五本高中物理教材科学表现性质比较外文翻译资料

五本高中物理教材科学表现性质比较

原文作者：Haoli Zhuang, Yang Xiao, Qiaoyi Liu, Bing Yu, Jianwen Xiong amp; Lei Bao.

单位：School of Physics and Telecommunication Engineering, South China Normal University, Guangzhou, Peoplersquo;s Republic of China; bZhixin High School, Guangzhou, Peoplersquo;s Republic of China; cDepartment of Physics, The Ohio State University, Columbus, OH, USA; dSchool of Physics, Northeast Normal University, Changchun, Peoplersquo;s Republic of China

摘要：对科学本质(NOS)含义的正确解读被认为是培养学生科学素养的重要要求。在我国，这一观点得到了高中物理新课程标准的认可，指导了新一代物理教科书的发展。依据最近的文献中建立的分析框架，本研究评估了教科书对中国教育部关于NOS的程度、方式（显性与隐性）、准确性和完整性（从含蓄到显著）、NOS的不同方面的整体一致性。结果表明，五本物理教科书中NOS的表现远不令人满意。NOS的各个方面只有三本教科书可以充分体现。对于所有的教科书，NOS在整个内容中分布不均匀，其中大部分在前言和后言章的几页中呈现。与此同时，超过一半的方面被含蓄地表现出来，而科学方法在五本教科书中有三本教科书中表现得较差或不一致。建议在今后的教科书修订中，必须将NOS在教科书中明确均匀地分布。

关键词：科学本质；教材编写；教材比较

引言

近年来，新一轮的科学课程改革已经启动，以提高世界各地学生的科学知识素养。在科学素养的许多方面中，科学的本质(NOS)得到了特别的关注。对NOS的拥有自主理解也是具有科学知识素养的现代公民的一个基本特征，因为“这对他们理解和应用他们在日常生活中可能遇到的科学概念和过程至关重要”(NRC，1996，p. 22)。因此，发展学生对NOS的理解已经成为全球科学教育的重要目标之一。例如，2013年，美国国家研究委员会(NRC)发布的下一代科学标准(NGSS)将NOS作为科学教育课程和教学目标的一个组成部分。

整个科学教育界的一个新趋势已经很明显，即应将NOS的理念纳入科学课程，以培养学生在课堂上的科学素养。因此，许多研究人员调查了学生和教师对NOS的看法、影响NOS观点形成的因素以及潜在的有效教学方法(莱德曼，1992)。研究发现，很大一部分科学教师及其学生在某些NOS方面的观点不太知情(Chai等人，2010莱德曼2007).虽然有无数的因素可以影响NOS的形成，但一些已经确定的关键因素，如科学教师对NOS的看法、教学方法和策略、学生的先验信念、教科书中NOS的表现(Lederman，2007；穆加洛格鲁和贝拉姆，2010；萨瑟兰和丹尼克，2002).在这些因素中，包括教材在内的教学材料中的表现受到了大量的关注，因为它们在指导教学和学习中发挥着关键作用(布伦纳和阿布德-哈利克，2020；奇阿佩塔和菲尔曼，2007；林等人，2012； McComas，2017).

在研究科学教科书中NOS的表示时，该框架由Abd-El-Khalick等人提出。(2008;2017)已被广泛应用于许多国家不同科学领域的分析(蔡斯里和他通，2014；拉姆纳兰和查内萨，2016；Wei等人，2013)。然而，对中国高中科学教科书中NOS表现的研究很少。与此同时，在中国大陆最新一轮的课程改革中，NOS已被明确纳入2017年高中课程标准(教育部、2017)；因此，有必要探索中国大陆目前使用的高中物理教科书在多大程度上具有该学校的代表性。本研究分析了五种不同版本的中国高中物理教科书中NOS的表现。研究结果可以告知科学教育工作者和教科书编辑关于当前高中教科书中NOS表示的方面，以及未来的修订如何改进表示，以更好地符合新的课程标准和关于如何表示NOS的共识。

文献综述

教科书是教学和学习中的重要资源，它定义了学生在课堂上可能会系统地接触到什么东西(恰佩塔和菲尔曼，2007)。教科书可以作为预期课程和实施课程之间的桥梁(施密特等人，1997)，并经常被用作指导的基础(Valverde等人，2002)，这限制了被教授的内容，并影响了所使用的教学策略(Alajmi，2012).因此，NOS在科学教科书中的表现程度可以直接影响教师对NOS的教学策略和学生对NOS的理解。作为科学知识普及的关键组成部分，网络及其在教科书中的表现受到了科学教育界的广泛关注。本节将回顾相关工作的三个领域，包括NOS的理论框架、NOS的教学方法和教科书中NOS表示的现有研究。

自20世纪初以来，科学方法就在教育中得到重视。最初，NOS是作为科学方法的一个组成部分被引入的(中央科学和数学教师协会，1907)。到了20世纪60年代，NOS逐渐与科学探究和科学过程(莱德曼，1992).科学家、历史学家、哲学家和科学教育工作者尚未就NOS的定义达成完全的协议。在莱德曼和他的同事们进行的一系列工作中，NOS被定义为科学的认识论，科学作为一种认识的方式，或发展和验证科学知识所固有的价值观和信念(莱德曼，1992)。NOS的早期定义包括六个方面：试探性的、基于经验的、理论丰富的、创造性的、社会和文化嵌入的(Abd-El-Khalick等人，1998莱德曼2007)。更具体地说，试探性的方面意味着科学不是绝对的，可以进行修改。基于经验的方面强调了科学是基于经验证据的。充满理论的方面表明，科学知识是主观的，并受到个人背景、观点和偏见的影响。创造性方面表明，科学涉及到人类的创造力和想象力。最后，社会和文化嵌入的方面表明，科学、社会和文化相互影响。此外，我们还提出了另外三个方面来强调观察和推理之间的区别，理论和定律的功能和关系，以及缺乏研究科学的通用公式化方法(Abd-El-Khalick等人，1998莱德曼2007).

尽管莱德曼对NOS的定义因其过于简化而受到批评这可能会导致学生对NOS产生一种刻板印象(Irzikamp;Nola，2011马修斯2012)，它可能是最普遍和最广泛接受的定义，并已在世界各地的许多科学课程标准和文件中出现(McComasamp;Olson，1998).值得注意的是：Lederman对NOS的定义涵盖了其显著特征，并为K-12教师及其学生提供了可用性(Abd-El-Khalick等人，1998；莱德曼等人，2002)。此外，这一定义也被科学教育研究界广泛使用。因此，本研究将采用Lederman的NOS理论框架，使本研究的结果能够与使用相同框架的文献结果相比。就应该如何教授NOS而言，两种主要的教学方法脱颖而出：内隐和外显的方法(莱德曼，2007)。隐式方法结合了实践性探究的活动或科学史来传达NOS的某些方面，而没有任何明确的引用NOS(Khishfeamp;Abd-El-Khalick，2002)。它假设学生们可以通过科学探究活动，自己对NOS有更牢固的理解(艾尔哈利克和莱德曼，2000；莱德曼和莱德曼，2014).例如，在20世纪60-1970年代早期，大多数旨在帮助学生理解NOS的课程，如高中科学史案例(HOSC)、物理科学研究课程(PSSC)和生物科学课程研究(BSCS)，采用了内隐方法(Lederman，2007)。虽然早期的研究表明，内隐方法可以提高学生对NOS的看法(Klopferamp;Cooley，1963；所罗门等人，1992)，最近的研究表明，这种积极的影响可能并不显著(Bell等人，2003；Khishfeamp;Abd-El-Khalick，2002).

相比之下，明确的方法强调NOS应该明确地教授作为教育的基本目标之一，应该向学生提供反思NOS的练习(Khishfeamp;abd-哈利克，2002莱德曼2007).例如，凯里等人。(1989)开发并实施了一门课程，中学生参与构建和评估自然现象的解释，并对NOS的某些方面进行元概念反思，这是NOS的隐式方法。结果表明，学生对NOS的看法略有改善。计量学（1992)将BSCS课程从隐式方法修改为显式方法，显示学生对NOS的理解有显著提高。计量法（1992，第405页)进一步得出结论，有必要“通过课程内容和教师所使用的教学方法来明确说明科学性质的各个方面”。总之，许多研究表明，外显式方法对于不同年级的NOS(莱德曼，2007；莱德曼和莱德曼，2014).

具体来说，最近的一项研究确定了NOS显式方法的两个关键特征可以显著提高学生对NOS的看法：具体的NOS内容和NOS内容呈现的结构一致性(sahinamp;Deniz，2017)。研究结果表明，必须提供具体和明确的材料来代表NOS，并在整个指导过程中始终使用它们(布伦纳和Abd-el-哈利克，2020；林等人，2012).因此，在分析教科书时，评估NOS表示方法（显式与隐式）及其在整个教科书中的分布是很重要的。

科学教科书中NOS的表示已经得到了充分的研究(Abd-El-Khalick等人，2008；Chiapetta等人，1991； DiGiuseppe，2014；拉姆纳兰和查内萨，2016；Wei等人，2013)。例如，恰佩塔等人。(1991)探讨了其数量和分布情况，NOS表示。他们的研究评估了七本美国中学化学教科书中NOS的四个方面：“科学作为一种知识体系”、“科学作为一种调查的方式”、“科学作为一种思维方式”以及“科学、技术和社会之间的相互作用”。人们发现，这些教科书在代表这四个维度方面不平衡，过分强调科学内容和科学词汇，而很少反映科学作为一个逻辑过程，很少介绍科学知识是如何创造和发展的。Chiappetta和菲尔曼(2007)后来使用了同样的分析框架，分析了五本美国高中生物学教科书。结果表明，与恰佩塔等人之前分析的教科书相比，这五本教科书中的四个方面的表现在科学探究方面更加平衡、更加突出。(1991)。Lumpe和贝克(1996)和菲利普斯等人。(2015)还使用同样的分析框架来分析美国的中学生物学教科书和小学科学教科书。同样，在这些教科书中发现科学知识被过分强调，而NOS的四个主题被发现是不平衡的。

其他研究也探讨了科学教科书中NOS表示的深度（即NOS表示的质量和方法）。Ni

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