中學物理教師實驗技術素養(yǎng)的現狀調查——基于首屆北京市中小學教職工實驗技能比賽

王晶瑩，馬龍敏

（首都師范大學a.物理系；b.教育學院，北京100081）

1 引 言

作為一名合格的中學物理教師必須貫徹以實驗為基礎的思想，具備一定的實驗素養(yǎng)和實驗能力，尤其應具備一定的從事實驗教學研究的能力，才能適應基礎教育課程改革和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的需要.新課程改革對中學物理教師和物理教育工作者提出了更高的要求，不僅應該從物理知識上懂得物理實驗，物理操作技能上達到會做物理實驗，更應具有研究中學物理實驗的本領，這就要求物理教師具備更高水平的實驗技術素養(yǎng).本文基于對中學物理教師實驗技術素養(yǎng)評估的理論研究，借助首屆北京市中小學教職工實驗技能比賽，對中學物理教師的技術素養(yǎng)進行了實測，以期對理科教師實驗技術素養(yǎng)的研究和課堂教學實踐提供啟示.

2 實驗技術素養(yǎng)的理論及其評估

2.1 技術素養(yǎng)及其評估

結合我國中學教學實際與技術素養(yǎng)的相關研究和課程標準，對技術素養(yǎng)進行合理分類.目前我國關于教師技術素養(yǎng)的研究主要為4類：教育技術素養(yǎng)、信息技術素養(yǎng)、通用技術素養(yǎng)和實驗技術素養(yǎng)，并且這4類技術素養(yǎng)存在相互交融的現象.研究實驗技術素養(yǎng)離不開對技術素養(yǎng)的理論探索.

1）技術素養(yǎng)的界定

技術素養(yǎng)的提出可以追溯到美國斯坦福大學教授赫德（Hurd，1958），他在美國《科學教育》雜志上發(fā)表的“科學素養(yǎng)：對美國學校的啟示”一文曾提到：“技術素養(yǎng)應當并列為科學教學的一個主要目標.”《美國國家技術教育標準：技術學習的內容》指出，技術素養(yǎng)是人們使用、管理、選擇和理解技術的能力.技術素養(yǎng)的領域包括了很多方面，如生物技術、能源與動力技術、信息通信技術、交通運輸技術、制造技術.技術素養(yǎng)主要由4個方面構成，包括管理技術、使用技術、選擇技術、理解技術等，各類技術素養(yǎng)都應該包含這4個方面.教師的技術素養(yǎng)包括教育技術素養(yǎng)、信息技術素養(yǎng)、通用技術素養(yǎng)和實驗技術素養(yǎng)，這幾種教師的技術素養(yǎng)之間是相互聯(lián)系和交融的.本文把技術素養(yǎng)定義為參與一系列活動的技術概念和技術過程，由此定義實驗技術素養(yǎng)為：人們在進行實驗時，用來變革、控制、模擬、觀測對象的手段（儀器或設備等）和方法（方式或程序等）的技術概念和技術過程.

2）技術素養(yǎng)的評估

技術素養(yǎng)的評估指對一個人的技術素養(yǎng)狀況做出基于事實的價值判斷.技術素養(yǎng)的評估基于技術素養(yǎng)測定的前提假設，并以技術素養(yǎng)測定中搜集的信息為事實依據.技術素養(yǎng)的評估是基于技術素養(yǎng)測定的評估，是對技術素養(yǎng)測定中所搜集信息的結果分析，是對技術素養(yǎng)狀況的理性評判.國際比較流行的技術素養(yǎng)評估是框架式技術素養(yǎng)評估矩陣（NAE ＆ NRC，2006），它將技術素養(yǎng)分為3個維度：知識維度、能力維度、思考的方式和行為維度（又稱為“批判性思維和決策”），3個維度又稱為3個認知水平.

2.2 實驗技術素養(yǎng)及其評估

作為一名合格的中學物理教師需要掌握中學階段的所有物理實驗，無論是演示實驗還是學生探究實驗，這些實驗所涉及的實驗能力包括觀察能力、實驗操作能力、數據處理和設計實驗方案能力等.

1）實驗能力與實驗技術素養(yǎng)

能力可以通過一段時間的鍛煉獲得，而素養(yǎng)則需要較長的時間養(yǎng)成，它是一種內化的結果，是教師在長期的教與學的過程中，對一些理論和理念的理解，以及對實驗方法和反思的運用和實踐，實驗技術素養(yǎng)是在教學過程中長期體現出來的一種意識形態(tài)的表示.實驗技術素養(yǎng)不僅包括實驗能力同時包括實驗所需要的知識內容以及對實驗的態(tài)度和習慣.這三者的組合同樣符合了“全日制義務教育課程標準（實驗稿）”中實驗課程目標，分別與知識與技能、過程與方法和情感態(tài)度與價值觀3方面對應.

2）實驗技術素養(yǎng)的評估

依據實驗技術素養(yǎng)和實驗能力的不同，以及實驗技術素養(yǎng)包含實驗能力的特點，把實驗中的技術素養(yǎng)分為3部分：知識、技能方法和情感態(tài)度與價值觀.為了進一步對實驗技術素養(yǎng)的3方面定義，對“全日制義務教育課程標準（實驗稿）”中的培養(yǎng)目標做了進一步的分析.知識與技能方面主要包括物理知識內容、背景、應用、實驗操作技能、科學方法和數據處理；過程與方法方面主要包括實驗過程的觀察、提出問題、設計方案、分析概括能力和信息交流；情感態(tài)度與價值觀方面主要包括對自然好奇、求知欲望、解決問題的信心、科學態(tài)度、合作精神、可持續(xù)發(fā)展的意識和責任感.同樣對實驗技術素養(yǎng)定義為：理解實驗的基本內容、原理和知道操作方法；擁有實驗觀察、實驗操作、數據處理能力，以實驗探究設計為核心；注重實驗過程和反思，并且具有良好的實驗習慣和態(tài)度.實驗技術素養(yǎng)同樣按照技術素養(yǎng)的3個維度分成3部分構成，分別是實驗知識、實驗技能方法和情感態(tài)度與價值觀.其中實驗知識包括實驗的原理規(guī)律、操作步驟、實驗教材理解、了解儀器和原理規(guī)律的應用；實驗技能方法包括實驗觀察、讀數記錄、動手操作、數據處理和發(fā)現問題并解決能力；情感態(tài)度與價值觀包括良好的實驗習慣和態(tài)度、實驗開發(fā)和自我反思.

3 研究工具和方法

3.1 研究背景與參與者

1）研究背景

目前北京普通中學的實驗教學主要是知識教學的輔助工具，并沒有單獨開設實驗課程，但是課程標準中要求中學開展實驗課，一般情況下，學生在進行課本學習時，為加強學生對知識的理解和實驗能力的提高，在相應章節(jié)知識的學習過程中加入某一節(jié)實驗課，課堂的開展一般為2種方式：一是教師在提前一節(jié)課中教授實驗課的知識內容、操作方法及實驗步驟，在實驗課中進行探究或驗證；另一種是學生自主預習，教師直接在實驗課教授知識，開展實驗.目前，北京市初中的實驗課主要是以物理和化學的實驗課為主，高中實驗課主要是以物理、化學和生物為主要內容.本研究主要是針對中學物理教師，所以本文對實驗技術素養(yǎng)的討論都是基于物理課程的特點.

2）參與者的選取

以首屆北京市中小學教職工實驗技能比賽為契機展開實證研究，研究對象主要是40名初中和高中物理教師，這40名教師來自北京市的不同地區(qū)，學校情況也各不相同.最終反映出北京市中學物理教師實驗素養(yǎng)的現狀.

3.2 研究方法與工具

1）評估方案的設計

按照目前北京市物理課程的教學方法，本文中的物理實驗技術素養(yǎng)主要由3部分構成，即實驗操作、實驗教學和實驗反思.其中實驗操作包括實驗的知識理解、動手操作、方法處理，同樣實驗教學中包括對實驗知識的掌握、實驗方法的把握、教材教具和多媒體的把握以及教學基本功和教學方法的運用.考慮到實驗競賽形式對教師實驗技術素養(yǎng)發(fā)揮的影響，本研究制定了觀察員的評估量表，利用評估指標進行評分.由于教師實驗競賽的一次性，為降低評分難度，將充分利用實驗競賽形式的特點，一次性評分和記錄后修改評分的方法進行數據的收集.

2）評估的指標體系

實驗競賽過程由分組實際操作和現場問辯2個環(huán)節(jié)構成，比賽中教師的實驗操作和實驗教學同時進行，所以本研究分為3個環(huán)節(jié)，即實驗操作、實驗教學和實驗問辯.本次實驗內容領域包含了物理的力學、熱學、光學和電學4部分，所有實驗題目皆來自于教材范圍之內，考慮到所有實驗的共性和特性，從各個實驗內容的共性出發(fā)，把實驗操作和實驗教學能力各具體分3個維度，從每個實驗內容的特性出發(fā)，把實驗問辯環(huán)節(jié)同樣分為3個維度，這樣3個環(huán)節(jié)共有9個維度.為了更加具體地考察教師在實驗操作、實驗教學和實驗問辯3個環(huán)節(jié)的能力，把上一步的每個維度又分為3個方面，為了更好地了解教師能力的程度，把每個維度的各方面分為低中高的3級程度.最后為了方便教師能力分數的評定，同時為了消除模糊分數對數據結果的影響，本研究把各個程度分為優(yōu)良中差4等，同時為方便計算，分別定義為3分、2分、1分和0分.表1是中學教職工實驗技能比賽評估指標體系.

表1 實驗技術素養(yǎng)評估框架

3）評估的方法

把實驗技術素養(yǎng)比賽分為實驗操作、實驗教學和實驗問辯3個環(huán)節(jié)組成.實驗操作技能又細分為3個技能，分別是描述性技能、過程性技能和綜合性技能；實驗教學能力又細分為教學基本功、教育技術和教學方法3個維度的能力；實驗問辯環(huán)節(jié)同樣細分為3個能力，分別為實際操作問辯、實驗教學問辯和實驗反思問辯.這9個維度的能力形成了比賽評估指標體系的一級指標.最后每個程度定義4個等級，用優(yōu)良中差4等定義，在實驗競賽時根據教師反映直接給出對應程度所得分數.指標體系利用被試者年級、性別、工齡和學校地區(qū)4項來標記，同時可以從這4個角度對教師實驗技術素養(yǎng)進行因素分析.

4 研究過程和結果

4.1 數據處理方法

1）信度和效度

中學教職工實驗技能評估指標體系制定后，在比賽現場利用指標評估法開展實踐研究.最終收回樣本評估結果共40份，利用SPSS軟件和Excel軟件處理之后，分別從描述性分析和差異性分析2個角度分析實踐數據，并討論數據的信度和效度以及相關性.本研究數據的信度即可靠性的數值Cronbach’s Alpha為0.984，這說明本研究的信度是可靠的，得到結果是穩(wěn)定的.從表2中可以看出，實驗操作、實驗教學和實驗問辯每2項之間都存在強相關，說明本研究的數據的效度測量結果與內容十分吻合.

表2 實驗競賽3個環(huán)節(jié)Pearson相關性

2）具體分析方法

本研究主要利用均值做描述性分析，分別描述了實驗技能比賽的3個方面、9個維度用各部分的均值反映各部分整體的平均特征.利用了結構式訪談，其訪談的依據是本研究中的中學教職工實驗技能比賽指標評估體系，依據此體系的構成關系展開訪談.實驗技能評估總體分為3個方面，即實驗操作、實驗教學、實驗問辯.在實驗操作方面分3個方面進行考察，即描述性技能、過程性技能以及綜合性技能3個維度.將實驗教學分為3個方面考察，即教學基本功、教育技術以及教學方法3個維度.將實驗問辯分為3個方面進行考察，即實際操作、實驗教學以及實驗反思3個維度.實驗技術整體素養(yǎng)主要是針對實驗的3個方面和9個維度分別進行描述性分析和差異性分析的混合研究.

4.2 整體情況分析

1）描述性分析

圖1是教師實驗競賽3個環(huán)節(jié)整體情況，從圖1中可知在教師實驗技能的3個維度中，實驗操作的得分最高且高于2分，其次是實驗教學，得分最低的是實驗問辯部分，實驗教學和實驗問辯的得分均低于2分.整體看來，參與比賽的中學物理教師在實驗操作方面的素養(yǎng)較高，實驗教學和實驗問答方面基本持平，相對于操作水平來講，有明顯的劣勢.

圖1 教師實驗競賽3個環(huán)節(jié)整體情況

2）差異性分析

表3是實驗競賽實驗操作、實驗教學和實驗問辯3個環(huán)節(jié)的單樣本T檢驗，從表3中可以得到，實驗教學與實驗問辯環(huán)節(jié)的得分與期望得分2分存在顯著差異，而實驗操作環(huán)節(jié)的得分與期望分數無明顯差異.說明教師的實驗操作技能掌握比較好，教師的實驗教學和實驗問答屬于一般水平，教師為了提高實驗技術素養(yǎng)需加強實驗教學和實驗問辯環(huán)節(jié)的能力.

表3 實驗競賽3個環(huán)節(jié)單樣本T檢驗

3）相關性分析

表2和表4是實驗競賽3個環(huán)節(jié)相關性和顯著性，從3個環(huán)節(jié)的整體分析結果來看，實驗操作、實驗教學和實驗問辯的數據結果可以得到：實驗操作、實驗教學和實驗問辯這3個環(huán)節(jié)之間存在著強相關性，不僅能說明本次實證的結果的可靠性，而且給出了提高教師實驗技術素養(yǎng)的途徑.結合表2中的顯著性（雙側）的值可以得到，教師可以通過提高實驗教學和實驗問辯環(huán)節(jié)的能力來加強實驗技術素養(yǎng)水平的提升.

表4 實驗競賽3個環(huán)節(jié)顯著性

4.3 各維度的分析

實驗競賽的9個維度是實驗技術素養(yǎng)的9項技能，這9個維度構成了評估指標體系的一級指標.具體為：描述性技能、過程性技能和綜合性技能屬于實驗操作；教學基本功、教育技術和教學方法屬于實驗教學；實際操作、實驗教學和實驗反思是實驗問辯環(huán)節(jié)中的3個方面.

1）9個維度描述性分析

從實驗競賽的9個維度分析，9個維度的整體情況如圖2所示，從圖2中可以得到，實驗操作得分高的原因來源于描述性技能、過程性技能和綜合性技能的高分，其中實驗教學的教學基本功的得分也比較高，但是其他的5個維度的得分普遍比較低.

圖2 教師實驗競賽9個維度的整體情況

2）9個維度差異性分析

從實驗競賽的9個維度分析，把9個維度得分與期望分數2分差異比較，它們的單樣本T檢驗的結果如表5所示，可以得到，教學基本功、教育技術、教學方法、實際操作、實驗教學和實驗反思這6個維度的Sig.（雙側）的值為零，說明這6個維度與期望分數差異十分顯著，描述性技能的Sig.（雙側）的值小于0.05，說明它與期望分數2分的差異顯著.結合這幾項的均值可以得到，教師的描述性技能很好，教學基本功、教育技術、教學方法、實際操作、實驗教學和實驗反思能力較差一些.

表5 教師實驗競賽9個維度的單樣本T檢驗

3）9個維度相關性分析

利用SPSS19.0，得到9個維度的相關性和顯著性關系，結果顯示，9個維度之間的Sig.（雙側）的值為零，9個維度之間的差異十分顯著，這也進一步說明，本研究在操作、教學和問辯3個環(huán)節(jié)存在強相關.將教師實驗競賽評估指標體系中9個維度的每項得分的平均值統(tǒng)計出來后，與總分的平均分進行比較，采用二元相關的方式檢測它們之間的相關性以及相關的顯著性.如表6所示，發(fā)現9個維度都與9項的總分存在強相關，由此可見，這9個具體方面對于中學物理教師而言缺一不可，都會影響其實驗技術素養(yǎng)的總體水平.

表6 教師實驗競賽9個維度與總分相關性分析

5 研究小結

本研究所得的數據的信度和效度是可靠相關的，從實驗技能3方面和9個維度與期望分數之間的差異和3項各自的均值可以看出，教師在實驗時，其操作能力是達到標準的，也就是實驗操作能力比較好，而且教師在操作時所表現的描述性技能、過程性技能和綜合性技能都比較好；教師的實驗教學和實驗問辯環(huán)節(jié)的能力有所欠缺，其中有實驗形式對這兩部分的影響.物理教師的實驗技術素養(yǎng)不僅包括物理實驗能力同時包括物理實驗所需要的知識內容以及對實驗的態(tài)度和習慣.本次研究將實驗技術素養(yǎng)分為3個方面，即實驗操作、實驗教學、實驗問辯.實驗操作分為描述性技能、過程性技能以及綜合性技能3個維度；實驗教學分為教學基本功、教育技術以及教學方法3個維度；實驗問辯分為實際操作、實驗教學以及實驗反思3個維度.通過現狀調查，發(fā)現中學物理教師在實驗操作、實驗教學和實驗問辯維度的技能中，實驗操作技能掌握情況最好，實驗教學和實驗問辯相對較弱，并且同預期的水平存在差異，這說明中學物理教師這兩方面的能力還需要進一步提升；并且這3個維度的技能存在很大的相關性，如水桶效應的解釋，任何一方面能力的欠缺都會影響整體的實驗技能.具體分析這3個維度下的9個方面，實驗操作技能中的描述性技能、過程性技能和綜合性技能得分明顯較高，并且前者高于后兩者，這說明中學物理教師初級水平的實驗操作能力較強，過程性和復雜性技能相對初級技能較弱；實驗教學中的教學方法、教學基本功和教育技術這3個方面低于實驗操作技能的3個方面，其中的教學基本功得分最高，教學方法得分最低，教育技術處于中間水平，中學物理教師需要加強實驗教學中的教學方法環(huán)節(jié)；實驗問辯中的實驗反思、實驗教學和實際操作3個方面也明顯低于實驗操作技能的3個方面，其中的實際操作技能最弱，中學物理教師需要在加強這一技能的基礎上，提升實驗反思和教學能力.