理解科学教学的有效性:研究科学特定和一般教学实践如何与学生在中学科学课堂上的成就相关外文翻译资料

理解科学教学的有效性:研究科学特定和一般教学实践如何与学生在中学科学课堂上的成就相关

作者：Jamie N. Mikeska^a, Tamara Shattuck^b, Steven Holtzman^a, Daniel F. McCaffrey^a, Nancy Duchesneau^c, Yi Qi^a and Leslie Stickler^a

单位：^aResearch amp; Development, Educational Testing Service, Princeton, NJ, USA; ^bCollege of Arts and Sciences,Western New England University, Springfield, MA, USA; ^cCollege of Education, Michigan State University, East Lansing, MI, USA

摘要：为了在科学课堂上为学生创造有意义和严谨的智力参与的条件，帮助科学教师了解哪些策略和方法可以最好地发展学生的科学素养是至关重要的。更好地理解科学教师的教学实践如何与学生成绩相关，可以为教师提供关于如何最好地让学生参与有意义的科学学习的有益信息。为了解决这一需求，本研究调查了99名中学生物教师在课堂上使用的教学实践，并采用回归分析来确定哪些教学实践可以预测学生的科学成就。结果显示，教师的增值指标决定了拥有良好管理的课堂环境和为学生提供参与学生指导的调查相关经验的机会的中学科学教师更有可能提高学生的成果。这些发现表明，关注科学教师教学实践的一般和学科特定方面，对于理解导致中学课堂更有效的科学教学的潜在机制是重要的。讨论了在教师评价系统中使用这些观察性措施的含义。

关键词：科学教学;中学教师;增值措施;观察措施

引言

在科学课堂上为学生创造有意义和严谨的知识参与的条件，对教师来说既至关重要，也具有挑战性(National Research Council, 2007, 2011; NGSS Lead States, 2013; Schneider amp; Plasman, 2011)。科学教师每天要做出许多教学决策，并参与各种各样的教学实践，所有这些都有可能对学生的学习机会产生积极或消极的影响。在科学课堂中提供高质量的学习机会需要注意从教学活动或任务的选择和设计到与学生一起促进教学活动或任务，再到考虑学生的背景和想法的无数因素 (Davis, Petish, amp; Smithey, 2006; Kloser, 2014; Windschitl, Thompson, Braaten, amp; Stroupe, 2012)。本研究强调了科学教师在培养学生成就方面的重要作用。

在大多数情况下，研究科学课堂中有效教学实践的文献几乎完全集中于支持教师学习如何实施以改革为导向的科学教学 (cf. Minner, Levy, amp; Century, 2010)。这些特定于科学的教学实践直接针对科学实践和思维习惯的整合，而且大多是科学课堂特有的，比如让学生有机会设计和实施科学调查，分析和批评科学数据，并构建科学的解释和论证。与此同时，跨学科领域的文献关注教师教学实践的一般方面的重要性。教师教学的这些一般特征并不位于特定的内容领域，而是许多不同学科的教师利用这些特征对学生的学习产生积极影响，例如为学生提供负责自己学习的机会;提供一个结构良好和管理良好的课堂环境；或者与学生进行富有成效的对话互动。尽管指导的这些一般方面与研究中的特定学科内容相互作用，但它们在某种意义上是通用的，因为它们已经在不同的内容领域中被研究和使用，以促进学生的学习。然而，对于科学教师教学实践的这些科学特定的和普遍的方面如何被用来为学生创造有意义的学习机会创造条件，我们知之甚少。

在这项研究中，我们调查了99名中学生物教师在课堂上使用科学特定的和通用的教学实践的程度，以及这些教学实践的使用如何与学生的成绩相关，这是由教师增值指标(VAM)决定的。了解科学教师采用哪些教学实践，以及各种教学实践如何与学生成绩相关，可以有助于做出决定，哪些实践科学教师应该在课堂上优先考虑，哪些实践应该是科学教师专业发展的重点。指导本研究的主要研究问题是：

(1)中学生物教师使用特定学科和通用教学实践的频率有多高?这些教学实践目前被推广为课堂教学质量的指标?

(2)这些特定于科学和通用的教学实践中，哪一种可以预测学生的成就？

在下一节中，我们首先描述了研究的理论框架。然后，我们回顾了两个领域的文献:(1)研究检验了与积极的学生学习成果相关的科学教师教学实践的特定学科和一般方面，(2)研究检验了增值模型(VAMs)在教师评价中的使用。论文的主要部分集中描述了研究的方法和研究问题的研究结果。最后，我们讨论了在教师评价系统中使用这些措施的研究意义。

理论框架

本研究立足于理论导向的学习机会框架。界定和理解与学生学习机会有关的关键领域，在教育政策和成就差距研究中有着悠久的历史。研究表明，学生的学习机会与学校和地区的因素和过程、学生和教师的特点以及学生的成绩有关 (Blouml;meke, 2014; Chism amp; Pang, 2014; Lafontaine, Baye, Vieluf, amp; Monseur, 2015)。为了本研究的目的，我们着重研究了一个特定的教育指标，该指标的研究表明，对了解学生的学习机会至关重要:教师的教学实践。在过去的几十年里，为教师提供高质量的学习机会的专业发展努力有很多，以直接影响他们的知识和信念的变化，并最终导致改善课堂实践和更好的学生成果 (Borko, 2004;Yoon, Duncan, Lee, Scarloss, amp; Shapley, 2007)。在教师学习的行动理论中，一个关键的假设是，教师知道什么与他们能做什么以及他们提供给学生的学习机会有关(Desimone, 2009)。

知道如何提高学生的学习要求一个人能够辨别在教学系统中负责特定结果的潜在机制(Raudenbush, 2008)。这项工作需要深入研究教学实践的黑盒子，并确定教师如何发展学生的概念理解 (Cohen, Raudenbush, amp; Ball, 2003)。正如Raudenbush(2009)所指出的，目前我们对如何将核心要素结合起来，以产生一个连贯的教学系统的知识有限，我们可以培训教师可靠地实施，以优化学校教育的影响(p. 174)。本研究旨在直接解决这一差距，并研究中学科学教师使用的不同类型的教学实践与学生学习之间的关系。

检查科学教师的教学实践

研究表明，科学教师的教学实践既有学科特定的方面，也有一般的方面，它们更有可能导致学生成绩的提高。在本节中，我们强调了这项研究的主要发现，并指出了K-12科学教师教学的关键特征，这些特征被认为是高质量科学教学的标志。尽管还有其他因素在教师实施这些实践的能力中发挥作用，例如，许多研究已经证明了科学教师内容知识和教学内容知识在教学决策中的关键重要性 (Berry, Friedrichsen, amp; Loughran, 2015)在这里，我们的目的只是确定科学教师在教学中使用的哪些教学实践与学生的学习有关。

正如下面回顾的文献所显示的，大多数科学教师教学实践的研究在本质上往往是小规模的，只关注于少数教室或教师。此外，在这一领域很少有大规模的研究倾向于使用教师的自我报告数据作为他们的教学实践的衡量，并且只关注一个或一小部分教学实践。最后，迄今为止的研究典型地考察了教学实践，这些实践要么是针对科学2596 J. N. MIKESKA等人的教学(如教师如何让学生参与科学调查)，要么是通用的跨学科教学(如教师如何管理他们的教室);很少有研究调查科学特定的教学实践和一般的教学实践是如何在科学课程内和跨科学课程中共同运作以支持学生学习的。目前，该领域的观察性研究的例子相对较少，这种大规模的研究考察了各种各样的科学教师的教学实践和他们的学生学习之间的联系。这项研究将直接有助于新兴的科学研究，以更好地理解有效的教学实践，包括特定学科和一般实践与学生成绩之间的联系。

科学教师教学的学科特色

探究性教学在K-12科学教育中被高度提倡，因为让学生学习如何构建科学知识的目标日益突出，而参与科学调查则为学生提供了这样做的机会 (Cobern et al., 2010; Fogleman, McNeill, amp; Krajcik, 2011; Minner et al., 2010;Songer, Lee, amp; Kam, 2002)。这种类型的教学，可以在一个连续统一体上变化，从更多的教师指导到学生指导(National Research Council, 2000)，为学生提供了直接参与科学调查的机会，例如，通过产生调查问题，收集数据，并从数据中找出意义，并将结果传达给不同的受众。学生导向的活动是指学生在课堂活动中有更多的自主权和决策选择，而教师导向的活动则更多地涉及到教师的指导(National Research Council, 2000)。

研究表明，让学生参与以学生为导向的科学调查学习机会可以提高学生的成绩。以学生为导向的调查为增加学生的认知参与提供了机会，学生被期望在调查中做出决定(Fogleman et al.， 2011)。同样，Songer等人(2002)发现，学生定向探究，即学生提出并产生他们自己的问题，使科学教学更相关，对学生个人更有意义。然而，其他研究 (e.g. Hmelo-Silver, Duncan, amp; Chinn, 2007;Kirschner, Sweller, amp; Clark, 2006)认为，在探究性教学中，脚手架是必要的，以防止学生的认知超载。例如，Stone(2014)指出，通过使用旨在促进特定探究技能发展的指导和评估工具来支撑学生在探究中的学习(p. 97)，而不是隐式教授探究技能，可以显著增加学生对探究实践的理解。同样，Furtak、Seidel、Iverson和Briggs(2012)的一项元分析发现，涉及教师主导活动的研究具有更高的效应量。针对“学生主导的活动还是教师主导的活动更有益”的争论，MartinHansen(2002)提出，不同类型的探究(更多的是学生主导的，更多的是教师主导的，或两者结合的)可以满足科学课堂的特定需求。

尽管探究性教学的具体性质可能有所不同，但研究已经将科学教师教学实践的这些学科特定特征与学生成果联系起来。一些元分析表明，探究性教学对学生的学习是有益的。Minner和DeLisi(2010)的一项这样的分析发现，在138项研究中，有51%的研究表明探究性教学对学生的内容学习和记忆有积极的影响，特别是当探究性教学强调积极思考和从数据中得出结论时。Schroeder, Scott, Tolson, Huang, and Lee(2007)在另一项实验和准实验研究的元分析中发现，探究策略对学生成绩有显著的正向影响。其他研究也发现，探究性教学有利于缩小白人和少数族裔学生之间的成绩差距(Marshall amp;amp;Alston, 2014)和促进行为/情绪挑战或学习障碍学生的成就 (Palincsar, Magnusson, Cutter, amp; Vincent, 2002)。特别是，一项为期三年的研究(Geier et al., 2008)表明，当课程高度指定并与专业发展和行政支持相结合时，基于标准的探究性科学课程可以导致标准化成绩测试的收益。总的来说，这项研究强调了在科学课堂中为学生创造机会参与探究性科学教学的重要性，这是有效科学教学的一个重要特征。

科学教师教学的共性特征

文献还指出，关注科学教师教学的共性特征至关重要，这已被证明对促进学生的科学学习特别重要。高质量教学实践的这些一般特征大多源于20世纪80年代和90年代的过程产品研究，这一研究主导了这一时期的教学有效性研究 (Brophy, 2000;Good amp; Brophy, 2000; Kyriakides, Christoforou, amp; Charalambous, 2013; Seidel amp; Shavelson, 2007)。正如Seidel和Shavelson(2007)所指出的那样，之前的研究集中在提高学生成果的教学条件上(p. 456);过程变量通常包括各种教学方法或干预，如直接指导，任务时间，合作学习，反馈/评价，或分化，研究人员可以识别和联系到学生的结果。然而，本研究并没有关注教师在这些特定的教学方法或干预中让学生参与的潜在机制。近年来，重点已经转移到识别和分析各种教学实践，或组成部分，标志着教师如何使学生参与学习过程的模式(Seidel amp;amp;Shavelson, 2007)。由于这些通用的教学实践可以跨学科应用，下面我们着重介绍科学和其他内容领域的研究发现，这些发现表明，这些通用的教学实践是高质量学习环境的关键特征。这些通用的教学实践关注于教师如何组织和支持课堂内的社会互动，如何组织课堂内外的内容故事情节，如何为学生提供自我指导学习的机会，以及如何管理课堂环境。

创造积极的环境，支持富有成效的互动

研究文献支持关注课堂环境的各个方面和促进积极互动的重要性，以支持学生的学习。例如，一些观察性研究证实了教师为学生提供的情感支持与课堂质量之间的联系 (Malmberg,Hagger, Burn,

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