在全球科技竞争与教育数字化转型的双重驱动下，科学教育已成为各国培育创新人才、提升国家竞争力的战略基石。联合国教科文组织《全球教师报告》指出全球面临严重的教师短缺问题，科学教师因STEM领域需求增长尤为紧缺。科学教师的教学能力需从“知识传递”转向“素养生成”，其核心在于学科教学知识的深度建构与动态转化。当前，我国正处于教育高质量发展的关键阶段。《义务教育科学课程标准（2022年版）》将“科学思维”与“探究实践”列为核心素养，凸显了科学教育从“知识本位”向“育人导向”的转型诉求。2023年5月，《教育部等十八部门关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》明确指出，打造高素质科学师资队伍是提升科学教育质量的关键所在。然而，我国中小学科学教师的PCK发展面临多重挑战。这与美国、芬兰等国家通过系统化政策设计促进PCK发展的实践形成鲜明对比。美国的《新一代科学教育标准》三维目标框架，芬兰通过现象式教学推动教师PCK的情境化重构等，这些经验为我国破解科学教师专业发展瓶颈提供了重要参照。本文试图深入剖析我国中小学科学教师学科教学知识发展中存在的问题，选取美国等国家的PCK发展模式进行解构，结合我国科学教育改革的本土化诉求，提出PCK优化路径。这一探索对于加快科学教师队伍建设，提高科学教育质量具有重要意义，为中国特色科学教师专业发展体系提供策略支持。

舒尔曼在1985年美国教育研究协会年会上提出学科教学知识概念，并强调学科教学知识有助于理解教师如何将学科知识转化为教学知识并与学生的学习联系起来。我国科学教师PCK理论主要源自国外，教师在学习和应用时，由于原生理论的生态环境与我国教育实际存在差异，难以将理论与自身知识结构有机融合。部分教师对PCK理论的学习浅尝辄止，缺乏对其内涵和应用方法的深入理解。

一是教师科学探究理解碎片化。我国中小学科学教师对科学探究的理解呈现“支离破碎”的状态，难以系统把握“提出科学问题—设计探究方案—数据转化—构建解释”的完整逻辑链条。例如，在实验教学中常出现无法有效区分科学问题、将数据转化为证据等关键环节脱节的现象。

二是教师跨学科概念整合能力不足。面对学生的科学概念理解问题，由于教师缺乏对前概念和迷思概念的深入理解，仍然以单一学科逻辑组织教学内容，导致学生难以形成对学科大概念的认知。这种理论把握的不足直接影响了科学教师PCK的有效实践。

科学教师PCK发展水平体现着科学教师专业化发展程度。当前，科学教师PCK水平呈现不均衡态势。

一是城乡科学教师的PCK水平发展不均衡。总体来看，乡村教师在课程内容理解、学习者知识、学生已有知识经验分析以及教学评价等方面不如城市教师清晰。

二是专家型教师与新手教师在PCK水平上存在显著差异。专家型教师对课程内容结构的把握更加精准，能够深入理解学科知识的内在联系和逻辑体系，并将其巧妙地融入教学过程中。同时，其对学生的心理特点和学习规律也有着敏锐的洞察力，能根据学生的不同表现及时调整教学策略，使教学活动更加符合学生的学习需求。而新手教师虽然在教学策略理论方面有一定的储备，但实际操作能力相对薄弱，面对复杂的教学情境往往感到无从下手。

三是科学教师PCK结构要素之间发展水平存在差异。部分中小学教师对科学课程标准的理解不够深入，对教材整体结构和编排意图的把握不够准确，导致在教学过程中难以根据课程目标和学生需求进行合理的教学设计，以及全面、准确地评价学生的学习表现。

我国对科学教师PCK水平的评价方式主要集中于对教师PCK的静态测量，评价方式较为传统，缺乏对PCK动态生成过程和实践应用效果的全面评价，实验教学能力、跨学科课程设计等核心素养未被纳入评价框架，导致教师PCK迭代动力不足。评价方式大多采用调查问卷、纸笔测试等单一手段，这些方法虽然在一定程度上能了解教师对PCK相关知识的掌握程度，但较难深入挖掘教师在真实教学情境中PCK的运用能力和发展水平。评价内容往往过于注重学科教学知识的单一概况，忽视了PCK的动态情境性和实践性特征。在评价科学教师的课程知识时，大多关注教师对教材内容的熟悉程度，而忽略了教师对课程资源的整合能力、对课程标准的理解与应用能力以及在不同教学情境下对课程内容的调整和优化能力。在评价教学策略知识时，主要考察教师对各种教学方法的理论掌握情况，而较少关注教师在实际教学中能否根据教学目标、教学内容和学生特点选择合适的教学策略。

随着信息技术在教育领域的广泛应用，全球科学教育正朝着培养科学技术素养型教师的方向发展。然而，目前我国中小学科学教师在将信息技术整合到PCK中的能力还较为薄弱。教师对整合技术的学科教学知识的概念和内涵缺乏深入理解，在教学实践中难以将技术与教学内容、教学方法有机结合。一些教师虽然掌握了一些基本的信息技术工具，如多媒体课件制作软件，但在运用这些工具进行教学时，往往只是简单地将教材内容搬上屏幕，没有充分发挥信息技术的优势，根据教学目标和学生需求设计出具有互动性、体验性的教学活动。在教师培训计划中，由于缺乏相关政策的引导和支持，在推动科学教师TPACK整合能力方面缺乏明确的方向和有效的措施，鲜见将科学教师TPACK发展中的整合能力作为重点培养内容，尚未建立起相应能力评价体系，教师提升整合能力缺乏必要的目标和动力。

美国在2013年颁布的《新一代科学标准》深刻体现了PCK模型的理念。该标准以“探究式学习”为核心，倡导三维整合（学科核心概念、科学与工程实践、跨学科概念）与情境化设计，旨在通过整合学科内容与教学法，促进教师在真实情境中发展PCK。NGSS不仅强调探究式学习的重要性，还将PCK嵌入教师认证体系，确保教师具备在真实教学场景中动态调适学科知识的能力。例如，在STEM教育中，教师需运用莱斯转换模型，将复杂的学科逻辑转化为适应学生认知的教学逻辑，这正是PCK模型在实践中的具体应用。芬兰则通过重视校本教研共同体在教师专业发展中的作用，来推动PCK模型的构建和提升。在校本教研共同体中，教师们通过集体智慧和实践的探讨与分享，共同构建和提升他们的PCK。这种学习模式不仅减少了教师在面对教学挑战时的无助感和不确定性，还促进了教学智慧的生成和传播。

国际上对科学教师PCK发展强调扎根于具体教学情境，通过不断实践、反思与优化，实现理论与实践的深度融合。这种融合在不同专业发展阶段的科学教师中均有体现，即使是资深教师，其PCK发展并非全面均衡，在评估与课程知识等方面也存在相对薄弱的环节，需要通过持续的实践与反思来予以完善。在科学教师学科教学知识发展水平的形成中，研究者提出了专业培训框架、高效教师效能感、高度建构主义教学信念以及多年级教学经验等因素对PCK培育发展的实践路径。专业培训框架为教师提供了系统学习和提升PCK的机会，帮助教师更新教学理念、掌握先进教学方法；教师效能感高的教师更有信心和动力在教学中尝试新的策略和方法，积极应对教学挑战，从而促进PCK的发展；秉持建构主义教学信念的教师注重引导学生主动建构知识，有助于教师在教学实践中不断调整和丰富自己的学科教学知识；多年级教学经验能够使教师接触到不同年龄段和学习水平的学生，从而更好地理解学生的认知发展规律，为PCK的发展提供丰富的实践素材。

由于传统知识观中静态PCK的局限性，国际上已将目光转向动态PCK，充分考虑PCK的动态情境性与实践性特征。在科学教师PCK组成部分之间关系的评价上，更加注重PCK框架与组成部分之间的动态整合，试图捕捉更加灵活多变的PCK组成结构及其运行。在科学教师PCK发展评价方法方面，利用课堂观察、半结构化访谈和基于课程视频等方式，考察经验丰富教师的教学实例。研究发现，经验和反思一直是PCK发展的基础。通过长期的教学实践积累经验，教师能够不断优化自己的教学策略，丰富教学内容的呈现方式，加深对学生学习特点的了解；而反思则促使教师对自己的教学行为进行批判性思考，总结成功经验和不足之处，从而不断调整和完善自己的学科教学知识。研究表明，教师积极的教学态度和先进的教学信念有助于推动PCK的发展。同时，学生的成就也对教师PCK产生影响，当学生在学习中取得较好成绩或表现出积极的学习态度时，会激励教师进一步优化教学策略，提高教学质量，进而促进PCK的发展；反之，如果学生学习困难较多，教师则需要反思自己的教学，调整PCK的相关内容，以更好地满足学生的学习需求。

在全球科学教育致力于培养适应现代先进技术教师的背景下，信息通信技术在教学中的应用成为当代科学教师教育的核心关注点之一。美国在利用信息技术促进科学教师的教学反思方面，展现了其教育领域的先进性和创新性。通过将技术知识（TK）、教学法知识（PK）、学科内容知识（CK）以及整合技术的学科教学知识（TPACK）等元素融入教师的专业发展中，教师们能够更加深入地进行教学反思，进而提升他们的教学质量和效果。这些组件之间相互关联、相互影响，共同构成了教师在信息技术环境下的教学知识体系。在新加坡，科学教师在进行教学设计时，会考虑到信息技术的融入，如使用在线协作工具促进学生参与课堂讨论，以及利用移动设备进行科学实验的即时记录与分析。

研究发现，技术能力较强的教师能更好地运用学科教学知识，将技术有机融入教学过程中，创造更加丰富多样、富有吸引力的教学情境，从而提高学生的学习效果。在科学教师TPACK能力提升上，倡导中小学科学教师、实习教师和大学导师之间的经验交流与合作，通过共同参与教学实践、分享教学经验和技术应用心得，利用信息和通信技术加强教学以及开展同伴辅导，为教师提供了更多学习和成长的机会，有助于共同发展TPACK。

第一，完善科学教师PCK本土化理论。构建完善的科学教师PCK理论体系是推动教师专业发展的基石。当前我国应积极开展本土化的PCK理论研究，将国外先进理论与我国教育实际相结合，实现从引介到创新的转变。一方面，加大对PCK框架的实证研究力度，通过大规模的调查研究、案例分析和实验研究等方法，深入探究我国科学教师PCK的结构、特点和发展规律，形成具有中国特色的PCK理论框架。针对我国不同地区、不同类型学校的科学教师进行分层抽样调查，分析它们在PCK各组成部分上的表现差异，以及这些差异与教学效果之间的关系，为构建符合国情的PCK理论提供实证依据。另一方面，从整体视角深入研究影响科学教师PCK发展的因素，包括内部因素（如个人动机、自我效能感及学习准备度等）与组织环境因素（如专业培训与学校系统等）。通过调查研究和实证分析，揭示这些因素对PCK发展的作用机制，为制定科学合理的教师专业发展政策和提供针对性的支持措施提供理论依据。

第二，拓宽科学教师PCK理论学习与实践渠道。一是教师增强PCK学习意识，主动提升专业素养。教师通过查阅国内外相关专业文献，及时了解PCK研究的最新动态和前沿成果，拓宽自己的知识视野；主动开展课题研究，在研究中学习和应用PCK理论，提升自身科研能力和实践水平；定期开展学术沙龙，与同行分享教学经验、探讨教学问题、交流学术观点，共同促进PCK的发展。二是拓展PCK实践与学习的广度，促进教师之间的协同互助。采用教师参与、专家引领、线上与线下相结合等多种方式，打破教师个体学习和实践的局限性。邀请专家现场指导和点评，帮助教师从理论高度理解教学实践中的问题和改进方向；利用网络平台开展远程教学研讨活动，打破地域限制，让更多的教师参与其中。三是建立科学教师PCK资源库，为教师的理论学习与实践转化提供有力支持。联合科学教育研究人员、一线科学教师与教研员等，从理论与实践角度开发PCK资源库，为科学教师理论学习与实践转化提供借鉴。资源库可以包括教学案例库、教学设计等内容，涵盖不同科学主题、不同教学阶段和不同教学情境下的PCK应用实例。教师可以通过资源库，获取相关的教学资源和经验分享，借鉴他人的成功经验，提高教学效率和质量。

第一，建立实践学习共同体，推进科学教师PCK水平均衡发展。城乡教师可以实行交流轮岗制，通过集体备课、听课、评课与教研活动，发现教学实践中存在的问题，不断实践与反思，实现共同进步。专家与新手教师可以建立师徒制，共同规划PCK探究实践。打破PCK教学理论与实践转化瓶颈，建立中小学与大学教师研究共同体。大学教师具有丰富的理论知识，中小学教师具有实践经验，双方合作可以优势互补。大学教师可以深入中小学课堂，观察教学实践，与中小学教师共同开展教学研究，为中小学教师提供理论支持和专业指导；中小学教师可以为大学教师提供实践案例，帮助大学教师更好地了解基础教育的实际需求，从而优化教师教育课程设置。

第二，在探究与反思实践中促进各要素协同发展。实践性是科学教师PCK最显著的特征，探究式教学实践是科学教师PCK生成发展的重要方式。科学教师要持续将PCK运用于教学实践中，把PCK以学生能够理解的方式转化，并在教学实践中不断反思，实现“在实践中反思”和“在反思中实践”的有机统一。[12]在此过程中，科学教师要积极开展行动研究。在职教师可以通过撰写教学日记、教育叙事、论文等方式，对自己的教育教学行为进行总结和反思，分析教学中的成功经验和不足之处，提出改进措施，不断完善自己。同时，教师要深入了解学生的学习需求、学习风格等，以便更好地选择教学内容和教学策略，促进科学教学取向、科学课程、教学评价的协同发展。

第三，完善PCK课程体系，提供专业培训。完善PCK课程体系建设是提升科学教师PCK水平的重要保障。从职前学习与准入方面来看，师范院校应优化科学教育专业课程设置，增加PCK相关课程的比重，如开设“科学学科教学知识”“科学课程设计与实施”“科学教育评价”等课程，系统地培养职前教师的PCK。同时，加强实践教学环节，为职前教师提供更多的教学实习和见习机会，让他们在真实的教学情境中感受和应用PCK。在教师准入方面，应将PCK水平作为重要的考核指标之一，确保新入职教师具备一定的PCK基础。在职后培训与进修方面，教育部门和学校要定期组织科学教师参加PCK培训，加强学科教学知识理论前沿、教学实践案例分析、新兴教学技术应用等培训内容。

其一，创新评价方式，突出动态生成性。为精准地评价和表征教师的PCK水平，开展由静态转向动态生成下的科学教师PCK评价。传统的静态评价方法无法反映科学教师PCK的课堂实践生成过程，忽略了科学教师PCK的探究实践特征。为突出科学教师在真实教学活动中所面临的复杂情境，应采用学科教学知识图像表征型测评方式，如概念图、PCK图谱等，凸显教师学科教学知识结构之间的动态关系。通过绘制PCK图谱，将各个组成部分之间的相互作用可视化，深入了解教师PCK的内在结构和发展水平。为了反映科学教师在真实课堂中的PCK状况，可采用课堂观察法、视频分析法和访谈法，特别是基于视频和课堂观察后的访谈，更有利于捕捉科学教师的动态PCK。通过课堂观察和视频分析，可以直接观察教师的教学行为、学生的反应等，通过访谈则可以深入了解教师的教学思路、决策依据以及对学生学习情况的判断等，从而更全面、准确地评价教师的PCK水平。

其二，细化评价内容，关注多元因素。在科学教师PCK评价内容上，应细化评价对象分类，聚焦具体科学主题，反映教师教学实践的动态过程与思考，全面分析科学教师PCK的影响因素。除了对比专家教师与新手教师、城市教师与乡村教师以及职前教师与在职教师，还应考虑专职教师与兼任教师的不同，使评价更加科学化与精准化。在科学教师PCK影响因素上，应充分考虑与其他变量的关系，关注科学教师的个人动机、学习准备度、教学效能感、教学取向以及职业发展等内部影响因素，分析专业培训、学校系统、人为因素、学生因素等外部影响变量等，进而针对性地提出发展科学教师PCK的建议。

一是深化TPACK认知，提升整合技术水平。从教师的技术水平、动态的学习环境、教师教学经验和自我效能感等方面研究科学教师TPACK的影响因素，关注科学教师TPACK工具的开发和验证，通过对TPACK组成部分与模型的研究，从TPACK的内容与教学实践两个方面提升科学教师整合技术的水平。关注教师教学经验和自我效能感对TPACK的影响，对于经验丰富且自我效能感高的教师，提供更具挑战性的技术整合任务，鼓励他们创新教学方法；对于经验不足或自我效能感较低的教师，给予更多的支持和培训，帮助他们提升TPACK能力。

二是聚焦科学教师信息技术素养提升，强化信息意识。中小学科学教师主动学习最新的教育科学技术，不断更新知识体系，强化信息意识，成为终身学习者。学校和教育部门要组织定期的信息技术培训，培训内容不仅包括基础的信息技术操作技能，如办公软件高级应用、多媒体课件制作等，还应涵盖新兴的教育技术，如人工智能辅助教学、大数据分析在教学中的应用等。鼓励教师参加在线学习社区、教育技术论坛等，与同行交流信息技术在教学中的应用经验，分享优质的教学资源和技术应用案例。教师自身也应积极探索新技术在教学中的应用可能性，尝试将新技术融入日常教学中。

三是优化组织环境，提供支持保障。加强顶层设计与宏观指导，从社会资源及监管评估等方面为科学教师PCK发展提供组织保障。政府应加大对教育信息化的投入，建设高速稳定的教育网络基础设施，为学校配备先进的信息技术设备，例如，智能教室、电子白板、科学实验模拟软件等；制定相关政策法规，规范教育技术产品的市场准入，确保教师和学生使用安全、有效的信息技术产品；建立科学的教师TPACK能力评价体系，将教师的信息技术应用能力纳入教师绩效考核和职称评定体系中，激励教师积极提升自己的TPACK能力。

四是学校应提供有利于科学教师学科教学知识教学的硬件和软件环境支持。硬件环境指科学教师TPACK教学中使用的设施，如计算机、科学实验室、教师培训设施等，学校要调动各方面力量，构建强大的硬件环境。软件环境包括专门的TPACK课程体系建设，针对TPACK的发展设置校本课程、科学教师TPACK知识库等；鼓励建立科学TPACK学习共同体，开发Co-TPACK学习模式，让中小学教师之间以及中小学教师与大学教师建立合作关系，发挥各自优势，促进科学教师TPACK的协同发展。建立教师信息技术应用激励机制，对在信息技术与教学融合方面表现突出的教师给予表彰和奖励，营造良好的信息技术应用氛围。