方式。因此，从认识方式的角度关注科学课教学中学生对科学概念的理解，促进学生理解力的发展是科学教育发展的必然要求。在美国《国家科学教育标准》中，明确体现了以促进学生基本科学概念理解力发展为重要目标的框架体系和理念。仔细分析这部代表目前科学教育最新理念与进展的标志性成果，我们就会发现，它按照“概念——过程”的体系编排，以主要概念、原则和基本原理为中心，把关键性的民主与主要概念以及概念性理解有机地结合了起来。我们从该标准中可以清楚地看到对科学概念理解力的强调和重视：老师应该在幼儿园至12年级的整个教学过程中连续不断地培养学生的理解力。