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基于实证研究的中小学生科学身份的系统性综述

A Systematic Review of Empirical Studies on K–12 Students’ Science Identity

发布时间：2026-07-10
作者: 杨月仙 :杭州师范大学 浙江杭州; YANG Yuexian :Hangzhou Normal University, Hangzhou;
摘要: 为响应“双减”政策与科教兴国战略需求，本研究采用系统性文献综述法，对2014—2024年国内外28项中小学科学身份实证研究进行梳理，旨在揭示其研究现状、核心问题与未来方向。研究发现：地域与学段分布显著失衡；干预效果异质性突出；学科与群体覆盖存在偏差；理论维度分歧显著。未来需通过跨文化比较、小学追踪研究、理论整合及本土化课程设计等，构建科学身份发展支持路径。
Abstract: In response to the Double Reduction policy and the national strategy of revitalizing science and education, this study adopts a systematic literature review method to examine 28 empirical studies on K–12 students’ science identity published between 2014 and 2024, aiming to reveal the current research landscape, key issues, and future directions. The findings indicate a significant imbalance in geographical and school-level distribution; notable heterogeneity in intervention effects; gaps in disciplinary and population coverage; and considerable divergence in theoretical dimensions. Future research should focus on cross-cultural comparisons, longitudinal studies in elementary schools, theoretical integration, and localized curriculum design to construct supportive pathways for the development of science identity.
关键词: 科学身份；中小学；实证研究；综述
Keywords: science identity; K–12 education; empirical research; review

引言

为深入推进科教兴国战略、人才强国战略以实现科技强国建设，习近平总书记于2023年2月在中共中央政治局第三次集体学习时强调要在教育“双减”中做好科学教育加法，激发青少年好奇心、想象力、探求欲，培育具备科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体。同年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》指出，要培养学生的科学精神、厚植家国情怀，努力在孩子心中种下科学的种子，引导孩子编织当科学家的梦想。我国以北京、上海、江苏、浙江为代表的四省市的学生在PISA2018中取得了令人瞩目的成绩：在科学关键指标上的平均成绩排名第一。然而，2020年国家义务教育科学学习质量监测数据显示，我国仅有近两成学生期望长大后从事科学相关职业。与此同时，经济合作与发展组织（OECD）于2023年6月正式发布了PISA2025科学素养测评框架，该框架在继承PISA2015和PISA2018的基础上，新增“科学身份”维度替代原有的“态度”维度。面对这样的时代要求和发展趋势，中小学生科学身份认同问题需要得到重视，因此对中小学阶段的科学身份认同实证研究成果进行系统梳理具有重要的现实意义。

一、问题提出

科学身份认同（Science Identity）是由“Identity”发展而来的，不同领域的研究者对该词有不同的解读，科学教育领域对科学身份认同一词还未有统一的定义。Carlone和Johnson将科学身份认同定义为：个体具备科学能力，能够胜任科学家的工作，在认可自己同时能被他人认可为科学人士。Warner基于Carlone的观点进一步提出科学身份认同即具有并表现出科学能力；愿意科学地理解世界；认为自己是“科学人士”同时也能受到他人的认可。Gee将身份认同可界定为“在某种特定情境中，被认可为某种人”，“人”也就是“身份”。Hosbein和Barbera对Gee身份理论进行解读，认为每个个体因所处环境不同而具有多重身份，但在多重身份中有一“核心身份”，“核心身份”强调的是跨情境的一致性，故在此基础上将科学身份认同定义为：在科学环境中（如课堂）被认可为“科学人”。

目前已有一些有关科学身份认同的综述，如Sandrone系统梳理了小中大学生的科学身份和自我效能感，探讨其测量方法及与其他因素的联系；Jiang通过对实证研究的系统回顾，探讨了大学生科学身份发展的相关经历及有效提升策略；Steinke从理论视角探讨了媒体中存在的刻板印象，及其对青少年女孩的STEM身份形成的影响，并提出扩展STEM身份概念框架的建议。但仍缺少聚焦中小学阶段有关科学身份认同的专门性文献综述，故本研究对近年来（2014—2024年）国内外中小学阶段有关科学身份认同的实证研究进行系统性文献综述，回答如下问题：中小学科学身份认同现状、研究方法、教学策略等方面的具体表现如何？未来研究方向如何？

二、研究设计

本研究采用系统性文献综述法，针对2014—2024年科学身份认同相关的中英文文献进行梳理，以总结近年来基础教育阶段科学身份认同的研究现状。本研究遵循国际上通用的系统综述和元分析优先报告条目的标准化文献选取和分析流程，整个过程包含：计划、文献检索、文献评估、抽取数据资料、整合数据和撰写综述。

（一）文献检索

本研究数据的主要来源为SSCI数据库和CSSCI数据库，中文期刊主要为《科普研究》《中国考试》《中国远程教育》《化学教育（中英文）》等；英文期刊主要为Research in Science Education，International Journal of Science Education，Journal of Research in Science Teaching，Science Education，International Journal of STEM Education，Environmental Education Research，Cultural Studies of Science Education，Science & Education，International Journal of Science and Mathematics Education等。上述期刊均经过严格的同行评议，是科学教育领域具有代表性的学术期刊。

本研究的检索关键包括：中文为“科学身份”“科学身份认同”“（科学OR物理OR化学OR生物）AND（身份）”；英文为“science identity”“student science identity”“（science OR physics OR chemistry OR biology）AND（identity）”，时间跨度为2014年1月—2024年12月。

（二）文献筛选

首先通过审阅标题、摘要和关键词，按如下标准进行初步筛选：研究对象为中小学生；针对科学身份开展研究；属于实证研究。初筛后，本研究共获得文献48篇，其中中文0篇，英文48篇。

下载并阅读全文，按如下标准进行二次筛选：有详细的科学身份认同评估；可获得全文的文献。二筛后，本研究共获得文献26篇，其中中文0篇，英文26篇。

最后浏览核心文献的参考文献，进行滚雪球式补充检索和筛选，本研究获得28篇，其中中文0篇，英文28篇。

三、研究结果

（一）文献基本信息分析

笔者针对文献基础特征初步分析，编码规则如下：文献基本信息，包括作者、发布年份、国家和学段；研究方法类型，分为问卷法、访谈法和观察法；研究对象特征，分为性别维度和族裔维度。编码结果如表1。

表1 科学身份文献基础特征编码统计
作者 国家 年级 研究类型 针对女性 针对族裔
Carlone, 2014 美国 小、初中 访谈 否 否
Fraser, 2014 美国 初、高中 问卷 否 否
Kane, 2016 美国 小学 访谈 否 是
Chapman, 2017 美国 高中 访谈 否 否
Archer, 2018 英国 初中 访谈 否 否
Hill, 2018 美国 初中 问卷 是 是
Williams, 2018 美国 初中 问卷 否 是
Kim, 2018 加拿大 小、初中 观察 否 否
Vedder-Weiss, 2018 以色列 小、初中 观察 否 否
Todd, 2019 美国 初中 混合 是 否
Chappell, 2020 美国 高中 访谈 是 是
Jiang, 2020 美国 初中 访谈 否 否
Reilly, 2021 美国 初中 混合 否 否
Williams, 2021 美国 初、高中 混合 否 否
Puente, 2021 美国 初、高中 问卷 否 是
Alhadabi, 2021 美国 高中 问卷 否 否
Salvad´o, 2021 西班牙 小学 访谈 否 是
Wade-Jaimes, 2021 美国 初中 访谈 是 是
Salehjee, 2022 英国 高中 访谈 是 是
Chen, 2023 中国 高中 问卷 否 否
Harper, 2023 美国 高中 访谈 是 是
Todd, 2024 美国 高中 混合 否 否
Ofek‑Geva, 2024 以色列 小、初中 访谈 否 否
Jiang, 2024 中国 初、高中 问卷 否 否
Hill, 2024 美国 初中 问卷 否 否
Lockhart, 2024 美国 高中 问卷 否 否
Küçükaydın, 2024 土耳其 小学 问卷 否 否
Zhu, 2024 中国 高中 问卷 否 否

1. 发布年限、分布地区、研究类型及学段

从发表年限来看，针对中小学生科学身份相关研究的发文量于2014—2024年呈现出逐渐递增的趋势。

就地区分布而言，美国在该领域的发文量处于绝对领先地位，共计19篇；中国紧随其后，发文量为3篇；英国、以色列的发文量为2篇；加拿大、土耳其、西班牙的发文量各为1篇。综合来看，中小学科学身份的相关研究主要集中在经济较为发达的国家，地域之间的研究产出差距明显。

从学段来看，初、高中阶段的学生是该领域研究的主要群体。其中，以初中学生为研究对象的文献有8篇；以高中学生为研究对象的同样为8篇；同时针对初、高中学生开展研究的文献有5篇。相比之下，小学阶段的相关研究较少，以小学生为研究对象的文献仅有3篇；同时涉及小学和初中学生的研究有4篇。总体而言，初、高中学段在中小学生科学身份相关研究中受到的关注程度较高，是该领域的主要研究学段。

2. 研究方法类型和研究对象特征

从研究方法来看，该领域研究主要采用问卷法、访谈法、观察法和混合研究法（同时使用两种及以上研究方法）。其中，运用问卷法进行的定量研究有11篇；运用访谈法开展的质性研究有10篇；采用混合研究法的文献数量为5篇；而仅通过课堂观察或视频观察进行研究的文献仅有2篇。

在研究对象的特征方面，主要涉及两个关键维度。从性别维度分析，多数研究未对性别进行区分，此类研究为21篇；少数研究则聚焦于女性群体展开，共计6篇。从族裔维度来看，大部分研究未对人种加以区分，数量为19篇；而以有色人种为研究对象的文献有9篇。值得注意的是，在这些研究中有5篇专门针对有色人种中的女性群体展开探究。

（二）文献内容分析

1. 现状调查类研究内容分析

基于横断面研究设计，现有文献多采用多元回归分析方法对一次性问卷调查数据展开实证分析（见表2），旨在量化揭示人口学变量及社会文化资本对中小学生科学身份建构的预测效应。文献统计研究结果表明，科学身份的形成机制呈现显著的结构化差异：性别与种族等结构性变量被广泛证实对科学身份认同具有显著的负向预测效应。进一步地，科学实践参与度（如STEM-PBL经历）、家庭文化资本（如父母职业背景）以及非认知能力（如科学自我效能感、兴趣）等个体化因素亦被证实对科学身份发展存在潜在调节作用。然而关于科学身份维度划分（见表2、表3）的理论争议持续存在。

表2 现状调查类研究内容分析
作者 影响因素 科学身份维度 结果
Fraser, 2014 游戏玩家身份 科学相关内容知识的能力；科学身份对自我的重要性；青少年生活中重要人物对身份的社会认可 科学身份强的青少年偏好问题解决类游戏；科学身份弱的青少年更专注于游戏中的社交互动
Hill, 2018 性别、种族、科学取向 自我认同；他人认同 科学身份与性别、种族相关，与科学取向无直接相关，由科学兴趣、重要性和反映评价介导的
Puente, 2021 种族、性别 —— 均反向预测科学身份
Alhadabi, 2021 科学兴趣 危机；承诺 科学兴趣正向预测科学身份
Chen, 2023 性别、父母职业 科学表现；科学能力；科学认知；科学兴趣 物理身份较低、化学和生物身份较高；物理和化学身份正向预测大学专业
Jiang, 2024 STEM-PBL经历 科学表现；科学能力；科学认知；科学兴趣 STEM经验的三个维度，科学探究、技术应用和数学处理，是科学认同的显著正预测因子。然而，工程设计经验未能预测科学认同。
Lockhart, 2024 —— —— 四类科学身份（Achieved、Foreclosed、Moratourium、Diffused）正向预测职业
Küçükaydın, 2024 认识论信念、能力信念、科学学习经历 信仰；能力；经验 认识论信念、科学能力和科学学习经历正向预测科学身份
Zhu, 2024 —— 科学表现；科学能力；科学认知；科学兴趣 四个维度对不同学科（物理、化学、生物）有不同表现

2. 干预实验类研究内容分析

基于准实验设计范式，现有干预性研究主要通过前后测数据采集评估课程重构（如非正式科学课程）或跨学科整合对科学身份的动态影响（见表3）。部分实证研究表明，非正式科学课程可显著促进科学身份发展。然而分析显示干预效果存在显著异质性：在基于虚拟现实的沉浸式课程（EcoXPT）中，尽管学生科学成绩提升显著，但其科学身份维度中仅自我效能呈现短期增益，职业认同与学科归属感未达统计显著性；公民科学项目（如蜂鸟观测计划）科学身份得分未呈现显著变化。

表3 干预实验类研究内容分析
作者 干预内容 科学身份维度 结果
Williams, 2018 学习花园中的科学 （SciLG）课程 —— 提高科学身份认同
Todd, 2019 非正式科学课程 经验；信心；能力；反馈 自我效能和身份在科学亲和力方面比对科学的态度起到更大的作用
Reilly, 2021 沉浸式虚拟环境（EcoXPT）：原始生态系统科学课程 —— 科学身份没有统计学上的显著差异
Williams, 2021 正式科学课程：公民科学项目（如蜂鸟观测计划） —— 科学身份没有统计学上的显著差异
Todd, 2024 非正式科学课程：博物馆－大学合作 兴趣和亲和力；技能和自我效能；归属感和科学共情力 青少年加深了对科学身份的理解
Hill, 2024 课后科学俱乐部 —— 课后科学俱乐部支持青年科学身份

四、中小学科学身份研究现状述评

（一）地域与学段分布失衡：研究视野的局限性

既有研究表明，中小学科学身份研究呈现显著的地域与学段分布失衡。从地域分布 look，美国贡献了67.9%的实证文献，而中国虽位列第二但却仅占10.7%。这种地域集中性可能导致科学身份理论的西方中心主义倾向，忽视了文化语境对身份建构的深层影响。从学段覆盖看，多聚焦于初高中学段，小学阶段研究仅占10.7%，这种失衡限制了基础教育早期干预策略的开发。

（二）干预效果异质性：测量工具的挑战

教育干预对科学身份的影响呈现显著异质性。文化响应式课程（如Science in the Learning Gardens，SciLG）通过花园作为学习环境提升了科学身份认同与职业愿景，而虚拟现实课程（EcoXPT）虽能提高科学成绩，却未显著影响职业兴趣。这种差异可能源于干预内容本身的设计逻辑与目标指向的不同：SciLG通过情境化实践强化身份归属感，而EcoXPT更侧重技术应用但未深入触及身份认同的核心维度。进一步分析表明，即使在同一文化语境下，科学身份测量工具的效度也可能因干预场景的适配性不足而受限。未来研究需要优化干预方案在不同情境下对科学身份多维度的靶向作用。

（三）学科与群体聚焦偏差：交叉性视角的缺失

现有研究在学科与群体覆盖上存在显著偏差。学科层面，主要集中于物理、化学等传统学科，而新兴交叉学科（如环境科学、人工智能）的研究几乎空白；群体层面，针对性别与种族的独立分析较多，但交叉性视角（如低收入拉丁裔女生）的研究不足。这种偏差导致科学身份理论难以解释多重劣势的叠加效应，如穆斯林女性学生在科学身份建构中面临文化认同与学科归属的双重冲突。未来需引入交叉性理论，探索性别、种族、阶级、社会资源等变量的非线性交互作用，并拓展至非传统学科。

（四）科学身份的核心维度分歧：理论建构的碎片化

既有研究对科学身份的核心维度划分存在显著理论分歧。Carlone和Johnson提出的“科学表现—科学认可—科学兴趣”三维模型被广泛引用，但后续学者在操作性定义上呈现差异化拓展：Hazari强调学科身份（如物理、化学）的独立性，而Chen则基于中国高中生的实证数据提出“科学表现—科学能力—科学认可—科学兴趣”四维模型，并发现物理学科身份显著低于化学与生物。这种理论碎片化导致测量工具效度存疑，未来需通过元分析整合多维度框架，以提升科学身份理论的解释力与实践指导价值。

五、结论及展望

本研究采用系统性文献综述法，系统梳理了2014—2024年间的28项国内外中小学科学身份认同的实证研究，发现该领域的研究范围广泛，但集中趋势明显；针对小学学段以及基于交叉性视角的科学身份的研究存在明显的不足；科学身份框架理论有待进一步明晰；干预的实际效果仍需更多的研究来验证。

在“双减”政策深化与科教兴国战略协同推进的背景下，科学身份研究不仅是学术议题，更是落实科技强国战略的核心抓手。只有为我国中小学生构建“科学人”身份提供可持续发展路径，才能真正实现“双减”背景下科学教育的加法价值。未来仍需开展进一步研究：如发展中国家中小学科学身份研究，填补非西方语境的实证空白；强化小学低龄段追踪研究，开发符合儿童认知特点的测量工具；通过荟萃分析整合科学身份认同理论维度框架，开发具有文化响应性的量表；探索性别、非认知能力、阶级的交互作用，以解释叠加效应；设计本土化课程，将地方性知识（如中国传统工艺、非遗文化）融入课程，增强科学身份的归属感。

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