實驗教學研究方法(1)：測量與評價

艾 倫

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實驗教學研究方法(1)：測量與評價

艾 倫

摘 要：測量與評價是實驗教學問題研究的基本方法之一，也是形成科學判斷的基礎。掌握測量與評價相關的一系列問題才能更好地達成實驗教學的目標。

關鍵詞：實驗教學；測量；評價；正交性；完備性；指標

中小學實驗教學實施后的教學效果如何需要通過科學的判斷得出，而科學的判斷不應該是主觀臆斷，它依靠精確的測量和客觀的評價。

圖1 本文邏輯思維導圖

一、實驗教學的評價

實驗教學問題是教育學問題，而教育學屬于社會科學(即用自然科學的研究方法處理社會問題)，對教育教學活動優劣的判斷需要科學判斷，科學判斷應該是“價值無涉”[1]的，它的意思是科學判斷應該與人的價值取向無關。

1.科學判斷與評價

人們對事物的評價，由判斷依據的主體區分可分為主觀評價與客觀評價，而由判斷依據的強度區分可分為定性評價與定量評價，于是就存在4種不同的評價方式：主觀定性評價、主觀定量評價、客觀定性評價以及客觀定量評價。其中，主觀定性評價與主觀定量評價屬于價值判斷，客觀定性評價屬于認知判斷，客觀定量評價則屬于科學判斷?？茖W研究一般應避免使用屬于價值判斷的主觀評價方式，因為這種評價方式受到評價者知識背景、閱歷深淺、經驗多少、文化習俗、價值取向等主觀條件的限制，甚至評價者評價時的社會關系、身體狀況與心理情緒等都會成為重要的影響因素。為了說明科學研究應避免使用價值判斷的原因，這里舉出一個較為極端的例子。一位中國玉雕藝術家將他的一個作品放到國際展會上參加評選，他的作品表現了一位翩翩起舞的古裝少女含笑地手拿一個絲帕遮住下巴。所有的外國專家都給該作品以95分以上的高度評價，但在場的中國專家卻都給它打了零分，原因是作品中少女口下有一巾，在漢字里表示上吊的“吊”字，是中國文化中不吉利的象征。截然不同的評價結果是由中外專家完全不同的價值觀決定的。藝術不是科學，對藝術作品人們主要考慮其藝術價值，對它的評價完全不使用科學判斷，所以中國專家的評價是無可指摘的，但是若將這種評價方式用于科學研究就是不恰當的了。

2.對實驗教學的評價

實驗教學問題屬于教育學范疇，是社會科學，所以應該使用科學判斷進行客觀定量的評價。對中小學實驗教學效果的評價存在著兩方面內容：第一是對實驗教學實施情況的評價，評價的對象為授課教師；第二是對通過實驗教學后學生能力提高程度的評價，評價的對象是學生。當然，從邏輯關系上分析，只要學生實驗教學相關能力提高了，實驗教學的目標達到了，教師的授課情況就已經十分清晰，不必再做其他評價。但是，學生能力提高是一個長期效果的積累過程，而對教師的評價是對一節實驗課或一門實驗課的評價，是對短期情況的判斷，所以對實驗教學實施情況的評價還是非常必要的，它也是使最終的實驗教學目標得以達成的有力保障。

對實驗教學實施的評價需要有一系列的變量，并具有一個規定的指標；對學生能力提高的評價，同樣有一系列的變量和規定的指標。這些變量中要有輸入變量(自變量或投入變量)和輸出變量(因變量或產出變量)，實驗教學研究就是要尋找、發現這些變量，并以此制定評價模型或指標體系，通過測量得出指標值，看是否達到規定的指標，從而判斷出實驗教學的教學效果。

二、實驗教學的測量

實驗教學的效果如何通過科學判斷考察，符合科學判斷的評價是客觀定量的評價，而客觀定量的評價依靠測量手段，因為測量本身就是一個量化過程，即它解決了定量問題；同時測量是一個客觀操作，因為它需要憑借測量工具與數學演算(而不是主觀推斷)，即它滿足了客觀條件。所以，對于客觀定量地評價實驗教學效果，測量是必需的。

1.實驗教學測量工具

實驗教學測量工具的主要測量對象是教師。對于知識本位的課堂教學過程或效果，人們在實踐中總結制作了大量的測量工具，比較典型的有：S-T分析、Flanders課堂互動分析、VICS(語言交互分類系統)等。這些工具能夠很好地測量傳統的課堂教學，卻不能適用于能力本位的實驗教學，中小學實驗教學應該研究制定出具有針對性的測量工具。在本欄刊出的《實驗教學的教學組織》一文中，筆者提出了學生實驗完成率SF=GF/ GS、學生動手操作率OS以及學生進行實驗操作時間比TS=(CD?GS)/(OA?EA)等計算公式，其實這些都是簡單的實驗教學測量工具，它們分別對應測量教師對學生獨立完成任務、動手操作的要求以及時間分配上的情況。在本欄目后續的文章中我們還要進一步討論更多的實驗教學測量工具。

2.學生能力測量工具

學生能力測量工具的測量對象顯然應該是學生。對于在知識本位的課堂教學中學生獲取的是顯性知識，測量工具就是人們熟知的卷面考試，這是由顯性知識的特點決定的。而對于學生能力(隱性知識)的提高，測量工具就變得鮮為人知了。本文是“實驗教學研究方法”系列文章的第一篇，在該系列的最后一篇文章中將較為詳細地討論學生能力的測量工具問題，此處就不進行詳細論述了。

3.測量的數學演算

科學研究方法的根本特征在于將研究問題的數學化處理，即建立數學模型，再通過數學演算解決問題。實驗教學的測量也需要建立數學模型，也需要通過數學演算解決問題。但是，數學模型并不是必須建立數學表達式，它有可能只是一組數據、一個矩陣、一個指標體系等，數據量足夠大時還需要設計計算方法，通過計算機處理解決。其實這種先例是很多的，傳統課堂教學的研究工具S-T分析、Flanders互動分析、VICS等就都是先通過建立矩陣形成數學模型，再進行數據處理。

三、對測量變量的要求

在中小學實驗教學評價的測量工作中，確定變量是十分重要的任務?？茖W評價所依賴的變量應該具有正交性與完備性，這是科學研究的要求，要給予重視。

1.變量的正交性

評價實驗教學效果時待測量的變量必須具備正交性。說變量要具備“正交性”這是數學語言，在教育學、心理學方面稱其為變量之間不應具有“相互依存性”，它們要互不影響、獨立存在。變量的正交性用幾何語言說就是：表示這些變量的坐標是相互垂直的，每個坐標軸在其他坐標軸上的投影都只能是一個點，這就是“正交”的原意。用統計學語言說就是：變量之間既不能線性相關也不能非線性相關，它們是統計獨立的。

測量與評價中變量的正交性是非常重要的因素，在數學上是有嚴格的判斷公式的，而在社會科學中就只有憑經驗確定了。例如，實驗教學中學生動手操作率OS與實驗室生均活動面積這兩個變量在一般情況下就具有正交性，它們之間是互不影響的。但是，學生實驗完成率SF與學生進行實驗操作時間比TS之間就不具有正交性，因為學生操作時間的分配決定著實驗的完成率。

2.變量的完備性

評價實驗教學效果時待測的變量還應具有完備性。變量的完備性包括充分性與必要性，或者稱為充要條件，用數學語言表述就是“當且僅當”。充分性是要求能夠反映被測量對象性質的所有變量都必須包括在內，變量的確定是充分的，缺一個不行；必要性是要求所確定的變量都是能夠反映被測量對象性質的，它們都是必要的，多一個不可。先將所有與被測量對象可能有關的變量都找出來(符合充分性)，再從中去掉那些不能夠反映被測量對象本質的變量(符合必要性)，這就滿足了充要條件。實驗教學測量與評價中變量的完備性同樣是非常重要的因素，判斷變量完備性也需要依靠經驗。例如，我們在本欄刊出的《實驗教學的教學組織》一文中定義了學生進行動手操作的時間占全部實驗課時間的比例TS，認為它僅與學生實驗操作能力水平OA、實驗復雜程度CD、實驗器材情況EA、學生分組數GS等變量有關，此時如果我們不考慮學生分組數GS，則將不滿足充分條件；而如果我們再加入一個學科性作為變量，因為在確定實驗復雜程度時已經考慮了學科變量，再度引入是沒有必要的，所以將不滿足必要條件。

3.顯變量與隱變量

實驗教學測量與評價中的變量一般都可以賦予明確的社會科學或教育學意義，如前面提到的學生實驗完成率SF、學生動手操作率OS等，我們稱這樣的變量為顯變量。其實在實驗教學問題研究中還存在著大量的隱變量，它們并沒有明確的社會科學或教育學意義，甚至沒有一個確切的名稱，而只能用Y1，Y2等變量名代替。有時我們必須使用隱變量進行測量和評價。例如，由于學生創新能力是一個復合型能力，一般不具有直接進行測量的方法，但是我們可以通過數據挖掘和統計分析找到一些隱變量，它們與創新能力具有一定的關系，并且能夠側面反映創新能力水平的高低。

4.空間變量與時間變量

空間變量與時間變量確切的叫法應該是空間序列變量和時間序列變量，在實驗教學問題研究中經常會存在它們之間的轉化應用。例如，我們希望知道開展實驗教學是否會使得學生的學業水平有所提升，其輸入變量容易獲得，它們無非都是反映實驗教學實施情況的一些顯變量，而在采集學生學業水平情況時，由于不同地區測量學業水平的標準不同，如果使用空間序列變量的學業水平進行對比研究將沒有實際意義。但是，如果使用時間序列變量的學業水平，在當地進行逐年對比，研究結果就具有實際意義了。

四、評價指標的建立

建立一個評價指標體系也是對實驗教學效果進行科學評價的方法，并且最終可以得到一個量化的指標，能夠客觀地反映實驗教學的情況。但是，該體系的建立必須科學，變量的選擇、確定應該嚴格，建立過程可參考下列流程。

1.選擇變量系列

選擇測量變量常使用Delphi法：聘請一批業內專家和有經驗的教師，總人數應在15人左右。請每一位專家和教師背對背獨立地寫出自己認為測量中應該選中的變量名。公布所有的變量系列方案，讓專家和教師分別對自己提出的方案進行講解和理由闡述。注意此時應采取頭腦風暴的原則，即只說明自己的道理，不評論、不否定別人的觀點(不進行討論、辯論)。聽完別人的講解闡述后，對自己提出的變量系列方案進行修改，經過幾輪反復，使專家和教師的意見逐漸趨同。一個被認為是有效的測量變量系列就確定下來了。

2.確定變量維度

對上述確定下來的變量系列進行分類，以確定變量的維度，分類時應掌握正交性與完備性的原則。對于中小學實驗教學，一般可以將變量分為3個維度：教師教學行為維度、學生學習行為維度以及實驗器材情況維度。再將確定的變量分別分配到各個相應的維度中。

3.變量維度加權

科學嚴謹的加權方法應該使用層次分析法(詳見筆者在《中國教育技術裝備》2008年第8期刊出的《用層次分析法研究中小學實驗室的評估指標體系》一文)。但是也可以簡化而延續應用上述的Delphi法，讓專家和教師根據各個變量和維度在實驗教學中的重要程度，為它們加權賦值。加權時一般采用百分制，各個變量的加權值之和以及各個維度的加權值之和應該是100分。

4.建立指標體系

一個建立好的實驗教學評價指標體系參考案例如表1所示。

表1 實驗教學評價指標體系

表1中給出的項目與數值僅是一些參考值，在這里只是提供了一種評價指標體系格式，真正的指標體系需要經過認真的研究后才能正式建立。

參考文獻

[1] [德]馬克斯.韋伯.社會科學方法論[M].韓水法, 譯.第一版.北京:中央編譯出版社,1999:145-147.

作者信息

艾倫，教授，本刊特約撰稿人。首都師范大學，100048

Research Method of Experimental Teaching (1):Measurement and Evaluation

Ai Lun

Abstract:Measurement and evaluation is the basic methods in the study of experimental teaching, and it is the basis of forming scientific judgment. Master the problems of measurement and evaluation in order to better achieve the teaching goal of experiment teaching.

Key words:experiment teaching； measurement； evaluation； orthogonality； completeness； index