原题：基于STEM跨学科视域的科学教材分析

　　作者简介：黄瑄，北京师范大学生命科学学院在读博士，研究方向为科学教育、STEM教育，emilyhbnu@126.com，北京 100875；周丐晓，温州大学生命与环境科学学院博士，讲师，研究方向为教育测量与评价、STEM教育，zhougaixiao@163.com，浙江 温州 325035；杨铭，北京师范大学生命科学学院在读博士，研究方向为科学教育、教师教育，bnuyangming@163.com，北京 100875；刘恩山，北京师范大学生命科学学院教授，博士生导师，研究方向为科学教育、生物学教学论，liues@bnu.edu.cn，北京 100875

　　内容提要：STEM已成为国内外基础教育课程改革的重要趋势，为探查如何将STEM融入科学教材，该研究构建了STEM分析框架，从学科概念、跨学科概念、科学与工程学实践、跨学科整合程度与情境设置四个维度对加拿大英属哥伦比亚省初中科学教材(BC Science)进行量化与质性分析。文章通过分析总结BC初中科学教材STEM整合的特点及工程学在教材中的展现途径，为我国科学教材编写中融入STEM教育提供四点启示：关注跨学科概念的整合，聚焦科学本质的传递；重视工程学在基础教育中的价值，围绕工程学统整STEM；立足本土创设真实的问题解决情境，培养学生的社会责任感；基于建模、推理论证等理性思维设置实践活动，为培养学生科学探究、创新实践、问题解决等能力提供有效载体。

　　关 键 词：STEM教育 科学教材 教材分析 科学教育

　　中图分类号：G434　　文献标识码：A

　　文章编号：1006—9860(2018)06—0068—09

　　STEM已成为国内外基础教育课程改革的重要趋势，以往的课程改革经验表明，教材是保障课程改革顺利推进的决定性因素之一[1]。我国的STEM教育仍处于起步阶段，从理论研究落地到教学实践的发展过程中，相对滞后的STEM教材研究成为制约STEM快速进入基础教育学科课堂的瓶颈。国外中小学教材整合STEM的现有路径主要分为基于科学教材的整合和STEM专门教材的整合两种，普通学校的正式教育(Formal Education)以基于科学教材进行STEM整合为主流范式。对于我国STEM教育的发展现状而言，基于科学教材进行STEM整合更符合课程改革需求、更利于STEM教育迅速落地学校教育。如何将STEM教育融入科学教材之中？科学、技术、工程学和数学四者如何整合？对教师和学生而言相对陌生的工程学如何展现？这些都是开展教材编写与修订工作前亟须解决的问题。

　　加拿大科学教育对于STEM已有近20年的关注，尽管早前并未使用术语“STEM”而是“STSE(科学—技术—社会—环境)”，其对技术、数学、跨学科实践的重视已充分渗透于科学课程标准和科学教材之中[2]。英属哥伦比亚省(British Columbia，以下简称BC省)作为加拿大的教育强省，全省通用的科学教材紧扣课程标准内容要求，STEM的内涵属性鲜明。本研究基于STEM跨学科视域，在文献研究的基础上构建教材分析框架，期望通过分析加拿大BC省科学教材探明两个研究问题：1.BC初中科学教材中的STEM整合有何特点；2.工程学是如何在教材中具体展现的，进而为我国科学教材编写中STEM教育的融入提供借鉴与启示。

　　一、研究设计

　　(一)研究对象

　　本研究的分析对象为加拿大BC省使用最为广泛的初中科学教材《BC科学》(BC Science 8、9、10)，由麦格劳-希尔集团(McGraw-Hill Ryerson)于2007-2008年出版发行。加拿大的教育实行分权制，各省自主制定课程标准及教材，BC省的科学教育水平在加拿大各省中位列前茅[3]。《BC科学》由百余位科学教育专家、学者历经数年完成，经省教育部门核准并由全球知名教材出版商出版。本研究即对BC省初中科学教材BC Science 8、9、10三册共计12单元、36章、94节内容进行分析。

　　(二)研究方法

　　研究采用量化与质性相结合的内容分析法。通过量化统计，尝试对教材的概念分布、STEM整合特点、工程学展现途径等进行分析；通过质性描述，分析教材的内容选取、实践活动等，为我国科学教材编写和课程设计积累经验并提供参考。

　　量化分析中，首先依据分析框架把教材分为科学文本和实践活动两大部分，分别从科学概念、科学与工程实践两个主题分析。其中，科学文本(学科概念和跨学科概念)划分出282项条目，实践活动(科学与工程学实践)划分出309项条目。两名研究者分别依照分析框架对所有条目进行编码，采用SPSS 21.0软件进行Kappa检验，以Kappa值作为编码一致性的信度指标。本研究中两名研究者对各一级主题的编码一致性系数Kappa值均大于0.85，且Sig.＜0.05，表明两名研究者的独立编码结果具有良好的可靠性。随后两名研究者对有分歧的条目和赋值点逐一讨论，得到统一的编码数据供后续分析使用。对编码数据进行分析的过程中，采用SPSS、Excel软件对不同主题的各个变量进行数据统计和图表分析，以便客观、准确地把握BC初中科学教材的内容和特点，从而解答相关研究问题。质性分析主要是对教材内容、实践活动等文本进行整体描述与深入解读，发掘教材编写的深层特色与特点。

　　(三)研究工具

　　研究工具的构建主要采用了文献研究的方法，基于文献总结出STEM教育四个显著的内涵特征，然后以四个内涵特征为起点，在已有研究的基础上构建本研究所使用的STEM教材分析框架，并对框架的二级主题进行详细的内涵描述。

　　1.STEM的内涵特征

　　本研究认为STEM具有以下四个核心内涵特征：(1)强调跨学科整合；(2)基于真实情境的问题解决；(3)聚焦科学与工程学实践；(4)关注学科重要概念。基于此内涵特征构建STEM教材分析框架，即从学科概念、跨学科概念、科学与工程学实践、跨学科整合程度与情境设置四个维度展开。

　　2.STEM教材分析框架

　　为了深入细致地分析科学教材中STEM整合的特点、工程学的具体展现等，基于已有研究对STEM教材分析框架进一步细化，分别在四个维度下划分一级主题和二级主题，并对二级主题进行内涵描述。