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美国伊利诺理工大学数学与科学教育系的ICAN探究教学专业发展项目旨在通过提高K-12教师对科学探究和科学本质的认识，促进他们的内隐和外显的探究教学实践。ICAN是探究、情境和科学本质的缩写(Inquiry,Context,and Nature of Science)，它是由美国国家科学基金会(NSF)所资助的教师专业发展项目。该项目包括暑期定位、学年活动、研究培训和暑期学院四个部分，[1]笔者在美国伊利诺理工大学数学与科学教育系留学期间参与了该项目的数据分析，本文首先简要介绍该项目及其理论框架，然后采用混合研究并行法，对ICAN项目的效果进行分析，并进一步研究教师的科学本质和科学探究的教学实践及其观念之间的联系，以期对我国基于探究教学的教师专业发展提供启示。
一、项目介绍和理论框架
1．项目介绍
美国科学教师ICAN专业化发展项目包括对科学本质与科学探究的认识、如何进行二者的内隐和外显教学、如何对学生进行评价、微格教学的培训等几个方面。本项目的基本实施流程包括暑期定位、学年活动、研究培训和暑期学校四个部分：（1）暑期定位的目的是给教师介绍科学本质和科学探究，使其有计划地参与到如何设计有利于深入理解科学本质和科学探究的反思活动中；（2）学年活动包含连续10个月的每月一天工作坊，围绕如何深入认识科学本质和科学探究、教授科学本质和科学探究、技术整合、修订课程、评价学生对科学本质和科学探究的认识，并于1月和5月进行两次微格教学；（3）研究培训期间，教师同科学家一起参与科学研究，在真实的科学研究环境中，与科学家进行合作；（4）暑期学院帮助教师加深他们对科学本质和科学探究的认识，通过一系列外显和反思、阅读和讨论的活动发展他们的教学知识。
2.理论框架
在当代基础科学教育研究中，开始实行的科学探究与美国科学教育标准的界定非常接近，后来焦点转为探究教学如何整合“认识探究”与“做探究”两个方面。因此，在涉及“认识探究”的时候，研究者强调科学探究的本质，将其看做与科学本质相关的科学认识论的组成部分；于是，科学探究用来指科学知识发展过程的特征，涉及发展、接受和使用科学知识的若干惯例；它是人们认识科学本质和科学素养的中介，是作为知识建构和确认的方法。科学的本质是科学认识论，科学是一种获得知识的途径，或与科学知识的发展相一致的价值观和信念；它还指科学家进行科学探究的过程中产生的科学知识的特征。
二、研究工具和对象
1．研究工具
科学本质问卷VNOS-D(View of Nature of Science, version D)和科学探究问卷VOSI-S(View of Scientific Inquiry, version S)，并结合随后的深入访谈、教学计划和微格教学的观察，前后测开放式问卷之间经历了三次微格教学的演示。VNOS-D和VOSI-S开放式问卷在国际上使用较广，科学探究问卷包括五道大题，理论基础来自ICAN项目的主持者李德曼博士提出的科学发展过程知识论，用于测查科学家是如何发展科学知识的过程，即“对科学探究的认识”，涉及科学探究9个议题：（1）科学探究开始于问题，但不一定检验假设；（2）科学探究中没有唯一的模式或者步骤(比如没有唯一的科学方法)；（3）探究的过程是问题引导的；（4）即使科学家按照相同的步骤进行探究也未必会得到同样的结果；（5）探究的步骤能够影响结果；（6）研究的结论必须与收集的数据相一致；（7）科学数据与科学证据不同；（8）解释来自于收集的数据和已有的了解；（9）探究与实验的关系。科学本质问卷包括七道大题，理论基础来自李德曼等人提出的科学本质内涵，用于测查科学家在科学探究过程中产生的科学知识的特征，涉及科学本质7个议题中的5个，没有包含的两个议题是理论、定律的作用及关系，社会文化相关。之所以确定这5个议题是因为在基础教育阶段的科学课程中较易被师生普遍接受，即暂定性、创造性、观察和推论、主观性、经验为基础。
三位研究者评定科学本质和科学探究问卷，以及教学计划和现代教学策略课程中教师的科学本质和科学探究的微格教学实践，讨论差异性并且达成一致性评定。根据教师的教学计划及其在微格教学中的课堂组织等方面，三位科学教育教授对其科学本质教学和探究教学的情况做出评价，主要从教学目标、学生活动、教师的引导等方面来评价教师对科学本质和科学探究重要知识的内隐和外显教学的情况。
2．研究对象
研究对象包括教师的观念和行为两个方面，即（1）教师的科学本质观和科学探究观及其教学：教师的科学探究观和科学本质观、教师教授科学本质和科学探究的哪些方面、教师是否教授他们理解的科学探究和科学本质的知识、教师是否教授他们不理解的科学探究和科学本质的知识、培训是否提高了教师的科学探究观水平；（2）教师的科学本质和科学探究的教学方式：培训前后教师科学本质和科学探究的外显和内隐教学是否提高、教师外显和内隐教学与其对科学本质观和科学探究观有何联系。研究对象为8位高中科学教师，7位女性、1位男性，平均教龄8年。
三、课程意识
从总体上看，ICAN项目提高了教师的认识水平。综合8位教师在第一次培训课中的内隐和外显教学次数，一共11次，第三次培训为25次，可见，教师在培训前后的科学本质和科学探究内隐和外显教学有了提高，尤其是外显教学从第一课的6次到第三课的14次，有显著的升高(见表1)。
表2是对该项目8位教师培训前后科学本质和科学探究问卷的分析，可以看出，科学本质的创造性、主观性和暂定性有了提高，科学探究的9个议题有了提高，包括问题(始于问题)、方法(多种方法)、引导(探究过程问题引导)、过程(同样过程不同结果)、影响(过程影响结果)、结论(结论与数据收集一致)、证据(数据与证据不同)、解释(解释来源数据和已知)以及实验(探究和实验的看法)。科学本质“主观性”提高程度最大，科学探究“探究过程问题引导”提高程度最大。所有教师在科学本质的“观察和推论”“以经验为基础”两个议题上没有发生变化；在科学探究中“结论与数据收集一致”的改变最小。科学本质的创造性和暂定性有了后退，科学探究的证据(数据与证据不同)有了后退。
四、专业发展项目的教师案例
教师案例评定的主要方面包括科学本质和科学探究问卷的前后测，微格教学中科学本质和科学探究的内隐和外显教学。在培训之前进行两套问卷的前测，三次微格教学以后进行后测；微格教学的录像主要是美方8位科学教师在3次科学本质和科学探究微格教学中的教学展示，具体教学情况由一位美方教授和三位科学教育博士生共同评价。
根据8位教师两套问卷的前后测、教学计划和微格教学观察，定性分析培训前后科学本质和科学探究认识的等级变化和教学中使用的科学本质、科学探究议题。教师在实际教学中最倾向于讲授的议题包括科学本质中的“观察和推论”，科学探究中的“始于问题”。通过问卷前后测的等级变化可知，8位教师在“观察和推论”议题具有比较深刻的认识，科学本质和科学探究认识水平高、具有相应学科内容知识的教师倾向于在教学中更多地使用内隐或外显的方法来进行科学本质和科学探究的教学。
再如教师L，她在“暂定性”和“结论与数据收集相一致”两个议题的等级都是2，老师L对二者的认识并不深刻，但是她也进行了内隐和外显教学；还有教师A的“结论与数据收集一致”议题，教师O的“始于问题”等都存在这一现象，也就是说教师可能会教给学生他们自己并不理解的科学本质和科学探究的知识。教师A在微格教学中能很好地进行数据收集和分析的操作，较其他教师而言，表现出良好的探究过程技能，但是老师A对这一技能的认识水平仅处于传统阶段，并不深刻，这暗示着教师“做探究”与“认识探究”是不同的。
教师J的两种科学认识水平在培训前后升高的等级最多，为11，其科学本质和科学探究作为教学内容的实践只有5次；教师A的认识水平在培训前后升高的等级最少，为3，但是她以科学本质和科学探究作为教学内容的实践次数最多，为11次。相类似的还有教师M和S。考察他们在前测中的认识水平，教师J在前测中15个议题有5个等级为1，他对科学本质和科学探究的认识水平基本处于简单阶段，而教师A的科学认识水平除了4个议题为2之外都是3，科学本质和科学探究的认识水平基本处于深刻阶段。由此可见，尽管在培训中教师J的认识水平提高的程度最大，但是由于他原有的科学本质和科学探究的认识水平较低，因此外显和内隐教学的次数要少于原有认识水平高的教师A。另外，教师K的科学探究的认识水平提高的等级是7，她的内隐和外显教学为11次，也是最高，对比分析教师K、教师J和教师A的情况，分析微格教学录像和教学计划，教师K具有更深入的学科内容知识(物理)，教师A对科学探究的认识水平较高，K和A在微格教学中表现出更为灵活和扎实的适合探究情境的教学知识。尽管教师对科学探究的认识水平有了较大提高，但是如何将科学本质和科学探究的知识运用到教学实践中是一个复杂的过程，他们原有的认识水平对其教学实践起到很大的影响。
五、专业发展项目的小结与启示
1．小结
(1)教师的科学本质观和科学探究观。教师在培训前后对科学本质和科学探究的认识水平都有了较大提高；在实际教学中，教师倾向于教授科学本质的“观察和推论”议题；科学探究的“始于问题”议题，教师也倾向于将“主观性”和“结论与数据收集相一致”这两个议题作为实际教学的内容。
(2)教师观念及其教学实践。教师倾向于更多地教给学生认识水平高的科学本质和科学探究知识，但是他们也会教给学生自己认识水平低的科学本质和科学探究知识，虽然教师的“做探究”与“认识探究”不同，但是教师对科学探究及其教学的认识水平，影响到他们可能采取的“做探究”的方式及其执行的程度；教师原有的认识水平和科学学科内容知识对其探究教学实践有很大的影响。
（3）科学本质和科学探究的教学方式。项目前后教师的科学本质和科学探究外显教学有了很大的提高，认识水平高的教师倾向于更多地进行科学本质和科学探究的内隐和外显教学；有关科学本质和科学探究的知识如何运用到实际教学中也是一个复杂的过程，教师需要掌握探究情境的教学知识和相应的教学策略知识，并在教学活动中不断反思，才能灵活地进行探究教学的实践。
2.启示
（1）科学探究、探究教学与教师知识。教师的学科内容知识可以分为学科的概念性知识、学科本质、学科知识结构和学科信念。科学探究属于教师的学科内容知识，有关科学探究的学科内容知识(科学探究内容知识)涉及科学探究的基本原理和学科探究的信念，探究内容知识影响到教师对科学探究的认识，进而影响他们的探究教学知识及其实践。科学探究的教学知识包含在学科教学知识之中，它主要涉及探究教学和自身的定位、探究学习和学生、科学探究课程、探究教学策略、科学探究的评价五个要素；教师对科学探究及其教学的认识受到教育目标及评价、价值观、科学探究内容知识和教学知识的影响，并且共同受到社会文化背景的作用。
（2）在职科学教师教育。教师的科学探究和科学本质陈述性知识以及“做探究”的程序性知识，是科学教师探究教学知识发展的基础、探究教学培训的基础。基于美国科学教师ICAN专业发展项目的经验，我国科学教师的探究教学培训需要以教师参与式的“做探究”实践活动为主，通过科学本质、科学知识的情境来学习科学探究的内容知识和教学知识，在做探究中体验和反思“教探究”，提升科学探究的认识水平，并在教学实践中不断反思探究教学的策略，深刻地认识科学探究及其教学并实现探究教学的科学化、精熟化和自动化。在职教师教育中可以采用外显或内隐的方法，通过反思或者在探究活动的情境中体验两种方式来学习科学探究的概念性知识；对于程序性知识的学习则要以“做中学”的方式来体验和反思，同时可以加深对科学探究陈述性知识的认识；至于教师培训，可以借鉴ICAN项目的暑期定位方式，利用活动和反思以及科学家合作的方式，对科学本质和科学探究进行基本介绍，并使教师参与到科学探究的活动体验中，以期达到较深程度的认识。
本文系科技部专项“中小学科学探究学习与创新人才培养实验研究”(2009IM010300)子课题“基础理论研究”的阶段成果。
参考文献：
[1][4]Lederman,N.G.,Lederman, J.S.,Kim,B.S.
一、项目介绍和理论框架
1．项目介绍
美国科学教师ICAN专业化发展项目包括对科学本质与科学探究的认识、如何进行二者的内隐和外显教学、如何对学生进行评价、微格教学的培训等几个方面。本项目的基本实施流程包括暑期定位、学年活动、研究培训和暑期学校四个部分：（1）暑期定位的目的是给教师介绍科学本质和科学探究，使其有计划地参与到如何设计有利于深入理解科学本质和科学探究的反思活动中；（2）学年活动包含连续10个月的每月一天工作坊，围绕如何深入认识科学本质和科学探究、教授科学本质和科学探究、技术整合、修订课程、评价学生对科学本质和科学探究的认识，并于1月和5月进行两次微格教学；（3）研究培训期间，教师同科学家一起参与科学研究，在真实的科学研究环境中，与科学家进行合作；（4）暑期学院帮助教师加深他们对科学本质和科学探究的认识，通过一系列外显和反思、阅读和讨论的活动发展他们的教学知识。
2.理论框架
在当代基础科学教育研究中，开始实行的科学探究与美国科学教育标准的界定非常接近，后来焦点转为探究教学如何整合“认识探究”与“做探究”两个方面。因此，在涉及“认识探究”的时候，研究者强调科学探究的本质，将其看做与科学本质相关的科学认识论的组成部分；于是，科学探究用来指科学知识发展过程的特征，涉及发展、接受和使用科学知识的若干惯例；它是人们认识科学本质和科学素养的中介，是作为知识建构和确认的方法。科学的本质是科学认识论，科学是一种获得知识的途径，或与科学知识的发展相一致的价值观和信念；它还指科学家进行科学探究的过程中产生的科学知识的特征。
二、研究工具和对象
1．研究工具
科学本质问卷VNOS-D(View of Nature of Science, version D)和科学探究问卷VOSI-S(View of Scientific Inquiry, version S)，并结合随后的深入访谈、教学计划和微格教学的观察，前后测开放式问卷之间经历了三次微格教学的演示。VNOS-D和VOSI-S开放式问卷在国际上使用较广，科学探究问卷包括五道大题，理论基础来自ICAN项目的主持者李德曼博士提出的科学发展过程知识论，用于测查科学家是如何发展科学知识的过程，即“对科学探究的认识”，涉及科学探究9个议题：（1）科学探究开始于问题，但不一定检验假设；（2）科学探究中没有唯一的模式或者步骤(比如没有唯一的科学方法)；（3）探究的过程是问题引导的；（4）即使科学家按照相同的步骤进行探究也未必会得到同样的结果；（5）探究的步骤能够影响结果；（6）研究的结论必须与收集的数据相一致；（7）科学数据与科学证据不同；（8）解释来自于收集的数据和已有的了解；（9）探究与实验的关系。科学本质问卷包括七道大题，理论基础来自李德曼等人提出的科学本质内涵，用于测查科学家在科学探究过程中产生的科学知识的特征，涉及科学本质7个议题中的5个，没有包含的两个议题是理论、定律的作用及关系，社会文化相关。之所以确定这5个议题是因为在基础教育阶段的科学课程中较易被师生普遍接受，即暂定性、创造性、观察和推论、主观性、经验为基础。
三位研究者评定科学本质和科学探究问卷，以及教学计划和现代教学策略课程中教师的科学本质和科学探究的微格教学实践，讨论差异性并且达成一致性评定。根据教师的教学计划及其在微格教学中的课堂组织等方面，三位科学教育教授对其科学本质教学和探究教学的情况做出评价，主要从教学目标、学生活动、教师的引导等方面来评价教师对科学本质和科学探究重要知识的内隐和外显教学的情况。
2．研究对象
研究对象包括教师的观念和行为两个方面，即（1）教师的科学本质观和科学探究观及其教学：教师的科学探究观和科学本质观、教师教授科学本质和科学探究的哪些方面、教师是否教授他们理解的科学探究和科学本质的知识、教师是否教授他们不理解的科学探究和科学本质的知识、培训是否提高了教师的科学探究观水平；（2）教师的科学本质和科学探究的教学方式：培训前后教师科学本质和科学探究的外显和内隐教学是否提高、教师外显和内隐教学与其对科学本质观和科学探究观有何联系。研究对象为8位高中科学教师，7位女性、1位男性，平均教龄8年。
三、课程意识
从总体上看，ICAN项目提高了教师的认识水平。综合8位教师在第一次培训课中的内隐和外显教学次数，一共11次，第三次培训为25次，可见，教师在培训前后的科学本质和科学探究内隐和外显教学有了提高，尤其是外显教学从第一课的6次到第三课的14次，有显著的升高(见表1)。
表2是对该项目8位教师培训前后科学本质和科学探究问卷的分析，可以看出，科学本质的创造性、主观性和暂定性有了提高，科学探究的9个议题有了提高，包括问题(始于问题)、方法(多种方法)、引导(探究过程问题引导)、过程(同样过程不同结果)、影响(过程影响结果)、结论(结论与数据收集一致)、证据(数据与证据不同)、解释(解释来源数据和已知)以及实验(探究和实验的看法)。科学本质“主观性”提高程度最大，科学探究“探究过程问题引导”提高程度最大。所有教师在科学本质的“观察和推论”“以经验为基础”两个议题上没有发生变化；在科学探究中“结论与数据收集一致”的改变最小。科学本质的创造性和暂定性有了后退，科学探究的证据(数据与证据不同)有了后退。
四、专业发展项目的教师案例
教师案例评定的主要方面包括科学本质和科学探究问卷的前后测，微格教学中科学本质和科学探究的内隐和外显教学。在培训之前进行两套问卷的前测，三次微格教学以后进行后测；微格教学的录像主要是美方8位科学教师在3次科学本质和科学探究微格教学中的教学展示，具体教学情况由一位美方教授和三位科学教育博士生共同评价。
根据8位教师两套问卷的前后测、教学计划和微格教学观察，定性分析培训前后科学本质和科学探究认识的等级变化和教学中使用的科学本质、科学探究议题。教师在实际教学中最倾向于讲授的议题包括科学本质中的“观察和推论”，科学探究中的“始于问题”。通过问卷前后测的等级变化可知，8位教师在“观察和推论”议题具有比较深刻的认识，科学本质和科学探究认识水平高、具有相应学科内容知识的教师倾向于在教学中更多地使用内隐或外显的方法来进行科学本质和科学探究的教学。
再如教师L，她在“暂定性”和“结论与数据收集相一致”两个议题的等级都是2，老师L对二者的认识并不深刻，但是她也进行了内隐和外显教学；还有教师A的“结论与数据收集一致”议题，教师O的“始于问题”等都存在这一现象，也就是说教师可能会教给学生他们自己并不理解的科学本质和科学探究的知识。教师A在微格教学中能很好地进行数据收集和分析的操作，较其他教师而言，表现出良好的探究过程技能，但是老师A对这一技能的认识水平仅处于传统阶段，并不深刻，这暗示着教师“做探究”与“认识探究”是不同的。
教师J的两种科学认识水平在培训前后升高的等级最多，为11，其科学本质和科学探究作为教学内容的实践只有5次；教师A的认识水平在培训前后升高的等级最少，为3，但是她以科学本质和科学探究作为教学内容的实践次数最多，为11次。相类似的还有教师M和S。考察他们在前测中的认识水平，教师J在前测中15个议题有5个等级为1，他对科学本质和科学探究的认识水平基本处于简单阶段，而教师A的科学认识水平除了4个议题为2之外都是3，科学本质和科学探究的认识水平基本处于深刻阶段。由此可见，尽管在培训中教师J的认识水平提高的程度最大，但是由于他原有的科学本质和科学探究的认识水平较低，因此外显和内隐教学的次数要少于原有认识水平高的教师A。另外，教师K的科学探究的认识水平提高的等级是7，她的内隐和外显教学为11次，也是最高，对比分析教师K、教师J和教师A的情况，分析微格教学录像和教学计划，教师K具有更深入的学科内容知识(物理)，教师A对科学探究的认识水平较高，K和A在微格教学中表现出更为灵活和扎实的适合探究情境的教学知识。尽管教师对科学探究的认识水平有了较大提高，但是如何将科学本质和科学探究的知识运用到教学实践中是一个复杂的过程，他们原有的认识水平对其教学实践起到很大的影响。
五、专业发展项目的小结与启示
1．小结
(1)教师的科学本质观和科学探究观。教师在培训前后对科学本质和科学探究的认识水平都有了较大提高；在实际教学中，教师倾向于教授科学本质的“观察和推论”议题；科学探究的“始于问题”议题，教师也倾向于将“主观性”和“结论与数据收集相一致”这两个议题作为实际教学的内容。
(2)教师观念及其教学实践。教师倾向于更多地教给学生认识水平高的科学本质和科学探究知识，但是他们也会教给学生自己认识水平低的科学本质和科学探究知识，虽然教师的“做探究”与“认识探究”不同，但是教师对科学探究及其教学的认识水平，影响到他们可能采取的“做探究”的方式及其执行的程度；教师原有的认识水平和科学学科内容知识对其探究教学实践有很大的影响。
（3）科学本质和科学探究的教学方式。项目前后教师的科学本质和科学探究外显教学有了很大的提高，认识水平高的教师倾向于更多地进行科学本质和科学探究的内隐和外显教学；有关科学本质和科学探究的知识如何运用到实际教学中也是一个复杂的过程，教师需要掌握探究情境的教学知识和相应的教学策略知识，并在教学活动中不断反思，才能灵活地进行探究教学的实践。
2.启示
（1）科学探究、探究教学与教师知识。教师的学科内容知识可以分为学科的概念性知识、学科本质、学科知识结构和学科信念。科学探究属于教师的学科内容知识，有关科学探究的学科内容知识(科学探究内容知识)涉及科学探究的基本原理和学科探究的信念，探究内容知识影响到教师对科学探究的认识，进而影响他们的探究教学知识及其实践。科学探究的教学知识包含在学科教学知识之中，它主要涉及探究教学和自身的定位、探究学习和学生、科学探究课程、探究教学策略、科学探究的评价五个要素；教师对科学探究及其教学的认识受到教育目标及评价、价值观、科学探究内容知识和教学知识的影响，并且共同受到社会文化背景的作用。
（2）在职科学教师教育。教师的科学探究和科学本质陈述性知识以及“做探究”的程序性知识，是科学教师探究教学知识发展的基础、探究教学培训的基础。基于美国科学教师ICAN专业发展项目的经验，我国科学教师的探究教学培训需要以教师参与式的“做探究”实践活动为主，通过科学本质、科学知识的情境来学习科学探究的内容知识和教学知识，在做探究中体验和反思“教探究”，提升科学探究的认识水平，并在教学实践中不断反思探究教学的策略，深刻地认识科学探究及其教学并实现探究教学的科学化、精熟化和自动化。在职教师教育中可以采用外显或内隐的方法，通过反思或者在探究活动的情境中体验两种方式来学习科学探究的概念性知识；对于程序性知识的学习则要以“做中学”的方式来体验和反思，同时可以加深对科学探究陈述性知识的认识；至于教师培训，可以借鉴ICAN项目的暑期定位方式，利用活动和反思以及科学家合作的方式，对科学本质和科学探究进行基本介绍，并使教师参与到科学探究的活动体验中，以期达到较深程度的认识。
本文系科技部专项“中小学科学探究学习与创新人才培养实验研究”(2009IM010300)子课题“基础理论研究”的阶段成果。
参考文献：
[1][4]Lederman,N.G.,Lederman, J.S.,Kim,B.S.