□ 郑永和 李 佳 吴军其 闫亦琳 徐安迪 陈梦寒 王晶莹
科学教育是科技强国的育人之根基。在当下百年未有之大变局的国际局势下，科学教育已成为自主自强培育科技后备人才的源头活水。小学科学教师的教学实践直接影响我国科学教育的质量，是创新后备人才培养与科技强国建设的最前端。世界各国高度重视科学教师队伍建设，对科学教师知识与信念、教学实践与专业发展开展系统研究。经济合作与发展组织（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）自2008年起启动教师教学国际调研项目（Teaching and Learning International Survey，TALIS），调查参与国/地区教师的教学、专业发展和学校领导三方面状况，为各国教师队伍建设提供重要的国际数据与教师专业发展建议。各国纷纷制定职前、入职和职后等不同阶段科学教师专业标准，并持续更新。如美国《科学教师培养标准（2020年版）》（Standards for Science Teacher Preparation）对新一代科学教师培养做出明确要求，强调学科内容知识是科学教师执教课程的基础和根本，突出对科学本质、科学文化的认识，提出科学教师培养应立足于学习进阶规律。我国相继出台《中共中央国务院关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》《新时代基础教育强师计划》《关于加强小学科学教师培养的通知》等文件，强调要建设高素质专业化创新型科学教师队伍。为实施精准化科学教师培训改革，需要全面分析我国小学科学教师教学实践的现状及其影响机制。教学实践被国际学界定义为课堂上发生的一切，包括如何构建知识与如何教授学生两方面（Sotomayor-Soloaga,2021），其目的是培养学生不同的学习能力（Zambrano,2018）。教学实践受教师个人情况、教育水平、社会信仰、教学效能感和教师角色认知等多个因素影响，并与教师的专业知识与信念以及专业发展密切相关（Sotomayor-Soloaga,2021）。因此，本研究依托2021年下半年教育部基础教学指导委员会科学教学专委会（以下简称“科学教学专委会”）组织的全国31个省（自治区、直辖市）的小学科学教师队伍现状调研数据，系统分析我国小学科学教师教学实践现状及其影响机制，为深化科学教师培训改革、促进小学科学教育提质增效提供循证依据。
（一）教师专业知识与信念对教学实践的影响
专业知识是教师教学实践水平提升的基础保障，教师信念则影响其实践行为与价值取向。教师知识涉及教师专业知识和教学法知识，前者一般包括学科知识、跨学科知识和学科前沿知识等，是各国教师专业标准的首要考核维度；
后者则包括学科教学法知识、一般教学法知识、学生知识等多方面（Thorén,et al.,2008），本研究将其置于教学实践维度考察。其中，教师学科教学法知识是在某一特定学科领域内，有利于教师将专业知识转化为易于被学生理解的学科表征的所有知识，为构建教师专业发展模式提供了重要的理论依据。教师只有将专业知识通过教师专业发展内化为学科教学法知识后才可将其采纳整合到自身认知图式中，进而改变自己的教学行为（Hood,2018）。扎实的基础知识和坚定的教学信念能显著提高教师的自我效能感，有助于教师克服STEM教学过程中的挫折，改进教学方法，提升课堂教学质量（Gardner&Worthy,2019）。新手教师的专业知识与信念会影响其科学论证和推理思维，从而影响其对教学方法的选择和科学实践活动的设计（Bennion,et al.,2022）。此外，教师自身特征在知识对教学实践的积极影响中具有调节作用（Yang,et al.,2020）。
（二）专业发展对教师知识与信念、教学实践的影响
教师专业发展是指教师专业知识、技能、价值观和个人素质不断提升与完善的过程，是教师从新手型教师向专家型教师发展的过程，教师培训是其最有效的提升途径之一（Sancar&Deryakulu,2021），可提升教师知识与信念，促进教师探究教学能力以及对学生为中心教学法的应用，反过来教学实践的提升又会促进教师知识与信念的深化（Desimone,2009）。采取积极、反思、协作、促进成长的价值取向构建专业学习共同体可以解决教与学的谜团（Mitchell&Sackney,2011），有助于提高教师专业知识，促进教师实践由传统教学转向探究教学（Dogan,et al.,2016）。良好的支持环境可以提高科学教师对科学本质和科学方法的认识，从而间接改善课堂教学（Akerson,et al.,2009）。同时，教师的先验知识与信念来自过去的经验，会通过教师专业发展进行更新与重构，从而改善其教学实践（Abell,2007;De Vries,et al.,2014）。TALIS 2018报告探讨了专业发展、教师知识与教学实践三者的关系，进一步指出，教师参与持续的专业发展活动能够提升其教学技能和信念以及工作满足感，从而对教学实践产生积极影响。针对专业发展参与率的分析发现，大部分教师重视学科专业知识和学科教学能力（OECD,2019）。专业发展对专业知识与信念、教学实践的链式促进作用得到学界认同，但是专业知识与信念影响教学实践的内在机制十分复杂，国外研究多基于专业发展的促进作用，以其为因变量，教师个体特征为调节作用，探讨教师培训、教研等对教师知识与信念的影响，最终指向教学实践改进。其研究假设在于专业发展的主导作用和教师知识与信念的易变性，突出教师的学科教学法知识，忽略专业知识。但是对于中国小学科学教师较为固化的专业知识与信念而言，先验性和稳定性为主的特征难以改变，更多通过专业发展将专业知识借助自我反思与重构内化为学科教学法知识，进而影响教学行为改变，从该逻辑出发有利于揭示中国小学科学教师教学实践的内在规律。因此，本研究将专业发展作为调节变量，探究小学科学教师专业知识与信念对教学实践的影响机制，为新时期小学科学教师培养的提质增量提供循证决策依据。
（一）指标体系与数据来源
本次调研用的指标体系源自TALIS 2018测评框架，包括教学、专业发展和学校领导3个维度。本次测评指标专业知识与信念、教学实践和专业发展稳定存在于历届TALIS测评框架中。基于此，结合我国小学科学教师实际情况确定指标体系的初稿，然后在科学教学专委会的支持下，对其主任和副主任委员（4人）、全体委员（20人）和秘书处（3人）在线进行了三轮专家德尔菲法的指标修订，最终确定本次调研用的指标体系，如表1所示。
表1 我国小学科学教师队伍现状调查指标体系
依据指标体系，北京师范大学科学教育研究院设计了第一版混合问卷（34道题目），然后结合科学教学专委会的小学科学教师教学状况调查问卷（20道题目）进行补充，形成第二版混合问卷。最后向科学教学专委会的全体委员和秘书处进行三轮专家德尔菲法的问卷修订，最终确定了第三版44个题项的混合问卷，从背景信息、专业知识与信念、教学实践和专业发展四个维度展开调查。本次调查共回收在线问卷134,973份，获得有效问卷131,134份，有效样本率为97.16%。问卷的背景信息包括自然情况、从教信息和相关信息，共计13项信息（见表2），调查样本的地区分布与《中国教育统计年鉴》（2020）中我国小学专任教师的整体分布较为接近。我国2020年小学科学专任教师数为230,201人，而此次调查样本中小学科学专任教师数为39,193人，占全国小学科学专任教师的17.03%，本次调查样本具有代表性。
表2 调查样本的人口学背景变量统计
为确保问卷中的量表题具有良好的可靠性和有效性，使用SPSS 25.0对其进行信度和效度检验。量表的信度采用克隆巴赫一致性系数进行检验，问卷所有量表题的克隆巴赫系数为0.958，专业知识与信念维度的克隆巴赫系数为0.826，教学实践维度的克隆巴赫系数为0.958，均大于0.80，因此量表具有可靠的信度，可以进一步开展效度分析。在具有良好专家效度的前提下，继续采用因素分析探索问卷的结构效度，总体KMO值为0.955，教学实践维度KMO值为0.947，均大于0.9，且p值均小于0.05，即Bartlett球形检验结果均达到显著性水平，因此该量表适合做因素分析。针对10道量表题做探索性因子分析，总量表抽取2个共同因子能够累积解释79.233%的变异量，且旋转后的成分矩阵题项与预设维度对应；
对教学实践维度，抽取3个共同因子能够累积解释87.385%的变异量，因此教学实践维度的量表提取3个因子具有合理性。检验结果说明量表具有良好效度。
（二）研究对象与变量模型
本研究核心自变量为专业知识与信念，核心因变量为教学实践，调节变量为专业发展。每个维度各包含3个一级指标，每个一级指标下设3个二级指标，针对每个二级指标设计1个题项测查。单选和排序题均采用统一赋值的方法，转化为五点计分方式统计，最终将每个维度合成计算总分，作为教师在各维度的得分。
考虑到教师的教学实践会受到个人情况（性别、年龄、学历、专业、职称和专兼任）、从教信息（教龄、科学课教龄、教师资格证、教师资格获得方式、聘用方式）和相关信息（地理地区、学校类型）13个背景变量的影响，为准确解释专业知识与信念对教师教学实践的作用机制，本研究将教师背景变量作为控制变量进行处理。首先通过描述性统计呈现我国小学科学教师在教学实践、专业知识与信念及其各指标上的均值水平与标准差，从而了解我国小学科学教师的职业素养现状。随后建立固定效应模型，排除教师背景情况对自变量和因变量之间关系的干扰，分析专业知识与信念对教学实践的影响，并探究专业发展在其中可能存在的调节效应。模型设定如下：
在模型（1）中，Practiceij表示第i所学校中第j名教师的教学实践，包括一般教学法、学科教学法和实践型智慧3个一级指标；
Xijk代表该名教师的个人信息与从教信息两方面，包括性别、所在地区、学校类型等在内的13个变量；
εij则是教师个体层面的随机误差项。模型（2）中的代表第i所学校第j名教师的第s项知识与信念。模型（3）和模型（4）在自变量中加入了Developmentij与·Developmentij，分别指第i所学校中第j名教师的专业发展、第i所学校中第j名教师的专业发展与第i所学校第j名教师的第s项知识与信念的交互项，而交互项的系数φ用以判别专业发展的调节作用。依据以上模型设定，本研究构建了13个模型以分析教学实践的影响机制，其具体含义见表3。
表3 小学科学教师教学实践影响机制的模型解释
（一）小学科学教师教学实践现状
本次调研的小学科学教师的教学实践（M=3.17，SD=0.65）涉及一般教学法、学科教学法和实践性智慧三个一级指标。其中，小学科学教师的一般教学法均值最高（M=3.27，SD=0.75），学科教学法次之（M=3.17，SD=0.79），最后是实践性智慧（M=3.09，SD=0.53），且三个一级指标两两之间均存在显著差异（p＜0.001）。从下属的9个二级指标均值来看（见图1），我国小学科学教师在师生互动（M=3.35，SD=0.81）、教学设计 （M=3.31，SD=0.82）和概念规律教学（M=3.28，SD=0.84）等方面表现相对较好，但在信息技术应用（M=2.64，SD=0.81）、跨学科与问题解决式教学（M=3.01，SD=0.89）、探究式教学（M=3.21，SD=0.84）等方面的教学实践能力较弱。此外，小学科学教师的信息技术应用能力在教学实践的9个二级指标中均值最低，亟须更加精准、系统与专业的高质量培训。
（二）小学科学教师教学实践的差异表现
小学科学教师的个人情况（性别、年龄、学历、专业、职称和专兼任）、从教信息（教龄、科学课教龄、教师资格证、教师资格获得方式和聘用方式）和相关信息（地理地区、学校类型）对其教学实践（一般教学法、学科教学法和实践型智慧）存在差异性影响。整体来看，男性教师、51～60岁教师、博士学历、理科背景、东北和华东地区、非师范院校毕业前考取教师资格证、城市市区学校、专任、企业编制、教龄31年以上、科学课教龄31年以上的小学科学教师在教学实践方面呈现明显优势。利用独立样本T检验及平均值相等性稳健检验方法对13个背景变量的小学科学教师教学实践及其三个一级指标均分进行差异分析。
首先，从性别、教师资格证和专兼任来看，男性教师在一般教学法、学科教学法以及实践型智慧方面均呈现显著优势；
持有教师资格证教师的一般教学法均值显著高于没有教师资格证的教师，而后者的学科教学法、实践型智慧均值显著高于前者；
科学课专任教师在教学实践各一级指标的均值上均呈现显著优势，但存在明显个体差异（见表4）。具体来说，男性教师的一般教学法、学科教学法以及实践型智慧均值显著高于女性教师，但女性教师在三个一级指标的得分更为集中；
没有教师资格证的教师三个一级指标的均值更集中；
科学课专任教师在教学实践及其三个一级指标的均值显著高于科学课兼任教师，且较兼任教师而言均值更集中。
表4 独立样本T检验结果
其次，从地理地区和学校类型看，不同地理地区的小学科学教师在各一级指标上均存在显著性差异，东北地区小学科学教师的教学实践及其三个一级指标的均值最高；
城市市区学校小学科学教师的教学实践（F=253.627＊＊＊）及其三个一级指标显著高于其他学校类型。具体而言，东北地区小学科学教师的教学实践 （F=245.831＊＊＊）、一般教学法 （F=286.903＊＊＊）、学科教学法 （F=215.961＊＊＊）、实践型智慧 （F=144.904＊＊＊）均值显著高于除华东地区以外的其他5个地区。城市市区学校小学科学教师的一般教学法均值较其他学校类型更分散，县城学校小学科学教师的学科教学法、实践型智慧的均值较其他学校类型更分散。
从年龄、学历、学科背景看，51～60岁教师的一般教学法、学科教学法、实践型智慧均值最高；
不同学历的小学科学教师在各一级指标上均存在显著性差异，硕士学历教师的一般教学法、学科教学法、实践型智慧均值最高；
理科背景的小学科学教师的一般教学法、学科教学法、实践型智慧的均值呈显著优势。具体而言，51～60岁教师的一般教学法（F=56.965＊＊＊）、学科教学法 （F=47.262＊＊＊）、实践型智慧（F=68.608＊＊＊）均值显著高于除60岁以上的其他5个年龄段教师，且51～60岁教师的一般教学法均值分布最集中，61岁以上教师的学科教学法、实践型智慧的均值最分散。硕士学历教师的一般教学法（F=38.163＊＊＊）、学科教学法（F=35.489＊＊＊） 均值显著高于博士学历以外的其他4个学历，实践型智慧（F=29.014＊＊＊）均值显著高于中专（高中）、大学专科和大学本科学历，且博士学历教师各一级指标均值较其他学历更分散。音体美背景教师的一般教学法、学科教学法、实践型智慧均值较其他4个专业更分散。
最后，从教师资格获得方式、编制、职称、教龄与科学课教龄看，非师范院校毕业前考取教师资格的教师在一般教学法、学科教学法、实践型智慧指标上的均值最高；
企业编制教师的一般教学法、学科教学法、实践型智慧的均值较高；
正高级教师在各一级指标上的均值最高；
教龄31年以上和科学课教龄31年以上的教师在教学实践各一级指标上的优势明显。具体而言，师范院校毕业前被授予教师资格的教师一般教学法、学科教学法和实践型智慧均值最分散。兼职代课教师的一般教学法均值最集中，流动编制教师的学科教学法均值最集中，其他聘用方式教师的实践型智慧均值最集中，而事业编制教师的一般教学法、学科教学法和实践型智慧均值最分散。正高级教师在各一级指标上的均值显著高于其他5类职称，且正高级教师的一般教学法、学科教学法和实践型智慧均值最分散。教龄31年以上教师的一般教学法（F=89.695＊＊＊）、学科教学法 （F=82.310＊＊＊） 和实践型智慧（F=108.931＊＊＊）的均值显著高于其他教龄，而教龄为5～10年的教师各一级指标的均值最低。科学教龄为31年以上教师的一般教学法（F=647.998＊＊＊）、学科教学法 （F=603.111＊＊＊）、实践型智慧 （F=475.008＊＊＊）均值显著高于其他科学教龄的教师，而科学教龄为5年以下教师各一级指标的均值最低。
综上所述，我国小学科学教师教学实践方面的一般教学法最好，实践性智慧最弱，具体来看实践型智慧下的信息技术应用、学科教学法下的跨学科与问题解决式教学以及探究教学等能力薄弱。通过差异性分析可知，除教师资格拥有情况外，其他12个背景变量对教师教学实践均具有显著影响。为进一步判断各变量对教学实践的影响大小，将13个背景变量作为自变量，教学实践作为因变量进行线性回归分析。通过比较回归结果的显著性和回归系数绝对值的大小，可以看到背景变量对教师教学实践产生显著影响，影响情况由大到小依次为（前十位）：专兼任 （0.171＊＊＊）、科学课教龄 （0.129＊＊＊）、性别 （-0.060＊＊＊）、地理地区 （-0.056＊＊＊）、聘用方式 （-0.041＊＊＊）、职称 （-0.039＊＊＊）、学校类型（0.028＊＊＊）、教师资格获得方式 （-0.026＊＊＊）、教龄（-0.016＊） 和专业类别 （0.015＊＊＊）。由此可见，提高小学科学教师的专任率、拥有稳定的科学课任教经历、提高男性科学教师比例、注重区域、校际科学教育资源均衡发展、提高薄弱地区和薄弱学校的科学教师质量等对小学科学教学实践的提升具有显著的促进作用。
为分析专业知识与信念对教学实践的影响，并探究专业发展在其中可能存在的调节效应，本研究采用固定效应模型展开讨论，表3详细阐述了所构建的13个模型的具体含义。模型1分析背景变量对教学实践的影响，结果显示，除年龄和最终学历外其他变量都会对教学实践产生影响。将剩余12个模型按照自变量与调节变量分为三类：第一类探究教师专业知识与信念（模型2）及其一级指标（模型3）对教学实践的影响；
第二类探究教师专业发展（模型4）及其一级指标（模型5、6、7）在专业知识与信念对教学实践影响中发挥的作用；
第三类探究教师专业发展（模型8、9）及其一级指标教师培训状况（模型10、11）和学校氛围（模型12、13）所发挥的调节作用。
（一）专业知识与信念助益教学实践，但认识论信念外化于教学实践存在困难
由模型2可知，专业知识与信念会对教学实践产生显著影响（γ=0.421，p＜0.001），教师的知识与信念每提升1个单位，其教学实践便会上升0.421个单位。根据模型3，在知识与信念的3个一级指标中，专业知识对教学实践能力的正向影响最大（γ=0.677，p＜0.001），教学信念次之，而认识论信念则会对教学实践产生极低的负向影响，进一步分析其原因在于二级指标科学教师角色的认识对教学实践的负向作用，由此可见我国小学科学教师对自我角色的认同感极弱，不利于课堂教学实践（见表5）。教师教学理念与教学实践的不平衡限制了前者在其教学行为层面的外化（Nawanidbumrung&Samiphak,2019），课程设计时间与分工状况等同样限制教学实践的效果（Lawrence&Lentle-Keenan,2013）。科学教师的信念是科学教育的灵魂，各国科学教师专业标准均将教师信念作为关键维度，作为专业品质的核心要素或者专业知识与理解的精髓来要求。调研表明，我国科学教师的教学信念较为薄弱，教师对师生关系和学生评价的认识水平相对较低，认识论信念对教学实践的负向作用也体现了我国科学教师尚未形成有助于教学实践的信念；
专业知识虽然对教学实践的正向影响最大，但是其中的学科知识呈现较低水平，科学教师的学科内容知识亟须提高。
表5 专业知识与信念对小学科学教师教学实践的影响
（二）教师专业发展能提升教学实践质量，改善知识与信念的不利影响
为进一步探讨教师专业发展在专业知识与信念对教学实践助益作用中的调节效应，在模型中加入教师专业发展这一变量（模型4），结果表明专业发展会对教师教学实践产生显著的提升作用，教师专业发展每提升1个单位，其教学实践便会上升0.321个单位。与此同时，专业知识与信念对教学实践影响的标准化系数则由0.421下降到了0.357。进一步探索教师专业发展下的3个一级指标教师培训状况、教育教学支持、学校氛围在专业知识与信念、教学实践关系中的调节效应。在表4中分别加入教师培训状况（模型5）、教育教学支持（模型6）、学校氛围（模型7），结果表明这三个一级指标均对教师教学实践产生显著作用（p＜0.001），标准化回归系数分别为0.273、0.168、0.213（见表6）。这说明高质量的教师培训能帮助教师提高教学实践效果，学校在课时安排、专职实验员设立、参考资料提供、校内科学教研活动开展等多方面提供教育教学支持，有助于小学科学教师教学实践的提质增效。研究表明，教学实践中做出最大改变的是那些在科学教学方面受过更多培训的教师（Solbes,et al.,2018），他们能够从培训中提出创新建议，实现障碍最小化和资源优化，凸显了专业发展对教学实践的重要作用（Meléndez,et al.,2021）。
（三）教师培训状况、学校氛围在专业知识对教学实践的影响中起正向调节作用
为探究专业发展的调节作用，将教师专业发展以及知识与信念的交互项、专业发展以及知识与信念3个一级指标的交互项分别加入模型8、模型9，通过交互项的系数来检验专业发展的调节作用。分析发现，模型8中知识与信念×专业发展的回归系数未达到显著水平，模型9中专业知识×专业发展、认识论信念×专业发展、教学信念×专业发展的回归系数也均不显著，说明专业知识及其一级指标并没有在知识与信念对教学实践的积极影响中发挥调节作用（见表7）。研究表明，是否拥有科学学位（Yang,et al.,2020）以及在所教科目上的专业能力（Goldhaber&Brewer,2000）会影响教师知识及其教学成效。结合本研究的样本分布情况，小学科学兼职教师占比超过70%，大部分科学教师由其他学科教师兼任，这些教师相对缺乏系统、全面且专业的科学知识、实验技能和科学方法，对科学学科的认识和理解不深，内在动机不强烈，所以专业发展对专业知识与信念转化为教学实践的调节作用不显著。
表7 专业发展对小学科学教师教学实践的调节作用
而后，将教师培训状况和知识与信念的交互项、教师培训状况和知识与信念的3个一级指标的交互项分别加入模型10、模型11，通过交互项的系数来检验教师培训状况的调节作用（见表8）。可以发现，仅专业知识×教师培训状况的回归结果显著（p＜0.001），标准化系数为0.009，说明教师培训状况仅在专业知识与教学实践的关系中具有正向调节效应，即教师培训状况越好，越有利于发挥专业知识对教学实践的促进作用，这可能与教师的科学课教龄有关。已有研究对比生物教师在不同学术机构进行专业发展的情况，发现教学经验较少的教师主要关注所教学生生物知识与自身生物知识的差距，并反映在教学之中（Rozenszajn,et al.,2019）。而在本研究中，科学课教龄在5年以下的小学科学教师占比超过60%，6～10年的教师占比超过80%。这些教师相较于其他教师而言科学课教龄偏短，教学经验偏少，故可能更多关注科学专业知识的提升，基于高质量培训夯实专业知识，进而提升教学水平，教师培训质量会调节教师的专业知识对教学实践的影响。
表8 教师培训状况对小学科学教师教学实践的调节作用
进一步将学校氛围和专业知识与信念的交互项、学校氛围和专业知识与信念的3个一级指标的交互项分别加入模型12、模型13，通过交互项的系数来检验学校氛围的调节作用（见表9）。可以发现，仅专业知识×学校氛围的回归结果显著（p＜0.01），标准化系数为0.006，说明学校氛围仅在专业知识与教学实践的关系中具有正向调节效应，即科学开课安排等制度保障、专门的科学实验室等物质保障、组内教研等教师学习共同体生态越完善，小学科学教师专业知识对教学实践的促进作用就越突出。积极创新的学校氛围会正向影响教师的知识共享和工作投入，并最终影响教师的知识创造与课堂实践（Song,et al.,2014）。本研究发现，学校在制度、物质和教研共同体方面施加保障，有助于提高小学科学教师的教学投入度，增强他们的教学积极性与自我效能感，最终促使小学科学教师的专业知识向教学实践的积极转化。
表9 学校氛围对小学科学教师教学实践的调节作用
（一）针对教学实践薄弱环节，实施高阶思维达成的精准培训
我国小学科学教师在师生互动、教学设计和概念规律教学等方面表现相对较好，但信息技术应用、跨学科与问题解决式教学、探究式教学等方面的教学实践能力较为薄弱，难以胜任人工智能时代创新后备人才培养的迫切需求，尤其缺乏高阶思维达成的有效途径。调研显示，我国小学科学教师培训现状不容乐观，有17.4%的小学科学教师在过去一年内没有参加过任何形式的教研组活动和专业培训。我国当前小学科学教师培训侧重概念规律和学科专业知识，较少涉及跨学科教学、科学探究和项目式教学等高阶思维培养的教学模式，尚未形成普遍、稳定的教研共同体，培训内容难以满足我国高质量专业化教师队伍建设目标，难以保障小学科学课程改革的落地见效，科技创新后备人才的早期培养事业堪忧。研究也发现，高质量的专业化培训对小学科学教师专业知识转化为教学实践的促进作用更突出，需针对教学实践薄弱环节实施高阶思维达成的精准培训，加强小学科学教师的信息技术应用、跨学科和问题解决式教学以及项目式教学能力培养。
因此，一方面应丰富和深化教师培训内容，更多关注教师跨学科概念理解（高潇怡,孙慧芳,2020）、探究式教学观念（王林雪,吴玉贝,等,2015）、多种思维方法的综合运用（阮庆元,方向东,等,2020）等薄弱环节，对标教师专业知识、科学思维方法与品质、学生学习规律与教师教学实践提升的综合素质培训；
另一方面应进一步提高培训的灵活性，改革职前科学教师培养模式，着力提升小学科学教师信息技术应用能力与科学素养，从培训途径、培训时间、培训内容等方面丰富培训类型、组织方式与主题内容。例如，英国的曼彻斯特大学通过设立多种不同形式的课程，利用晚间和周末帮助在职教师在短期内迅速提升专业水平（关松林,2015）。此外，应该积极建立教育、科技与科普领域的协同创新平台与协作机制，提升我国科学教师的培训水平与专业素质，注重真实课堂教学情境中以学生为中心的科学知识、科学方法与科学思维培育，创新科学教学模式与规划实验教学设计，汇聚各级各类资源支持科学教师专业发展，促使教师不断反思与提高科学教学质量，遵循教师间接经验与直接经验的统一规律。
（二）分段分级设计小学科学教师专业标准，完善专业化培养愿景
教师扎实的专业知识功底和坚定的教学信念是高质量教学实践的重要保障。美国颁布的《科学教师培养标准（2020年版）》要求科学教师将学科内容知识作为发展基础。本次调研结果显示我国小学科学教师队伍中超七成为兼职教师，且大部分小学科学教师并非理科背景出身。非专业背景的教师难以胜任新型教学变革（Zembal-Saul,2018），我国小学科学教师专业标准体系建设迫在眉睫。美国、英国、澳大利亚、菲律宾等国家的教师专业标准较为成熟，且在科学教师教育方面经验丰富，分级分段设计科学教师专业标准，贯通职前培养、入职遴选与职后发展三个阶段，且注重每个阶段的进阶特征和发展水平。调研显示，我国小学科学教师的认识论信念相对较好（M=2.95，SD=0.81），专业知识次之（M=2.77，SD=0.79），教学信念最低（M=2.47，SD=0.96）。在下属的9个二级指标中科学教师角色（M=3.23，SD=1.02）、跨学科知识（M=3.05，SD=0.86）和前沿知识（M=3.02，SD=0.89）等方面表现相对较好，但学科知识（M=2.24，SD=1.25）、教学认识（M=2.34，SD=1.58）和师生关系（M=2.26，SD=1.21）亟待加强。
小学科学教师的学科知识是其他专业知识的基础，是科学教学的根基，影响科学教师的教学规划、课堂互动和积极反思（Abell,2007）。教学信念会影响教师的自我效能感、科学论证和推理思维，有助于教师克服教学困境，改进教学方法和活动设计。目前，专业标准主要以育人、课程内容、学业质量、指导、学段衔接为导向，建议教师从专业进修活动入手，在真实情境中学习和与他人合作，鼓励经验丰富的教师与实习教师紧密合作，针对疑难和关键教学问题进行有效开发、应用和评估，进而提升教学信念（De Vries,et al.,2014）。此外，教师通过观察、反思并与其他教师讨论学生的学习状况，同样有助于改进教师的教学信念（Boesdorfer,et al.,2019）。因此，科学教师的职前培养与职后培训需要关注专业知识和信念的养成与重构，我国小学科学教师培养需要发挥高水平师范院校的引领作用，增设专业实践课程比重，持续实施卓越教师培养计划，打造高校与小学合作的协同育人模式，满足学校科学学科发展建设需要，在2025年之前实现“建成一批国家师范教育基地，形成一批可复制可推广的教师队伍建设改革经验，培养一批硕士层次中小学教师和教育领军人才”愿景。同时，选拔优秀人才担任小学科学教师，通过教师资源共享形式引进优秀科学教师，规范科学教师队伍体系（吴雷,关卓轶,2019）；
优化职后教师队伍结构，推进教师人事管理，建立职前职后一体化教师教育体系（王钰巧,方征,2016），打造一支高素质、专业化、创新型的科学教师队伍。
（三）建立健全教学实践保障机制，尊重科学教育规律，构建协同体系
调研表明，我国小学科学实验室、实验员和教学参考资料等资源的供给较为匮乏。小学科学教师的教学参考材料主要为教学参考书（57.6%），其次是通过网上下载（24.5%），仍有4.2%的教师备课时无参考资料，配套的教学资源包和在线的教学资源极度缺失。17.0%的教师所在学校没有专门的实验室，56.1%的学校有1个实验室，仅有13.8%的学校有2个实验室。65.5%的学校没有专职实验员，仅有14.6%的学校有1名实验员。部分学校科学课程的课时安排仍未达到国家课程方案要求。本次调研中教师所在学校开设小学科学课的周课时数基本在1～2节，各年级1课时和2课时合计占比在58.8%～77.0%之间。一、二年级未开课率超过8%，其他年级未开课比例均在2%以内，每周3课时以上的学校比例不足15%。2020年国家义务教育质量监测的科学学科报告指出，学校科学实验教学资源配备状况较好，但部分资源使用状况不佳。与此同时还存在资源的城乡失衡现象（李娟,等,2017）。总体来看，教学资源的匮乏严重制约了教师的专业发展水平，且阻碍了小学科学教师的教学实践。学校层面提供的科学开课安排等制度保障、专门科学实验室等物质保障、组内教研等教师学习生态文化保障越完善，小学科学教师专业知识对教学实践的促进作用越突出。
因此，首先需要健全教师专业发展的制度保障机制。学校在明确自身办学定位、确立人才培养标准的基础上，建立小学科学教师聘用和教学（含实验教学）实施的保障体系与科技后备人才培育的评价策略。各级教育行政部门要加强监督管理，提升学校支持科学教学的积极性与领导力。其次，全面构建教师协作交流的文化生态，打造专业培训与组内教研相互促进的教研共同体新格局。一方面，聚焦课程改革理念，深化教师专业培训改革，满足小学科学教师专业发展需求，共享优质课程资源。另一方面，教师的共同愿景和协作氛围是维持有效教研共同体的必要前提，集体探究与协作有利于促进教师课堂实践的转变，辐射其他教师共同发展（Attard,2012）。在教研共同体内充分发挥名师名校长的带动作用，努力造就一批小学科学教育家、大先生，引领科学教育系统性改革。最后，做好人力和物力保障，提高科学教师的专任率和实验员的聘用率，提升小学科学实验教学地位，因地制宜建设专业化、标准化和多功能的小学科学实验室，发展虚拟仿真和数字科学实验室，拓展在线实验实训平台与实验教学资源联盟等，确保科学实验室与各类实验资源的有效使用。
（四）强化小学科学教师学科身份认同，激发内生动力
教师教学持续的内生动力有助于消解教育教学支持系统不平衡对教师教学实践的不利影响。现有研究表明，内生动力直接决定教师的工作状态（崔勇,沈媛元,2019），在教学实践过程中建立外在激励机制尤为重要。因此，一方面应该针对当前小学科学兼任教师为主的现实状况，根据教学评价和业绩表现对小学科学兼任教师进行奖励和变动岗位（转为专任等），并充分发挥小学科学教研员的引领和带动作用，激发教师科学教学的积极性和持续创新动力（Firestone,2014）。另一方面，针对小学科学教师的专业化发展困境与职业倦怠，教育管理部门、职后教育机构和教师所在学校应共同开发更加开放与多元的科学课程体系，为教师的专业发展提供高质量的教学资源，从而提高教师的教学自主性与积极性（Abós,et al.,2018）。科学的评价政策是实施上述措施的前提，评价政策应对科学教师和管理者具有实用性，强调学科专业发展和教师专业化，以内在机制激励教师反思与转变，促进教师的持续成长与终身学习（Mintz&Kelly,2018），提升教师的科学学科身份认同以及科学教学内生动力的持续涌现。此外，还应注重小学科学教师专业知识与信念的与时俱进，紧跟国际科学教育改革发展趋势，借助新兴技术与前沿科技，遵循中国特色的科学教育规律，为教师理解当代科学的社会使命和内化科技创新的国运重担铸魂固基。
综上所述，新一轮科技革命、产业变革和教育变革加速发展，叠加疫情影响，世界创新格局正在发生深刻变化。我国要实现高水平科技自立自强、回答好“钱学森之问”，必须解决科技自立自强的人才自主培养问题。对标国家发展对一流科技创新人才的迫切需求、国际科学教育现状以及本次调研，可以发现我国小学科学教育发展严重滞后，小学科学教师队伍更是科学教育“短板中的短板”。近日，教育部办公厅印发的《关于加强小学科学教师培养的通知》瞄准科学教育薄弱环节，吹响了我国中小学科学教育改革的号角。全国各省市正积极响应、推进小学科学教师职前教育和职后培训，相信在持续努力下，必能认清小学科学教育在教育强国中的奠基性作用，凝心聚力形成小学科学教师队伍高质量发展的良好环境，为实现我国自主培养科技创新后备人才铸魂强基。
致谢：教育部基础教育教学指导委员会科学教学专委会对调研问卷进行了三轮专家德尔菲修订，并经各位委员调动广大教研员和一线教师填报，华中师范大学教育大数据应用技术国家工程研究中心建立相关平台收集此次大规模数据，向他们做出的重要贡献和支持表示由衷的感谢！
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