科学课程教师PCK的测量方法评析

黄家红 黄致新

摘   要：教师的学科教学知识（PCK）体现着教师专业化程度，是教师专业发展的核心。只有运用可靠的研究方法，才能正确解读教师的PCK，从而有力地提高教师的PCK。文章采用文献研究法，对科学课程教师PCK测量方法进行了分析总结。研究发现，近年来关于科学课程教师PCK的实证研究范式发生了很大变化，主要体现在以下几个方面：（1）内容表征-教学专业经验模型和编制试题法成为科学教师PCK解读的两种主要方法;（2）评价体系即PCK量规与信效度分析方法逐渐成熟;（3）新的研究工具开始涌现;（4）PCK实证研究日趋科学化、系统化。

关键词：学科教学知识（PCK）;科学教师;教师知识;测量方法;实证研究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2019）4-0076-5

自1986年，舒尔曼（Shluman）针对美国教师培养范式和资格认定中存在的问题提出了学科教学知识（Pedagogical Content Knowledge，简称PCK）这一概念以来，关于PCK的内涵、结构及测量就引起了教育界的广泛关注和重点研究[1]。

1    如何正确解读科学课程教师的PCK

舒尔曼提出PCK的用意在于弥补美国教育之不足，以PCK为落脚点，实现教学的变革。PCK的概念从实践中来，最终要回到实践中去。然而，解读教师的PCK异常困难，最大的挑战来自PCK自身，因为PCK是一种内隐的个体知识，具有缄默性、情境性、建构性等特点。本质上，PCK既是陈述性知识，又是实践性知识。一方面，它是教师对“教什么”“为何教”“如何教”的理解;另一方面，它又是教师在特定情境下面对具体学生所展现出来的教学行为。对这样一种复杂知识的解读，必须花费大量的时间与精力，难以在短时间内了解透彻。另外，研究人员的观察是一种外部解读，所窥见的只能是PCK的冰山一角。

考虑到以上问题，我们需要尽可能多方面地收集资料。早期的PCK实证研究常借助一些质性研究手段，如课堂观察、访谈、调查问卷等。后来学者开始尝试开发专门的PCK研究工具，最早使用的是范德沃克（Van Der Walk）等人开发的教学准备法，让职前教师对某一主题进行教学设计，通过研究人员针对性提问来了解其PCK构成[2]。这种方法多用于职前教师的研究之中，较好地反映了职前教师的理解性知识，但对教师课堂实践的关注稍显不足。

PCK发展的前十年，一直未找到一個测量教师PCK的合适方法，我们难以全面地探寻教师在特定主题的PCK情况，也无法深入开展大规模的PCK调研[3]。受研究手段的限制，这期间实证研究的内容聚焦在教师PCK构成的简单理解上：选定课题，了解教师知道什么，不知道什么，即研究PCK的构成状况是如何的;研究不同教师PCK构成的异同，尤其是新手教师与经验教师的比较研究;研究采取某种介入措施之后教师的PCK变化，即PCK的发展路径研究;也有学者对学科重要知识和学科教学知识的关系作了讨论。不管是以观察为基础的质性研究法还是教学准备法，都没能展现出教师PCK的完整面貌，对研究结果有一定影响。

2    科学课程教师PCK的测量方法

2.1    内容表征-教学专业经验模型

2.1.1    内容表征以及教学专业经验模型

为寻找合适的PCK解读工具，Loughran等人在2000年前后进行了两年研究，先后发展了教学专业经验模型（Padagogical and Professsinal Experience Repertoires，简称PaP-eRs）和内容表征模型（Content Representation，简称CoRe）作为科学教师PCK解析的两大工具。教学专业经验模型是在实践中发展起来的，它可以揭示教师关于某节课的想法，它呈现的是真实环境下的教学，对阐明实践性的PCK有很大意义。PaP-eRs的形式多样，包括访谈资料、观察者的评论、教学日记、上课流程图、学生的想法及活动记录、课堂补充资料等，当然PaP-eRs越多，反映问题就越全面[4] 。PaP-eRs的常见形式之一是教师选择最能反映问题的实践细节撰写叙事文本，而研究者进行备注，通过PaP-eRs资料，隐藏在教学内容背后的教育想法和思维过程就清晰地呈现在读者面前。

内容表征模型是让教师填写专门设计的陈述量表来解析教师的PCK构成的PCK解读方法，缘起于早期教学研讨中的教学分享活动。在这些活动中，教师教育者要帮助科学教师表达和分享他们的教学想法，而类似的量表可以帮助教师确定某一教学内容的核心知识，展开相应的结构化问题，澄清教师的教学观念与教学序列。表1所示是劳伦的内容表征量表，表格顶部是某节课教师需要确定的核心知识，即某一科学内容的主要概念和观点;左下一栏是内容表征问题，教师需要就每个核心知识分别进行阐述。不同学者的内容表征问题略有差异，但总体内容都涵盖了PCK的教学定位知识、课程知识、学生知识、教学策略知识和评价知识几个部分。根据填写的量表，可以分析教师在特定教学主题的PCK结构，认识科学课程教师的PCK特征。值得注意的是，CoRe不仅是PCK测量工具，同时还可以是一种表征方式。通过这样一个内容表征量表的呈现，读者可以直观地感受到教师的PCK面貌。

2.1.2    内容表征-教学专业经验模型

最初对在职教师的PCK研究以课堂观察为主，研究人员对取得的观察资料进行分析，类似于教学专业经验模型。然而，教师的PCK并不仅仅体现在教师的活动中，如果一个教师只知如何教，而不能说清楚教学行为背后蕴涵的教学观念，不能说这位教师具有PCK。因而，Loughran指出单独使用教学专业经验并不足以阐明教师的PCK，对PCK的系统解读需要将CoRe与PaP-eRs结合，这一方法可以称之为内容表征-教学专业经验模型[6]。如表1，我们将每一个教学片段与涉及到的内容表征量表中的问题对应起来联合分析，因为教学专业经验模型是与内容表征对应使用，所以不需要对细节有过多描述。内容表征模型提供了一个巧妙的方式来探究科学教师将课程知识教给特定学生的知识;而教学专业经验又为探查教师思想与实践的关系打开了一扇观察之窗，二者的结合为测量教师内隐的PCK提供了合适的路径。

2.1.3    内容表征和教学专业经验方法的当前研究

内容表征-教学专业经验模型有许多不同的使用方式。形式上，由于教学专业经验涉及到大量文本并且较难获得，大部分研究为了方便会选择内容表征和少量的教学专业经验结合，少数不探讨PCK执行问题的研究则只用内容表征;使用目的上也有不同，Hume&Berry在使用该模型时发现，基于PCK框架理论的内容表征-教学专业经验模型可以给新手教师一个全面的思考方式，从而有可能提高教师的学科教学知识，所以也有学者将其作为PCK的发展工具[7]。如今，内容表征-教学专业经验模型作为国外研究科学教师PCK测量的主要方法，在包括澳大利亚、南非、南美洲、美国、加拿大、瑞典、英国和新西兰在内的许多国家中广泛应用，并随着PCK理论的发展越加完善。

2.2    纸笔测验方法

编制测试试题，利用纸笔测验分析教师的PCK是另一种科学课程教师PCK系统测量方法，使用这种方法的主要是德国学者，Jüttner，Boone&Park认为学科知识（Content Knowledge，简称CK）是独立于学科教学知识之外的。2013年，他们在构建CK与PCK模型的基础上，开发了针对生物教师的CK和PCK的测试工具。具体编制流程如下：（1）文献分析，确定教师PCK的操作性定义，构建教师的PCK模型。研究人员认为，PCK的核心知识是关于学生理解的知识和教学策略的知识，因而为了研究方便只测试这两项;（2）编制或是改编PCK测试工具，研究人员从以往学生学习过程中出现过的学习问题库中设置问题，尽量保证试题可以反映真实的教学情境，从而了解科学教师真实的PCK发展水平;为了得到更多信息，测试以开放性问题为主。（3）进行测试并作可靠性分析，研究人员用开发的测试题目对158名生物教师进行测试，结果分析显示每个测试题目的信度和效度都很理想[8]。

2016年，Kirschner &Borowski等五位研究人员用类似方法开发出物理教师力学领域的PCK测试工具[9]。试题共有15道，示例如图1。第1题考查教师教学策略的知识，具体而言是学科层面的教学策略知识;第10、13题考查教师关于学生物理学习理解的知识。研究人员除了对试题进行严谨的信度、效度分析，还用该试题对186名不同层次的物理教师、21名其他学科教师、79名职前教师、7名物理学科专家进行了测试，发现该测试确实能区分物理教师和其他测试群体。研究说明了编制试题进行PCK量化研究的科学性、可靠性，而这种可靠性必须建立在全面的理论论证、规范的編制章法和严谨的可靠性检验基础之上。当然，纯粹的纸笔测验的缺点在于难以反映PCK实践性的一面，如何能在不牺牲测试易操作性的前提下增加对执行层面PCK的考查也是个需要思考的问题。

例 第1题 你为何在物理课上使用实验？请写出尽可能多的理由。

第10题 学生可能在速度和速率这个概念上有错误的理解，请写下尽可能多的错误概念。

第13题 （1）如图a（图1），有个老师出了以下试题：假设不受摩擦力作用的物体正在做匀速直线运动，物体运动时受三个力， 已经给出，请画出第三个力 ;（2）有位学生答案如图b（图1），请问该学生的答案中可以看出哪些错误概念呢？

2.3    PCK量规分析

即便我们已经找到探查与表征科学课程领域教师PCK的系统方法，但是对这样复杂的开放性资料的解读却很难避免主观差异。为了解决这一问题，帕克基于PCK五边形结构模型开发了成熟的PCK量规[10]。帕克的量规涉及教师的设计、实施和反思三方面，将其分成“不合格，一般， 良好，优秀”几项，从低到高用1～4进行赋值。量规对诸如教师是否采用提问手段来了解学生的理解情况、学生的个人观点和学生的学习困难这些教学策略的实施，以及如何根据学生需求和理解采用恰当的教学策略这两方面极为关注。PCK量规解决的是开放性问题、开放性情境的定量评价问题，它既可以与传统的课堂观察法结合，也可以用于内容陈述-教学专业经验模型和纸笔测验法。PCK量规与课堂观察、访谈等其他资料收集方法结合构成了PCK测量的另一常见方法——PCK量规分析型测量。这一方法对教师课堂教学前后的综合表现进行等级评分或者程度描述。总之，量规的使用极大地增强了PCK实证研究资料解读的科学性。

PCK的测量问题主要是基于特定情境的开放式问题，可用内部评分信度来作可靠性检验。具体操作是让不同的研究人员依据PCK量规进行等级评分并计算内部评分的相关系数。

2.4    其他PCK测量分析方法

除了将教育统计方法用于PCK的测量，学者还开发出一些PCK研究的专门工具。如帕克和陈（Chen）设计了PCK图谱（如图2所示），PCK模块旁边的数字代表其出现的频次，中间的连线表示不同成分之间出现关联的总数，线条粗细表明联系的频繁程度，它向我们展现出了科学教师PCK的丰富程度以及教师PCK结构的关联。通过这样一个PCK图谱，科学教师PCK的整体面貌便一目了然，有助于我们开展PCK结构方面的实证研究。

3    国内科学教师PCK测量方法

国内科学教师的PCK实证研究中常用的PCK测量方法可大致分为两类：

第一类是以课堂观察为基础，辅以教学文本分析、访谈、概念图等质性研究手段的个案研究法。这种方法能深入探查教师的PCK构成，但也存在两大缺陷：一是难以避免研究人员对资料解读的主观随意性;二是耗费精力，很难开展大规模的实证研究。

第二类是问卷调查为主的调查研究法。研究人员编制基于假想情境的测试题并就结果打分。调查研究法在一定程度上弥补了个案研究法的不足。但笔者认为，其中也存在一些问题：（1）编制的问卷能否测试出教师的PCK？PCK核心要素是教师关于学生理解的知识和教学策略知识。国外用测试题考查学生知识时，强调试题必须是来源于学生以往真正出现过的误解、迷思，并在此基础上考查教师采取的教学策略恰当与否。但是，国内的许多测试题并未体现这一点。比如，有些研究用一两道高考题或者用大学成绩来衡量教师的学科素养，这是否能全面地反映教师的PCK构成中的学科内容知识水平呢？为了统计方便，多数问卷的试题形式都是封闭式问题，PCK测量强调的情境性和开放性鲜有涉及。这是否限制了教师思想的真实表达？（2）问卷编制的可靠性如何保证？问卷编制的信度、效度分析往往只是寥寥数语，缺乏系统的可靠性检验。

国内的PCK研究对国外研究方法变革的关注较少，只有极少部分学者试图借鉴国外专门的PCK系统研究工具测量教师的PCK。例如，解书、马云鹏基于小学数学教师的实证研究对帕克的量规进行了修改[12]，刘慧在此基础上用PCK图式和PCK量规对两名生物新手型教师和熟手型教师的PCK构成异同进行了分析[13];曹建平通过对劳伦的内容表征量表问题进行改编来开展访谈[14]，但没有涉及教学专业经验模型和量规评价。这些研究为我们思考如何立足国内的现实情况，合理运用优秀的PCK测量方法丰富我们的实证研究打开了思路。

4    国外研究对我国科学教师PCK研究的启示

梳理PCK研究的相关文献容易发现，以测量方式转变为核心，国外以及中国台湾PCK的实证研究范式发生了很大变化。这种变化不仅体现在实证研究范畴，也对理论研究的发展产生了很大影响。这对我国科学领域教师的PCK研究有深远的启示意义。

4.1    转变研究范式，加强实证研究的严谨性

教育研究方法的新特点之一就是量化研究和质化研究的有机结合，这也是教育研究方法整体思维模式发展的最显著趋势[15]，PCK领域的研究也是如此。国内的PCK实证研究在近几年发展迅速，然而这些研究成果很少得到国内乃至世界学者的认可。笔者认为，原因之一就在于国内实证研究严谨性的欠缺，如程介明所言，必须消除国内研究者与国外研究者研究方法上的鸿沟，不然国内的研究者就永远无法用他们丰富的研究产品来充实国际学术界[16]。目前，国际较为认可的科学教师PCK测量方法主要有内容表征-教学专业经验片段模型、纸笔测验和PCK量规型分析测量，PCK测量中的定量成分日益增多。在这种背景下，我们必须加快转变研究范式，在借鉴、吸收的基础上创新，寻找更可靠、更有效的PCK研究方法，加强科学课程教师实证研究的严谨性与科学性。

4.2    丰富实证研究内容，促进理论的深化

国内科学领域PCK实证研究的内容大部分集中在教师群体的PCK现状调研和新手教师、经验教师的对比研究两方面，研究内容单一。而PCK的理论研究方式则多是在对国外研究成果述评基础上提出自己的见解，与实证研究的结合度不够。理论模型的研究是开发PCK测量工具、确定评价指标和提升教师PCK的基础，其重要性不可小觑。近年來国外PCK内涵、结构等理论研究的特点就是结合实证研究进行，如帕克就通过对生物教师PCK的实证研究研究了PCK构成要素之间的联系，完善了此前提出的科学教师PCK五边形结构模型。

PCK测量工具的丰富和科学性的提高为我们开展各种形式的实证研究打下了良好的基础，我们应当拓展研究视野，丰富研究内容，促进这一领域研究的深化发展，并在此基础上寻找提升教师PCK的有力途径，从而提高科学教师的教学质量。

参考文献：

[1]Shulman， L.S.Those Who Understand： KnowLedge Growth in Teaching[J]. Educational Researcher，1986，15（2）：4-14.

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[10]Park S.， & Oliver J. S..Revisiting the Conceptualisation of pedagogical content knowledge （PCK）：PCK as a conceptual tool to understand teachers as professionals[J].Research in Science Education ，2008（3）：261-284.

[11]Park， S. and Y.-C. Chen. Mapping Out the Integration of the components of pedagogical content knowledge （PCK）：Examples from high school biology classrooms[J]. Journal of Research in Science Teaching，2012，49（7）：922-941.

[12]解書，马云鹏.学科教学知识（PCK）的结构特征及发展路径分析——基于小学数学教师的案例研究[J].基础教育，2017，14（1）：93-103.

[13]刘慧. 高中生物新手型与熟手型教师的PCK比较研究[D].温州：温州大学硕士学位论文，2015.

[14]曹建平. 新手型初中化学教师学科教学知识（PCK）案例研究[D].长沙：湖南师范大学硕士学位论文，2015.

[15]刘舒杰.教育研究方法[M].北京：北京大学出版社，2016：9.

[16]朱春荣.要重视教育研究的方法论——程介明博士谈我国的教育研究方法[J].开放教育研究，1997（2）：33-35.

（栏目编辑    李富强）

收稿日期：2019-02-10

作者简介：黄家红（1993-），女，教育硕士，主要从事物理课程与教学论方面的研究;黄致新（1962-），男，教授，教育博士生导师，主要从事物理课程与教学论方面的研究。