第一作者： Judith S. Lederman (伊利诺伊理工学院) 通讯作者： Selina Bartels (瓦尔帕莱索大学) 合作者： Juan Jimenez, Norman G. Lederman 等来自全球35个国家/地区的研究者 发表期刊： International Journal of Science Education 发表时间： 2023年11月19日
本研究的核心领域为科学教育，尤其聚焦于个体的科学素养（Scientific Literacy, SL）发展。科学探究被认为是发展科学素养的关键组成部分，因此被纳入众多国际科学教育改革文件中。然而，尽管其重要性被广泛认可，学生在完成K-12教育后，对科学探究的理解水平一直不尽如人意。此前的两项大规模国际研究（Lederman等人，2019年；2021年）已分别调查了初中入学阶段（七年级）和高中毕业阶段（十二年级）学生的科学探究理解情况，初步描绘了科学探究理解力从初中到高中的发展轨迹。结果显示，尽管十二年级学生相比七年级学生有微弱进步，但平均而言，高中毕业生对所有科学探究方面（Aspects of SI）的理解程度仍低于45%。
此前的研究链条中存在一个关键缺失，即缺乏对更低龄段——小学阶段学生科学探究理解状况的数据。由于长期缺乏适合该年龄段的有效且可靠的测评工具，这一研究空白一直未被填补。因此，本研究的首要目的是使用新开发的测评工具，调查全球小学三年级学生在完成其最初几年学业后对科学探究的理解，以建立一个国际基线。该研究旨在与前两项研究形成衔接，从而构建一幅横跨小学、初中和高中阶段的科学探究理解力发展的全球图景。研究目的并非是进行国家间的比较，而是为了解全球范围内的整体状况提供一个可能的基线。
1. 测评工具的研发： 这项研究的核心前提是开发了一个名为“小学生科学探究观”（Views About Scientific Inquiry – Elementary, VASI-E）的测评工具。由于原有的适用于五年级及以上学生的“科学探究观”问卷（VASI）对小学生而言在表面效度和发展适宜性上均不充分，研究团队进行了专门的工具研发。 * 内容确定： 研究者首先从八个公认的科学探究方面中，筛选出适合小学低年级学生认知水平的五个方面，分别是：科学调查始于一个问题（Scientific investigations begin with a question）、科学方法具有多样性（Multiple methods）、调查步骤由所提问题引导（Procedures are guided by the question asked）、结论必须与收集的数据一致（Conclusions must be consistent with the data collected）、以及解释由收集的数据和已有知识共同形成（Explanations are developed from data and prior knowledge）。 * 问题改编与修订： 研究者从原版VASI问卷中提取出与上述五方面相关的问题，并进行了适配儿童心智的修改。例如，VASI中关于汽车轮胎的问题被替换为更普遍、儿童更易理解的“熔化蜡笔”的情境；关于鸟类喙部形状的问题被保留并加入了图片以辅助理解；还增加了关于不同种类球的问题，询问“拍球”是否是科学调查。问卷在字体、字号和答题空间上也进行了专门设计，以符合儿童的使用习惯。 * 效度与信度检验： 该问卷的表面效度由三名小学教师审定。随后，新工具在来自三个不同美国城市的61名三年级学生中进行了先导测试，并在测试后对每位学生进行了访谈。根据反馈修订后，该工具又在另外18名小学生中进行测试，最终形成了用于本项大规模研究的最终版有效且可信的VASI-E问卷。
2. 数据收集： * 研究对象： 研究对象为来自全球六大洲35个国家/地区的4,238名小学生。这些学生通常处于三年级结束或四年级开始的阶段，平均年龄为9岁。各国的研究点根据其所在地区的平均学业能力、种族和社会经济背景的代表性来筛选样本。值得注意的是，在严格意义上，本研究的样本量是35个国家/地区，而非4238名学生个体。 * 研究者和数据采集流程： 各研究点的联系人需完成一系列统一培训，包括VASI-E的施测和编码评分。培训由论文的前四位作者通过一系列视频会议进行，直至各点与主研究者之间的评分者间信度达到至少80%或以上。每位学生在30分钟内以其接受科学教育的语言完成VASI-E问卷。对于非英语国家，问卷经历了严格的翻译和回译程序以保证准确性。
3. 数据分析： 各研究点的研究人员在接受统一培训后，独立对其收集的数据进行评分，将学生对每个科学探究方面的理解水平分为三个类别：“幼稚”（Naïve）、“混合”（Mixed）和“充分”（Informed）。研究集中分析了问卷所涵盖的五个方面的总体百分比分布。为了与前期的七年级和十二年级数据进行比较，研究者将三个年级的数据汇总，并采用卡方检验（Chi-square analysis）比较了三年级和七年级样本在“幼稚”、“混合”和“充分”三个类别上的差异，以探寻理解力发展的统计学显著性。
1. 全球小学生的总体科学探究理解水平 研究结果揭示了全球小学生在科学探究理解上的普遍不足。 * 关于“调查始于问题”： 全球范围内，仅有22.7% 的三年级学生表现出“充分”的理解，而高达40.0%的学生持“幼稚”观点。 * 关于“科学方法的多样性”： 这是学生理解最薄弱的方面，高达49.9% 的学生观点“幼稚”，他们认为实验是科学工作的唯一合法方法。只有13.7% 的学生具有“充分”理解。 * 关于“结论必须与数据一致”： 这是小学生理解最好的一个方面，仅有26.4% 的学生属于“幼稚”水平，而40.3% 的学生表现出“充分”的理解，表明这一概念的直观性更强。 * 关于“步骤由问题引导”： 有41.6% 的学生观点“幼稚”，22.7% 的学生观点“充分”，显示多数学生对调查方法的灵活性缺乏认识。 * 关于“结论结合数据与已有知识”： 31.4% 的学生观点“幼稚”，28.0% 的学生观点“充分”，同样表明多数学生未能认识到前知识在科学解释中的作用。
2. 跨学段科学探究理解力的发展轨迹 将本研究数据与此前七年级和十二年级的研究数据进行纵向比较，结果出人意料，并未显示出理解力随学历增长而线性提升的预期模式。 * 对于 “调查始于问题” ，小学生的“充分”比例为22.7%，初中生反而略降至20.7%，高中生则提升至35.6%。 * 对于 “科学方法多样性” ，小学生的“充分”比例为13.7%，初中生惊人地降至6.0%，高中生也仅为14.8%，与小学生水平相当。 * 对于 “结论与数据一致” ，表现出了较为正常的增长趋势，从小学的40.3%“充分”比例，到初中的33.3%，再到高中的40.4%。 * 对于 “步骤由问题引导” ，发展趋势与第3点类似，小、初、高的“充分”比例分别为22.7%、27.5%和44.6%。 * 对于 “结论结合数据与已有知识” ，小学生的“充分”比例为28.0%，初中生大幅降至10.9%，高中生又回升至27.7%，与小学生水平持平。
3. 统计学差异分析 卡方检验结果显示，三年级和七年级学生在所有五个科学探究方面的理解水平上均存在统计上的显著差异（p < 0.05）。然而，这种显著性可能主要归因于大样本量，因为数据的百分比趋势显示，三年级学生在四个方面的“充分”理解比例都高于七年级学生（仅“步骤由问题引导”除外）。这表明，在某些科学探究的维度上，中学初期教育的出现不但没有巩固，反而似乎削弱了学生的理解。
本研究的核心结论是，全球范围内的科学教育未能有效培育学生的科学探究素养（Scientific Inquiry Literacy, SIL）。基于对小学、初中和高中三个阶段数据的综合分析，研究有力地反驳了“学生对科学探究的理解会随年级增长和科学知识增多而自然深化”的直觉性假设。相反，数据描绘了一幅停滞不前，甚至在中学初期出现退步的黯淡图景。
该研究的意义深远。其科学价值在于，它通过一个适用性广泛的工具和空前规模的国际合作，首次建立了全球小学生科学探究理解力的基线，并完整地连接了K-12教育阶段的理解力发展链条，为科学教育研究提供了宝贵的横截面数据。其应用价值在于，研究结论对全球的科学教育改革者、政策制定者和一线教师提出了严峻警示。文章指出，尽管国际上各大标准文件都强调科学探究的重要性，但在教材编写（Dogan, 2021）和教师教育（Metin Peten, 2022）等实践环节中，对科学探究的教学并未得到有效落实。研究者呼吁，应将“对科学探究的认识”和“从事科学探究的能力”相结合的科学探究素养（SIL）作为科学教育举措的明确焦点，并设计了显性且有针对性的教学，才能最终实现培养具备科学素养公民的普适性目标。未来的研究需要深入探究为何会在中学初期出现理解倒退的现象，并寻找扭转这一趋势的方法。