气候变化子系统知识测评工具(Knowledge of Climate Change Subsystems Instrument, KCCSI)面向教师的开发与验证

《Sustainable Chemistry for Climate Action》：Development and Validation of the Knowledge of Climate Change Subsystems Instrument (KCCSI) for Teachers

　　

全球对气候变化的日益关注使得需要一种教育途径来帮助学习者理解这一复杂现象。系统思维(System Thinking, ST)通过强调整体而非孤立部分地看待系统来提供此种途径。尽管气候变化已被广泛纳入科学课程，系统思维在教师中仍未得到充分整合，这限制了教师引导学生整体理解气候变化的能力。因此，本研究建立了一个连接系统思维与气候变化及行动的框架。在此框架指导下，开发了气候变化子系统知识测评工具(Knowledge of Climate Change Subsystems Instrument, KCCSI)，用以测评教师基于系统思维的气候变化子系统知识。从已有文献生成初始题项池48题，经翻译及表面与内容效度检验后，对科学教师(n＝600)施测并进行探索性因子分析(Exploratory Factor Analysis, EFA)，揭示四因子结构并删除8题。随后通过验证性因子分析(Confirmatory Factor Analysis, n＝500)验证因子结构并证实模型拟合优良。最终版KCCSI含26题，为测评教师气候变化子系统知识提供了稳健且简洁的工具。

《气候变化子系统知识测评工具(KCCSI)面向教师的开发与验证——发表于》

一、研究背景与立题依据

气候变化是大气圈、水圈、生物圈、冰冻圈与岩石圈等相互作用的复杂适应系统，其成因涉及人类活动驱动及治理响应，后果具级联与反馈效应。系统思维(System Thinking, ST)——即认知并分析由相互依赖要素构成、具有涌现性质的复杂整体之能力——被认为是理解气候变化整体性的有效认识论框架。尽管已有研究将ST应用于化学教育及生态系统中，且教师被公认为推动可持续发展教育的关键变革代理人，但目前尚无测评工具专门考察教师对"气候变化作为多子系统互联整体"这一系统思维导向知识的掌握程度。现有气候变化教学多停留在因果罗列层面，教师缺乏子系统间动态交互（如人类活动→温室气体积累→地球子系统反馈→治理干预→影响后果）的知识结构，无法支撑学生形成整体性气候素养。为填补此空白，研究人员开展了气候变化子系统知识测评工具(Knowledge of Climate Change Subsystems Instrument, KCCSI)的开发与信效度验证研究。

二、主要研究方法概述

研究人员采用探索性混合方法设计，分四步推进：①基于York和Orgill(2020)系统思维五特征（视系统为整体、审视组分互连、识别因果变量与涌现行为、理解系统随时间的行为、考量系统边界及与环境的交互），通过文献综述建立包含地球子系统、人类活动子系统、气候变化治理子系统和原因与影响子系统的概念框架；②系统检索Scopus、Web of Science和Google Scholar中含"systems thinking"与"climate change"的文献，筛选38篇进行内容分析，按Bowen五步编码法生成48题初始池，译为马来语并回译校验；③由学科专家进行表面、内容及语言效度检验，计算题目水平(content validity index, I?CVI)与量表水平(S?CVI/Ave)内容效度指数；④先对马来西亚600名中学科学教师施测，剔除不完整及统一作答后保留500份做探索性因子分析(Exploratory Factor Analysis, EFA)（主轴因子分解+Varimax旋转）；再独立收集550名教师数据，剔除后保留500份做验证性因子分析(Confirmatory Factor Analysis, CFA)（最大似然估计），依修正指数与三指标规则删题并重新拟合，评估聚合效度（因素负荷量、平均方差萃取Average Variance Extracted, AVE、组合信度Composite Reliability, CR、McDonald's ω）与区分效度（异质?单特质比Heterotrait?Monotrait ratio, HTMT）。

三、研究结果

4.1 Step 1 — Establishing a Framework Connecting the Subsystems of Climate Change

研究人员将气候变化概念化为四个互联子系统：地球子系统（大气圈、水圈、生物圈、冰冻圈、岩石圈调节气候）、人类活动子系统（化石燃料燃烧、毁林、农业与工业活动增加温室气体排放）、气候变化治理子系统（世界银行、UNESCO及马来西亚国家气候变迁政策等机构与政策）、原因与影响子系统（温升、极端天气、生物多样性丧失等）。通过EFA与CFA验证这四个维度可操作化为独立但理论关联的构念，构成KCCSI的理论骨架。

4.2 Step 2 — Generating initial item pool

内容分析产生48个初始题项：地球子系统12题(E1–E12)、人类活动子系统10题(H1–H10)、治理子系统15题(G1–G15)、原因与影响子系统11题(C1–C11)，均采用李克特五点量表(1＝非常不同意至5＝非常同意)，并完成英→马来语→英回译校验。

4.3 Step 3 — Initial validation of the items in the pool

六名气候变化与科学教育专家评定I?CVI与S?CVI/Ave均为1.00，超越推荐阈值(≥0.78与≥0.90)；两名科学教师确认题项表述清晰可读；马来语版经微调（如"menata"改为"mengawal atur"）后语义等值性良好，完成表面与内容效度验证。

4.4 Step 4 — Final validation of the items and constructs

EFA前KMO＝0.968，Bartlett's检验显著(p＜.01)，适合因子分析。EFA提取四因子，累计解释方差80.370％，初筛删除8题(E3、E5、E12、G5、G6、G7、G8、G15)（因交叉负荷或概念重叠），保留40题。CFA初模拟合可接受，但部分标准化负荷＞1提示冗余，依理论及三指标规则再删14题（H2、H7、H8、H10、C3、C7、C10、G2、G3、G12、G13、G14、E8、E11），最终模型含26题四因子，拟合指标为χ²(269)＝446.724(p＜.001)，比较拟合指数(Comparative Fit Index, CFI)＝0.954，塔克?路易斯指数(Tucker?Lewis Index, TLI)＝0.950，近似误差均方根(Root Mean Square Error of Approximation, RMSEA)＝0.036(90％CI上限＜.05)，标准化残差均方根(Standardized Root Mean Square Residual, SRMR)＝0.054，均达优良标准。各构念聚合效度达标：地球子系统AVE＝0.897、CR＝0.98、ω＝0.98；人类活动子系统AVE＝0.80、CR＝0.96、ω＝0.98；原因与影响子系统AVE＝0.91、CR＝0.98、ω＝0.98；治理子系统AVE＝0.875、CR＝0.97、ω＝0.97；所有因素负荷量0.93–0.96。HTMT比值均＜0.85（最高0.033），证实四构念具判别效度。最终KCCSI含：地球子系统7题(E1、E2、E4、E6、E7、E9、E10)、人类活动子系统6题(H1、H3、H4、H5、H6、H9)、原因与影响子系统8题(C1、C2、C4、C5、C6、C8、C9、C11)、治理子系统5题(G1、G4、G9、G10、G11)。

四、讨论与结论翻译（结论部分）

本研究表明，以York和Orgill(2020)系统思维五特征为指导，可将气候变化解构为地球子系统、人类活动子系统、治理子系统和原因与影响子系统，并据此开发出具良好心理测量学属性的KCCSI。地球子系统体现"视系统为整体"与"审视互连"，人类活动子系统对应"识别因果变量与涌现行为"，治理子系统反映"考量系统边界及与环境交互"，原因与影响子系统综合"识别因果变量与涌现行为"与"理解系统随时间行为"。EFA与CFA共同验证了四因子结构，聚合与区分效度达标，内部一致性优良。局限性包括：框架源自化学教育语境的系统思维特征、KCCSI测知识而非系统思维技能（如反馈回路辨识）、自陈式数据、治理题项具马来西亚本土情境及部分题项负荷偏高。未来可拓展其他系统思维框架、增补技能测评、跨文化调适题项。总之，本研究通过建立四子系统互联框架并验证KCCSI，为气候变迁教育提供了理论与测评工具——既能诊断教师气候变化子系统知识缺口以指导专业发展，也可供课程制定者与决策者用于嵌入系统思维的气候教育教学设计与政策制定。