本研究由澳门大学教育学院的苏日平（Riping Su）、姜志蒙（Zhimeng Jiang）及魏冰（Bing Wei）共同完成，发表于《Science & Education》期刊2025年第34卷，是一篇系统性综述，于2023年10月13日提前在线发表。该文献属于类型b，是一篇系统综述论文，旨在对科学教科书中科学本质（Nature of Science, NOS）表征的实证研究进行批判性总结和展望。
本文的研究背景源于科学教育领域的一个核心议题：对科学本质的充分理解被普遍视为科学素养（Scientific Literacy, SL）的关键组成部分，也是科学教育亘古不变的目标之一。在学校教育中，科学教科书是影响学生形成科学本质观念的最重要变量之一，它既是教师教学的主要资源，也是学生认知科学事业的强大工具。因此，过去四十年来，在多种理论框架的指导下，涌现了大量关于科学教科书中科学本质表征（Representations of NOS in Science Textbooks, NOSRST）的实证研究。然而，作者指出，在此之前，尚无一篇系统性综述对这些研究进行整合。为填补这一空白，该综述旨在通过系统方法，概述在不同理论框架、国家、学科和教育层次下的NOSRST研究趋势、研究焦点和研究结果，以期为后续研究者指明潜在的研究方向。
为了实现这一目标，作者系统分析了42项符合纳入标准的实证研究，这些研究均基于三个主要的理论框架：四主题科学素养框架（Four-Theme Scientific Literacy, SL）、科学本质共识观（Consensus View on Nature of Science, CV）以及科学本质家族相似性进路（Family Resemblance Approach to the Nature of Science, FRA）。研究严格遵循PRISMA声明的系统综述流程，通过数据库检索和文献回溯两种方式在Scopus、Web of Science和ERIC三个数据库中筛选了1991年1月至2023年1月间发表的英文同行评议期刊文章。
论文在概念框架部分详细阐述了这三个分析框架。SL框架由Chiappetta等人于1991年提出，从“主题平衡”的角度分析教科书，包含四个主题：科学知识体系、科学探究方式、科学思维方式以及科学、技术与社会互动。其中，“科学思维方式”主题与科学本质的认识论维度紧密相关。CV框架由Lederman及其同事在一系列工作中确立，将科学本质定义为科学的认识论，并归纳出一套基本无争议、适合K-12教学的NOS一般性层面，包括实证性、推论性、创造性、理论驱动性、暂定性、“科学方法”的神话、科学理论、科学定律、科学的社会维度以及社会文化嵌入性。基于此，Abd-El-Khalick等人开发了一套评分细则来评估教科书呈现NOS的程度。FRA框架则是一个相对较新的视角，受哲学家维特根斯坦的启发，由Irzik和Nola首次提出，并经Erduran和Dagher重新概念化。该框架认为各科学学科因某些特征相似而构成一个“家族”，将NOS定义为一个包含认知-认知系统和制度-社会系统的整体，共包含11个类别：目标与价值、方法与方法论规则、实践、知识、专业活动、社会认证与传播、社会价值、科学精神气质、政治权力结构、金融系统和社会组织与互动。
基于对这些框架下的研究进行编码和主题分析，论文从研究趋势、研究焦点和研究结果三个维度报告了其主要发现。
第一个发现关于研究趋势。在三种框架中，CV框架是应用最广泛的，有20项研究采用，占比近半；其次是SL框架，有14项研究；最少的是FRA框架，有8项研究。从时间趋势上看，SL框架的应用呈递减趋势，尤其是在最近五年已无新的研究出现；而CV和FRA框架的应用则呈上升趋势。FRA框架自2019年以来出现爆发式增长，证实了其作为新兴框架正在引发教科书分析领域的新一波研究浪潮。
第二个发现关于研究焦点，这是本文的核心论述部分。作者发现研究焦点在一定程度上与分析框架的类型相关。采用SL框架的14篇文章无一例外地只关注一个焦点：“四个科学素养主题的平衡”，即分析教科书中四个主题的分布是否均衡，并在此基础上进行横向（同时期不同教科书）或纵向（不同时期的教科书）的比较。
采用CV框架的20篇文章则展现出四个研究焦点。焦点一是“处理NOS层面/方面的质量与方式”，这是最受关注的焦点（19/20的研究涉及），具体评估教科书呈现NOS的准确性（知情或天真）、处理方式（显性或隐性）和连贯性（一致或不一致）。焦点二是“处理NOS层面/方面的数量与分布”（13/20的研究涉及），关注教科书内容中NOS层面的频次、比例和在各个章节的分布情况。焦点三是“影响NOS表征的因素”（8/20的研究涉及），探讨了“作者效应”、“出版商效应”和“课程改革影响”等因素如何影响教科书中NOS的处理质量，此类研究能为改进教科书提供实证反馈。焦点四是“NOS层面的内容关系”（3/20的研究涉及），区分了“嵌入内容式”（content-embedded）和“脱离内容式”（content-generic）两种呈现NOS的方式。虽然两种方式都被证明有效，但研究者认为将NOS嵌入到具体科学主题中更有利于师生在科学探究的语境中理解NOS。
采用FRA框架的8篇文章则形成了三个研究焦点。第一个焦点是“处理NOS层面/方面的数量与分布”，这是最受关注的方向（7/8的研究涉及）。第二个焦点是“处理NOS层面/方面的质量与方式”（3/8的研究涉及），但相较于CV框架，对此的关注度相对较低。第三个焦点是“FRA的类别细化”，这是FRA框架独有的研究方向。以Reinisch和Fricke的研究为代表，他们通过对生物学教科书的内容分析，将FRA原始的11个粗略类别进一步分化为更精细的系统，例如将认知-认知系统分为5个类别共29个子类别，将社会-制度系统分为6个类别共23个子类别，从而证实了FRA框架的可扩展性，并为后续研究提供了更清晰的编码工具。
第三个发现聚焦于研究结果。作者综合所有研究的结论，得出一个令人沮丧但一致的总体图景：无论采用哪种NOS框架，也无论研究来自哪个国家、涉及哪种学科或教育层次，科学教科书中的科学本质表征普遍较差。
在SL框架下，绝大多数教科书未能平衡四个科学素养主题。最常见的主题是“科学知识体系”和“科学探究方式”，而与NOS最相关的“科学思维方式”和“科学-技术-社会互动”主题则严重不足，甚至在某些教科书中完全没有体现。
在CV框架下，NOS表征的不足体现在数量和质量两个方面。从数量上看，Abd-El-Khalick等人的研究发现，仅有约2.5%的教科书页面涉及NOS内容，且这些内容分布极为不均，常被限制在引言章节或遗传学等特定主题中，而教科书的其余部分则缺乏关注。此外，NOS层面/方面的覆盖也严重失衡。绝大多数教科书并未呈现所有目标NOS层面/方面，最常被强调的是实证性，而对“科学方法”的神话、科学定律、科学的社会文化嵌入性等关键层面则鲜有提及或完全忽略。从质量上看，绝大多数教科书以隐性的方式呈现NOS，而不是更为有效的显性方式。更严重的是，虽然大部分NOS表征是知情的，但许多研究报告了对科学理论和定律的普遍误解，以及对“唯一科学方法”神话的强化。关于课程改革的影响，研究结果喜忧参半，部分研究发现新版教科书在NOS覆盖数量和显性处理方式上有所改进，而另一些则显示改革前后并无显著提升。
在FRA框架下，研究发现教科书对认知-认知系统给予了大量关注，但对社会-制度系统的提及非常有限，甚至完全缺失。这一发现与FRA倡导者的理论立场相悖，他们认为两大系统同等重要，共同促进学生形成对科学事业的全面理解。同时，与CV框架下的研究结果一致，教科书也是以隐性的方式为主导来呈现NOS，这不利于学生发展稳固的科学本质观。
基于上述系统分析，论文得出结论并提出相应建议。研究趋势上，CV框架仍是主流，但FRA框架作为新兴力量正在快速崛起，为感兴趣的学者指明了潜在的教科书分析新方向。研究焦点上，数量与分布虽是各个框架的共同关注点，但一些被忽视但意义重大的焦点，如FRA框架下的“类别细化”和对各FRA类别“呈现质量与方式”的深入探究，值得未来研究投入更多精力。在研究结果方面，鉴于教科书普遍不良的NOS表征现状，论文为教育实践提供了重要启示：首先，教科书修订必须做出有意识的、紧迫的努力，使其对NOS观念的呈现更加全面、平衡、知情和显性。其次，由于教科书本身不足以作为日常科学本质教学的充分资源，教师应整合多种有价值的补充资源，例如科普书籍、科普文章和电子教科书，以弥补教科书的不足。
最后，作者也指出了本系统综述的三个局限性：筛选过程存在一定主观性，可能导致遗漏相关研究；排除了未使用上述三种框架的研究，未来的综述可涵盖更多框架；仅纳入了同行评议期刊文章，排除了会议论文、书籍章节等，这些类型的工作也可能包含重要贡献。