科学网—科学教育|日渐成为美国自然科学的一门分支学科
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2024-12-16 16:26
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【 内容提要 】 科学教育的改革历程已近百年，其核心宗旨在于激发学生的学习兴趣并培育未来的科学家，以应对全球科学教育所面临的挑战，并确保公众对科学持有积极的态度。在近期的科学教育改革实践中，高等教育机构致力于将 以 教育 为重点 的科学教师纳入理科专业，以增强学术团队的力量。然而，鲜有研究深入探讨这一做法及其对教师身份随时间演变的影响。 在 过去二十年间，美国各地科学教师的专业身份概念逐步发展 演变，目前已初步形成 三种不同的专业身份：理科教育专家（ SFES ）、 学科教育研究专家 （ DBER ）以及同时具备 SFES 和 DBER 身份的教师。有 证据 表明，在高等教育 体系中 ， 科学教育作为自然科学的一门分支学科 正逐渐 成熟 ，拥有了更为明确的招聘和培训机制 ； 尽管 其独立性可能 存在一定程度的 逐渐减弱 ， 而且最近的 数据反映出来自同行 评议 及大学或学院管理层的负面偏见，尤其是在博士学位授予机构中，这些 科学教育 教师依然展现出了不屈不挠的精神和坚定的毅力 。
1 导论
过去 几十年来，科学教育改革举措受到了广泛关注，旨在增加对 STEM 领域的资金支持，并采用有效教学策略为学生准备 21 世纪生物学学习。但对参与改革的 科学教育 教师本身的关注较少。研究 科学 教师的专业身份与 科学 教育改革的互动，对于实现改革目标至关重要。
最 近二十年 来 ，大学理科教育吸纳了以教育为重点的理科教师，专注于科学教育研究、 K-12 科学教育和本科科学教育 三个领域 ，形成了具有教育专长的 理科教育专家阶层 。这些教师在 世界 不同国家有不同的 头衔 ，如 “ 高等教育教学人员 ”“ 教学学术研究人员 ” 等 等 。 这种长达数十年的大学教师改善科学教育现象为 科学教育改革提供了新的视角，与传统 上 关注学生成绩或 K-12 教师的研究形成 鲜明 对比。
有教育专长的 理科教育专家（ SFES ） 是 2006 年提出的概念， 2008 年开始研究 （参见 科学教育|美国具有教育专长的理科教师现状 2007年 ） ，指在科学教育领域从事相关活动的以教育为重点的理科教师，包括科学教育研究人员 （ SER , Discipline-Based Education Researchers ） 、 K-12 科学教育 （ K-12 Science Education ） 和本科科学教育 （ Undergraduate Science Education , UGSE ） 。 理科教 育专家 对科学院系内的科学教育方式有积极影响，但其职位目的尚不明确，且聘用动机可能与贡献 并 不一致。 理科教育专家 在美国广泛分布于不同类型的教育机构中， 但 他们在这些机构中的作用各异。
教师身份 Faculty Identities Under Study
DBER
学科教育研究 专家 Discipline-Based Education Researchers
SFES
理科 教育专家 Science Faculty with Education Specialties
科学教育的三个领域 Three Arenas of Sciençe Education
SER
科学教育研究 Science Education Research
K-12
K-12 科学教育 K-12 Science Education
UGSE
本科科学教育 Undergraduate Science Education
表 1 关键概念
在 北美教育领域中，以科学教育为重点的教师职位与传统研究型教师职位有所不同。例如，教学教授（ PoTs ）、有就业保障潜力的讲师（ LPSOE ）和有就业保障的讲师（ LSOE ）等职称，与加州大学系统的助理研究教授和副研究教授类似。此外，博士后研究员在推动教育变革中也扮演重要角色，如加拿大不列颠哥伦比亚大学的科学教学和学习研究员（ STLF ）。
自 2006 年 具有教育专长的理科教育专家（ SFES ） 概念提出后，科学教师身份出现 差异 细化和变化。 学科教育研究（ DBER ） 领域的教师最初被视为 理科教育专家 的一部分，但现已形成独特身份，强调研究成果对科学教育改进的作用。而 SFES 更倾向于参与多个 学科 科学教育领域的工作。
Bush 等人（ 2024 ）的 研究旨在分析过去二十年美国高校 中 以教育为重心的理科教师专业身份的演变。研究涉及 学科教育研究专家（ DBER ）、 理科教育专家（ SFES ）以及 兼具 两者结合 工作 。结果显示，尽管面临负面偏见， 但 这些教师能够适应并坚持， 有更直接的聘用和培训途径， 反映出科学教育作为自然科学领域 的一门日趋 成熟 的 分支 学科趋势 。
该研究 通过在线问卷匿名调查了美国以教育为重点的科学教师的职位、活动、特点和经历，共 19 个问题，采用封闭式和开放式追问提供了澄清答案的机会。调查对象为 1,043 名教师，最终 238 名完成 合格 问卷。研究使用了 Pearson's χ 2 检验和 Cramer's V 检验分析数据，并建立了逻辑模型预测负面偏见。
2 科学教师 差异 化
美国 的 科学教师可归类为 三种不同的身份 （见表 1 ）： 学科教育研究专家（ DBER ） 、 理科教育专家（ SFES ）以及同时 兼具 DBER 和 SFES 双重身份的专家。 DBER 与 SFES 并非被视为同义术语。 DBER/SFES 身份的分布与院校类型无直接关联，然而，它与教师的受聘时间、是否获得终身教职以及是否专职从事教育工作密切相关。 DBER 教师更倾向于近期受聘、拥有终身教职资格，并且专注于教育工作。在专业活动方面， DBER 教师更频繁地参与科学教育研究、 K-12 和本科生科学教育，尤其是那些具有双重身份的教师，在这些领域的参与度更高。
三种身份
在美国，以教育为主的科学教师 群体 已分化为三 个主要类别 ：仅限 学科教育研究专家（ DBER ） ，仅限 理科教育专家（ SFES ） ，以及 同时具有 DBER 和 SFES 双重 身份的教师。在过去十年 间 ，以教育为重点的教师 群体经历了 多种变化，并 表现 出一定的 连贯 性。 他们在教育培训 、职业 发展途径 和终身教职 地位方面进行了适应性调整 。在 数量 统计、 对 负面偏见 的抵抗 以及 与 以教育为重点的 同行合作 的潜在 益处等 方面 ， 展现出坚持不懈的精神 。对于以教育为重点的科学教师 而言 ，博士学位 授予 机构 依然 是 充满 挑战的环境。
在描述 科学教师 的 职业 身份时， 认同了上述三类身份，但 大多数人 并不 认为 DBER 和 SFES 是 等同 术语 （ 86.6% ， n = 238 ）。 认定 既是 DBER 又是 SFES 的人所占比例最大（ 40.8% ， n = 239 ）（图 1 A ）。令人吃惊的是，即使是具有这种双重身份的人，绝大多数也不认为 DBER 教师和 SFES 是等同术语（ 81.3% ， n = 96 ）。
图 1 科学教师身份分化
（ A ）身份的分布。 (B) 不同机构类型的身份。 (C) 不同聘用日期范围内的身份。 (D) 不同职位类型中的身份。
根据受聘日期、终身教职以及受聘专门担任以教育为重点的职务而产生的差异
DBER/SFES 的身份分布在不同院校类型（公立综合大学、授予硕士学位的院校和授予博士学位的院校；图 1B ）之间没有显著差异。然而，在探索聘用途径时，身份分布的差异开始显现出来。例如，受聘日期不同，身份分布也有显著差异（图 1C ）。与 2000 年之前的受聘者相比， 2000 年之后的受聘者更有可能报告 为 DBER 身份（仅 DBER 或 DBER 和 SFES ）。身份分布也因终身教职地位的不同而有显著差异（图 1D ）。具有任何 DBER 身份（仅 DBER 或既有 DBER 又有 SFES ）的人比仅有 SFES 身份的人更有可能担任终身教职。最后，身份分布在职业道路上有明显的差异：那些专门受聘于以教育为重点的科学 教师 职位（ H ）的人与那些过渡到以教育为重点的科学 教师 职位（ T ）的人相比（图 1E ）。与那些只认同 “ 理科教育专家 ” （ SFES ） 的人相比，那些只认同 “ 学科教育研究专家 ” （ DBER ） 或既认同 SFES 又认同 DBER 身份 的人更有可能受聘担任以教育为重点的科学教职。总之，具有任何 DBER 身份的 教师 更有可能最近才被聘用，担任终身教职，并专门担任以教育为重点的职位。
专业活动不同
以教育为重点的科学教师如何参与 理科 教育研究 （ SER ） 、 K-12 科学教育 （ K-12 ） 和本科生科学教育 （ UGSE ） 三个领域因 科学教育 身份而异 。以报告的 不同身份 募集 项目 资助作为衡量特定领域内专业活动的一个标准，在各种身份中，科学教育研究是报告 活动 最多的领域，而 K-12 是报告活动最少的领域（图 1F ）。那些同时具有 DBER 和 SFES 身份的人更有可能参与这三个领域中的每一个领域。以教育为重点的 理科教师 ，其身份是 DBER 教师 （无论是仅为 DBER 还是 DBER 与 SFES 双重身份 ），其参与 SER 或 UGSE 的可能性明显高于仅为 SFES 的 教师 。同样，具有双重身份的教师（既是 DBER 又是 SFES ）参与出版和指导 科学教育 活动的比例也高于仅为 DBER 或仅为 SFES 的教师。具有双重身份的受访者报告在 SER （ 94% ， n = 95 ）或 K-12 （ 42% ， n = 95 ）发表论文的可能性明显高于仅为 DBER 或仅为 SFES 的受访者（ SER ： 69% ， n = 100 ， K-12 ： 24% ， n = 100 ）（ SER ： χ2 = 17. 74, df = 1, p < 0.001, Φc = 0.30; K-12: χ2 = 6.45, df = 1, p = 0.011, Φc = 0.18 ）。此外，具有双重身份的受访者报告在 SER （ 72% ， n = 95 ）或 UGSE （ 76% ， n = 95 ）中 影响 同事的可能性明显高于仅具有 DBER 或 SFES 身份的受访者（ SER ： 43% ， n = 100 ， UGSE ： 60% ， n = 100 ）（ SER ： χ2 = 15. 08, df = 1, p < 0.001, Φc = 0.28; UGSE: χ2 = 4.74, df = 1, p = 0.030, Φc = 0.16 ）。最后，在 本科生科学教育（ UGSE ） 中，仅有 SFES 身份的人 影响 指导同事的可能性明显高于任何 DBER 身份的人（即仅有 DBER 或 DBER 和 SFES ）（ χ2 = 4.12 ， df = 1 ， p = 0.042 ， Φc = 0.15 ）。
2 以教育为重点的科学教师群体为适应环境而发生的变化 增加科学教育方面的正规培训
基础科学或科学教育方面的正规培训是指通过博士后职位和博士或硕士学位获得的学士后培训，以及在科学教育方面获得的 K-12 教学证书或科学教育研究生奖学金。与之前的研究一致，以教育为重点的理科教职 教师 中报告接受过基础科学培训的比例很高（ 92% ）（图 2A i ）。接受基础科学培训的百分比在 DBER/SFES 身份组别之间没有差异。
图 2 随时间变化的适应情况
虽然科学教育培训的百分比低于基础科学培训的百分比（图 2Ai ， 2Aii ），但随着时间的推移 二者都 百分比显著增加，从 2000 年之前开始工作的教职 教师 的 24% ，增加到 2000 年至 2009 年之间开始工作的教职 教师 的 46% ，再增加到 2009 年之后开始工作的教职 教师 的 69% 。具有双重身份（ DBER 和 SFES ）的人员接受过正规科学教育培训的可能性（ 57% ， n = 91 ）明显高于仅接受过 SFES 或 DBER 培训的人员（ 40% ， n = 92 ）（ χ2 = 4.39 ， df = 1 ， p = 0.032 ， Φc = 0.16 ）。
更有针对性地聘用以教育为重点的理科教师
随着时间的推移，以教育为重点的理科教师的职业发展途径变得更加直接（图 2B ）。在早期的研究中，报告了两种截然不同的职业发展途径，包括： 1 ）受聘（ H ）专门从事科学教育工作的教职 教师 ； 2 ）在最初受聘后转型（ T ）从事科学教育工作的教职 教师 ，他们的专业是另一个领域（如昆虫学）。随着时间的推移，专门受聘从事教育工作的科学教职 教师 人数显著增加，从 2000 年前开始工作的 29% ，到 2000 至 2009 年间开始工作的 70% ，再到 2009 年后开始工作的 84% 。如上所述（图 1E ），仅被认定为 DBER 或既被认定为 DBER 又被认定为 SFES 的人受聘担任以教育为重点的科学教职的可能性明显高于仅被认定为 SFES 的人。
终身职位减少
即使更有意识地聘用以教育为重点的理科教职 教师 ，这些职位成为终身教职的可能性也随着时间的推移而下降。在 研究 的样本中，起始日期在 2009 年之后的以教育为重点的科学教职 教师 （ 63% ）与 2009 年或之前聘用的教职 教师 （ 81% ）相比，处于终身教职轨道的可能性明显降低（图 2C ）。如上文所述（图 1D ），具有任何 DBER 身份（仅 DBER 或同时具有 DBER 和 SFES 身份）的人担任终身教职 / 终身教职的可能性明显高于仅担任 SFES 职务的人。
3 尽管有报告称存在负面偏见，但 科学教师 始终如一坚持不懈
以教育为重点的理科教职 教师 现象在几个方面表现出了持续性。随着时间的推移，注重教育的教职 教师 在学科、机构类型、性别身份（ 59% 为女性）和种族身份（ 93% 为白人）方面的分布模式保持一致。此外，这些分布模式在 DBER/SFES 双重 身份之间没有显著差异。即使最近以教育为重点的理科教职 教师 中的终身教职有所减少（图 2C ），但在所有机构类型中，这些类型的职位大多数仍然是终身教职或终身教职。尽管如此，博士学位授予机构中以教育为重点的科学教职 教师 担任终身教职或终身教职的可能性仍然低于 公立综合大学 或硕士学位授予机构中的教职 教师 （图 3A ）。
图 3 不同院校类型的 不懈坚持
以教育为重点的理科教师在充满挑战的环境中表现出的顽强精神从他们报告的负面偏见中可见一斑。很大一部分人报告说，与他们的工作有关的负面偏见 “ 总是 ” 或 “ 有时 ” 发生，在博士学位授予机构中，同行的负面偏见尤为严重（图 3B ）。此外，与大学管理人员（ 43% ， n = 99 ）或母校以外的科学界人士（ 41% ， n = 92 ）相比， 院系里 的同行（ 54% ， n = 125 ）更容易 有 偏见（分别为 p = 0.022 和 p = 0.004 ）。尽管存在认知偏差，但绝大多数受访者（ 94% ， n = 220 ）表示，他们渴望改变所在院系或所在机构的科学教学方式， 78% （ n = 181 ）表示他们在这一努力中取得了成功（补充资料S1 图1-3）。
本研究通过逻辑模型分析了影响负面偏见报告的因素。结果显示，博士学位授予机构的教师更可能报告同行偏见，其几率是公立大学和硕士学位授予机构教师的 3 倍以上。而大学管理人员的负面偏见报告与发表科学教育同行评审文章相关，发表此类文章者遭受偏见的可能性是其他人的 3.8 倍。尽管理科教师常遭遇偏见，但大多数理科教师在院系或学院内有从事科学教育的同行支持。
4 讨论 差异：带有偏见的科学教育研究身份的兴起
在美国，理科教师的教育角色复杂， DBER （ Discipline-Based Education Research ）和 SFES （ Science Faculty with Education Specialties ）虽有不同但常有重叠，反映了科学教育领域的复杂性。科学教育涉及研究、本科教育和 K-12 教育三个领域，研究在大学中往往更受重视。 DBER 教师可能因研究获益，常被聘为终身职位以满足科学教育需求。研究显示，超过 40% 的教师同时具有 DBER 和 SFES 身份，表明这一群体在变化中保持了一定的连续性。
本研究揭示理科教师在教育领域遭遇来自院系管理者和大学领导的负面偏见，这与他们采用 DBER （科学教育研究）身份的趋势相悖。约 30% 的科学院长对 DBER 教师持负面看法，且 50% 的院长认为这些教师地位较低。此外，理科教师与院长之间在科学教育研究领域的影响力认可上存在分歧，这可能削弱教师们在科学教育中的潜在贡献。
在 研究 的逻辑模型中，性别认同对偏见的预测没有统计学意义。然而，自然科学领域持续存在的性别偏见可能会以这些分析无法发现的方式影响以教育为重点的科学教职 教师 的经历。例如，在 本 研究中，受访者主要认为自己是女性，并担任以教育为重点的学术职务，这可能会导致一些人将这些职务视为学术上的 “ 女性工作 ” ，并伴随着负面的性别偏见。
适应： 日益 成熟的领域， 其自主权可能逐渐减弱
美国理科院系正增加对以教育为重点的科学教师的培训和聘用，显示出科学教育领域的成熟化。尽管如此，这些教师获得终身教职的机会却在减少，特别是在有博士学位授予权的院校。这种趋势可能与终身教职普遍减少有关，也可能反映了对这类教师的偏见。科学教育的进一步发展可能需要终身职位教师的支持，以确保资源的争取和学科的繁荣。
毅力 ：十年来，特别是在研究密集型院校中，教师们坚韧不拔，共同应对挑战
过去十年，理科教育教师数量统计模式稳定，但教师队伍种族多元化不足，女性虽占多数，但代表性仍低。理科教师面临歧视，尤其在重视研究的博士学位授予机构中，专注于教学的教师常被边缘化，导致他们获得终身教职的机会较少。然而，理科教师在院系内有同行支持，有助于缓解偏见。
对注重教育的科学教师的负面偏见似乎在博士学位授予机构中最为普遍。在这些研究密集型大学中，教学（以及那些专注于教学的教师）可能被边缘 化 。这种情况的一个表现是，在博士学位授予机构中，与 公立综合性大学 或硕士学位授予机构相比，以教育为重点的 理科教师 担任终身教职或终身教职的比例较低。
5 结论
在本研究之前，很少有研究关注参与改进科学教育教师的专业身份，尤其是随着时间的推移。本文提供的证据填补了这一重要的文献空白。 本研究 在此报告， 在过去二十年里，科学教育作为自然科学的一个分支学科已经发展成熟 。以教育为重点的科学 教师 证明了这一点： 1 ）包含多种专业身份，包括 DBER 、 SFES 及其组合； 2 ）接受过更多正规的科学教育培训； 3 ）更有可能受聘于专门为科学教育专家设计的职位。尽管这一领域已经成熟，但以教育为重点的科学教师，尤其是那些具有研究身份的教师，仍然要面对同行和学院管理的负面偏见。此外，终身职位也越来越少。这些挑战可能会阻碍科学教育 及其 研究领域的教师和科学教育 及其 研究人员的科学教育改革工作，尤其是在授予博士学位的大学。
S1 图 1. 按 DBER/SFES 身份分列的 SER 、 K-12 Education 和 UGSE 专业活动比较 。 (A) 发表经同行评审的 论文 。 (B) 指导同事。
S1 图 2. 以教育为重点的科学教师分布
(A) 按 DBER/SFES 身份分列的学科， (B) 按 DBER/SFES 身份分列的性别身份，以及 (C) 种族身份
S1 图 3. 按 DBER/SFES 身份分列的关注科学教育的同行报告 。 (A) 报告的母 校 同学； (B) 报告的大学同学
扩展阅读：
Bush SD, Stevens MT, Tanner KD, Williams KS (2024) Differentiation, adaptation, and perseverance: Maturing conceptualizations of education-focused science faculty in the United States. PLoS ONE 19(6): e0304426.
科学教育|美国具有教育专长的理科教师现状 2007年 https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=38998&do=blog&id=1464100
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