教師實驗能力的構成要素及理論建模研究

孫愛青 上海市教育委員會教育技術裝備中心

一、引言

在對實驗教學現狀和發展的探索中，教師實驗能力占據著舉足輕重的位置。近年來，盡管教育界對教師實驗能力的重視化程度有了明顯提高，但其研究仍處于片面化和零散化的階段，始終沒有形成全面系統的研究體系，理論層面的研究更是寥寥可數。

因教師實驗能力綜合性較強、涉及面較廣，故筆者以“教師實驗能力”為主要關鍵詞進行檢索，同時檢索了“實驗能力”“物理實驗能力”“化學實驗能力”“生物實驗能力”，以及與之相近的“教師實驗技能”和“實驗技能”。筆者通過中國知網數據庫、維普數據庫、萬方數據庫、獨秀搜索中文數據庫、EBSCO 數據庫等途徑分別進行檢索，結果是：2010—2020年，涉及上述關鍵詞的文章共有83 篇，其中碩博論文14 篇，中文期刊49 篇，外文期刊11篇，圖書9 篇。之后，筆者通過人工篩選的方式，遴選重要文獻，將有效信息加以整合，擬在界定教師實驗能力概念基礎上，歸納出教師實驗能力的構成要素。以此為基礎，提出教師實驗能力理論建模的構想。

二、教師實驗能力的界定

在進行教師實驗能力界定之前，有必要對能力進行必要的界定，因此，筆者決定分成兩步進行論述，即：先行對能力給予界定，在此基礎上對教師實驗能力進行界定。

（一）“能力”概念的區別與界定

“能力”與“技能”，看似相差無幾的兩個詞語，實則大不相同。從心理學角度出發，葉奕乾認為：“能力是一種直接影響到人們活動效率，并使活動得以順利完成的個性心理特征?！笨藗惏秃眨↗.Cronbach，1977）將技能定義為“具有習得特征，能精準執行的一種無意識狀態下的操作”。在此基礎上，陳芳桂提出，“知識與技能是能力的基本因素，無知識與技能，能力也無從存在”，并且認為，“能力首先是心理的，但又離不開生理機能和文化因素”。

上述學者的論述雖然都反映了能力的某一方面，但仍有不全面的地方。在筆者看來，能力與技能的區別在于：能力是大概念，而技能是能力之下的小概念；能力是整體，技能是部分。

筆者對能力的界定是：能力是指人的個體以知識與技能為支撐，同時輔以一定心理活動的外在實踐表現。能力有三個顯著特點，一是習得性：人的能力是需要一定量的訓練才能得到的。例如，語言能力、行走能力都是從嬰幼兒開始練習，經過一段時間的實踐，才能初步掌握。二是動態變化性：人的能力始終處于不斷變化的狀態，它既可能會因為不斷地練習或實踐而逐步提高，也可能會隨著長時間不用而處于不斷下降甚至喪失的地步；既可能隨著年齡的增長、經驗的豐富而不斷上升，也可能會隨著年齡的增長而逐步下降甚至喪失。三是再生性：能力可以再生創造新知識、新技能。

（二）“實驗能力”概念的區別與界定

結合搜集的文獻可知，當前教育界的學者對于“實驗能力”概念的理解，多數站在了不同的學科角度進行探討，以理科學科物理、化學、生物為主。為此，筆者在分析其概念界定基礎上，拋開學科分類，僅從實驗這一概念出發，初步得出研究者對“實驗能力”認知的區別。

1.從學科角度出發，“實驗能力”僅指針對實驗本身的能力。例如，劉志群認為生物學實驗能力可大致分為三個方面，即實驗基本能力、實驗基本素養和實驗研究能力。郝燕圍繞化學實驗能力展開研究，提出“化學實驗能力是一種綜合能力，不可簡單地理解為操作能力，應包括化學實驗方法論初步知識、化學基礎知識、化學實驗操作能力和運用實驗方法論能力等。”

2.從教師這一職業出發，“實驗能力”由實驗教學能力和學科所要求的實驗能力構成，即教學能力和學科所要求的實驗能力兩者是并列關系。例如，楊蕾強調，生物學實驗能力就應該是教師必須具有與高中實驗教學相關的教學能力和生物這門學科所要求的實驗能力，主要包括實驗的指導能力、演示能力、操作能力、設計能力、講解能力以及教材教具發展能力。劉志群認為，生物師范生實驗能力包括生物學實驗能力和實驗教學能力。

3.從能力分層的角度出發，“實驗能力”分為低、中、高三個層級（不同的研究者對三個層級會有不同的闡述）。例如，李增敏認為，物理學科的實驗能力結構按從低到高分為三個層級：較低層級為實驗基本能力，中間層級為實驗遷移能力，高層級是實驗科研能力?？梢?，盡管不同學科教師對實驗能力有不同的界定，對實驗能力的要求卻無太大區別。

4.以教學視角看，實驗教學能力是教師實驗能力的核心內容，即從屬于實驗能力。例如，蘇振興認為，“實驗教學能力”是“教師的實驗能力”的核心內容，“是指教師依托一定的教學理念，按教學需求選取實驗材料、設備，遵循一定的實驗操作規程組織實驗教學，使學生獲得知識、技能和情感體驗的能力”。劉星輝提出：“實驗教學能力是化學教師應具備的基本能力，可分為以下幾方面：一是對涉及實驗教材的分析與駕馭能力；二是對實驗教學的設計和實施能力；三是對實驗教學的反思能力；四是對化學實驗的研究能力和化學實驗教學的研究能力。”夏嬌將化學實驗教學能力界定為：為完成化學實驗教學任務，教師發揮自身智力和特殊能力，將教育教學理論與化學教學理論、化學實驗知識與實驗操作技能相結合，順利完成實驗教學任務的個性心理特征。李娜強調，物理教師實驗教學能力是建立在實驗能力和教學能力基礎上的一個質的飛躍，而不是兩者的簡單整合。

5.筆者的結論。結合以上闡述，本研究取教師實驗能力，擬從一個更加綜合的層面，將“技能”概括在“能力”里，將“教師實驗教學能力”整合在教師實驗能力的分支下，以形成更為全面、完整的研究體系。筆者在教師具備一定的專業知識和專業技能基礎上，圍繞應用、科研和管理，從專業緯度和職業緯度兩個方面劃分教師的實驗能力。其中，依據專業緯度，可以將教師的實驗能力分為實驗基本能力、實驗基本素養、實驗遷移能力和實驗科研能力；依據職業緯度，可以將教師的實驗能力分為實驗教學能力和實驗教學研究能力。說明：其具體的二級分支詳見教師“實驗能力”理論建模。

三、教師實驗能力的構成要素

關于教師實驗能力的構成，涉及構成要素的分解細化及其之間的相互關系等，研究者對此的界定和闡釋并不相同。本文不僅搜集了關于教師實驗能力構成要素的多維見解，同樣列舉了不少研究者對于概念下“教師實驗教學能力”的詳細論述。

（一）以實驗、教學為構成要素

莊垂迪圍繞實驗與教學，將教師實驗能力劃分為五個方面：一是實驗組織與管理能力；二是實驗設計能力；三是實驗操作能力；四是實驗分析能力；五是培養學生各種技能的能力。更進一步，宋潔蓮和李逢五將研究目光集中于教師的實驗教學能力，并采用了資料查詢、專家咨詢和反推等方法，結合大辭典中“教學能力”“實驗法”等概念的界定，經篩選、歸納綜合后，歸納出實驗教學能力包括實驗教學組織能力、實驗設計能力、儀器設備篩選與操作能力、實驗指導能力等四個主要方面。

（二）以實驗、教學和應用（含信息技術應用）為構成要素

例如，竺建偉綜合以往研究后認為，教師實驗能力的構成要素可從三個維度加以設計，即實驗、教學和技術應用。一是教師對實驗的認知與實驗技能，包括實驗知識、實驗觀念、實驗數據處理與分析等；二是教師對涉及實驗教學知識和能力的掌握，包括實驗教學設計能力、實驗教學價值分析能力、實驗教學實施應用和管理能力；三是教師對相關信息技術應用能力的掌握，包括實驗資源的開發與應用、新技術的運用、實驗室環境建設等。

（三）以學科為研究對象，研究者對不同學科教師實驗能力的構成要素提出了更加具體、細化的指標

筆者結合物理、化學、生物以及科學學科的研究分述如下。

1.物理教師實驗能力構成要素的細化。馮華芳認為，物理教師實驗能力可劃分為三個層級：一是實驗基本能力，指的是基本光電學等實驗的教學能力；二是實驗遷移能力，即基于實驗基本能力而開展某些物理實驗活動的能力；三是實驗科研能力，指借實驗而達成科研目標的能力。實驗科研能力除包括前兩個實驗能力外，還拓展出資料檢索、課題選擇、創新思維、規律總結及推理等能力。李增敏認為，中學物理教師實驗能力包括實驗教學能力、基本實驗能力、實驗研究能力三個部分，具體指實驗的組織、指導、操作、設計等能力。張德啟認為，合格的物理教師應具備的實驗能力有：實驗操作能力、觀察能力；實驗教學計劃的設計能力；選擇實驗教學方式的能力；實驗語言引導、講解和演示的能力；組織、指導學生開展分組實驗的能力；改進與設計實驗的能力；設計制作課件的能力；實驗研究能力。

2.化學教師實驗能力構成要素的細化。郝燕認為，化學實驗教學能力分為實驗基本素養、實驗基本能力、實驗教學能力和實驗教學研究能力，四者構成相互依存、彼此促進的關系，前者是后者的基礎，后者是前者的發展。夏嬌提出，在實驗教學中，實驗教學能力至關重要，其高低是衡量中學化學教師專業發展的重要標志。她通過研究歸納出，化學實驗教學能力由基本實驗技能、實驗設計能力、實驗研究能力和實驗實施能力四要素構成。呂培峰較為具體地論述了化學教師應具備的能力包括：培養學生獨立完成實驗的能力、分析處理實驗結果的能力、引導啟迪學生善于觀察的能力、組織學生實驗的能力、設計和改進實驗的能力、處理實驗事故的能力、實驗研究的能力及運用現代化教學手段的能力。

3.生物教師實驗能力構成要素的細化。楊蕾認為，生物學實驗能力應該是中學生物教師必須具有的與實驗教學相關的教學能力和學科所要求的實驗能力，主要由實驗基本能力、實驗基本素養、實驗的教學能力和實驗教學研究能力四個要素組成。蘇振興從兩個相似的緯度剖析了教師生物實驗能力，一是生物學科緯度，包括實驗原理解決、實驗數據分析、實驗操作、實驗設計能力；二是教師職業緯度，由學生學習引導、教師資源整合、教學理念把握、教學目標實現能力構成。

4.科學教師實驗能力構成要素的細化。洪霜從教師實驗能力與探究能力兩者相關性進行研究后提出，科學教師的四大實驗能力是實驗基礎能力、實驗教學能力、實驗設計能力與實驗操作能力。

（四）對教師實驗能力構成要素的思考

1.教師實驗能力構成要素研究現狀。筆者在分析所搜集文獻基礎上，初步歸納出研究大致可以劃分為：“實驗、教學”說（莊垂迪）、“實驗、教學和應用（含信息技術應用）”說（竺建偉）、分學科的細化（馮華芳、郝燕、楊蕾和洪霜）。

2.已有研究成果的不足。莊垂迪、宋潔蓮和李逢五等學者提出實驗、教學為構成要素，但莊垂迪的文章過于簡單，并沒有圍繞實驗、教學進行更深入的思考。宋浩蓮和李建又的文章在提出構成要素后，還設置了一定量的二級指標，雖然具有一定的合理性，但此文發于1996 年，其研究成果已同新課標對教師的要求具有了相當大的差距，因而在評價操作上具有一定的延后性。竺建偉在上述要素基礎上提出了應用維度，尤其強調了信息技術的應用能力，體現了研究的時代性和應用的緊迫性，凸顯了能力必須圍繞應用的理念，但此文更多是從管理者的角度考慮，或者是從如何培訓教師的角度考慮的。馮華芳、郝燕、楊蕾和洪霜等人的文章從理化生及小學科學學科角度細化能力的構成要素出發，雖然體現了各自學科的特點，且在評價上也具有一定的可操作性，但從一般性原則出發，則存在一定的局限性。

3.教師實驗能力理論建模的必要性。筆者認為，我們有必要結合知識、技能、應用、科研和管理五個維度，以專業性、職業性為層級，建構起可細化、可科學評價的教師實驗能力構成要素的理論模型，一方面可以在不區分學科的前提下實現科學、準確地評價教師的實驗能力，另一方面有助于建立起一支高水準的教師隊伍。

四、教師實驗能力理論建模初探

（一）建模思想的緣起

建模思想是數學發展到一定階段后，人們利用數學思維解決現實生產生活中的問題的一種指導思想。教師實驗能力的評價，不僅需要定性評價，更需要定量評價；不僅需要靜態的評價，同時需要動態評價。而借助理論建模，恰恰可以有效解決教師實驗能力評價在具體操作上的困難，使評價成了一個完整的科學過程和科學行為。

（二）理論建模的原則

1.整體性原則。教師實驗能力的評價需要從教師的整個教學行為加以評判，即不能僅僅看其實驗操作能力、實驗教學是否達標，而要從不同的角度、不同的層面進行建模，這就決定了理論建模需要全面、深入、多維地進行設計。

2.專業性原則。理論建模必須圍繞學科實驗和具體的教學展開，那么，如何在均衡各學科特點基礎上凸顯學科的專業性和教學的有序性就成為設計者必須思考的問題。專業性表現為：建模需要體現理科的學科特點，能夠真實反映出教師的專業能力、教學能力、科研能力、創新思維、發散思維，以及教學的組織能力和管理能力。

3.可操作性。理論建模的層級和指標必須能夠反映出模型自身的因果關系、邏輯關系，體現出客觀性并盡量避免評價的主觀因素。

（三）理論建模的構成

1.理論模型的層級。針對學科教師的職業特點，結合相關理論，該模型層級分為“專業緯度”和“職業緯度”。設置專業緯度，是從學科教師的專業背景出發，能夠做到綜合評估教師的專業素養和運用知識的能力。設置職業緯度，是從教師的職業特點出發，以突顯評估的針對性、科學性、職業性和有效性。

2.理論模型的二級和三級指標。筆者從專業和職業兩個維度出發，將教師實驗能力劃分為六部分，分別是實驗基本素養、實驗基本能力、實驗遷移能力、實驗科研能力、實驗教學能力以及實驗教學研究能力，并詳細地列出了每個能力下的細化指標，其模型圖如圖1所示。

圖1 教師實驗能力模型圖

（四）理論建模的意義

利用這一思想建立教師實驗能力理論模型，可以把復雜的問題以簡化的圖表或數學語言加以描述，能直觀、清晰地表達問題對象之間的邏輯關系、結構關系，并實現信息的雙向或多向的傳輸；既可以定性判斷教師實驗能力，更可以憑借一定的指標量化教師實驗能力；能夠實現評價的等級化、精細化，從而科學地評價教師；能夠為教師的專業發展指明方向，從而建立起一支高素質的教師隊伍；使教師培訓有章可循、有據可依；有助于實現管理的專業化、科學化。

筆者相信，理論模型的建立，可以為診斷和評價教師實驗能力的動態變化提供方法性工具，也為研發以能力提升為導向的教師培訓課程提供理論基礎和重要依據。本理論模型僅僅是一個有益的嘗試，希望在以后的實踐中不斷加以完善。同時，也希望廣大同仁積極開展后續研究，不斷提高理論建模的水平。