高校實驗人員能力構成與素質結構研究

江永亨 任艷頻 范文慧

摘 要：從社會實踐范疇出發探討了科學實驗的基本屬性，總結了科學實驗的功能和目的，進而討論了包括實驗條件識別、選擇、設定和控制能力以及以工具使用為主要代表的實驗執行能力、現象觀察能力等方面的高等學校實驗技術人員能力構成。在此基礎上，提出了針對高等學校從事實驗教學和實驗服務的實驗技術人員素質結構要求。本文從共性抽象角度進行探討，期望為具體專業領域具體方向的實驗能力討論提供有益的參考。

關鍵詞：科學實驗；實驗能力；實驗技術；人員素質

一、引言

實驗是自然科學、工程學科乃至人文社會科學活動的重要內容，實驗能力是學術素養的重要組成部分。特別是面對新的形勢，加強高等學校實驗能力培養具有十分重要的意義。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》（以下簡稱《綱要》）指出，當今世界正經歷百年未有之大變局，新一輪科技革命和產業變革深入發展，要制定科技強國行動綱要，健全社會主義市場經濟條件下新型舉國體制，打好關鍵核心技術攻堅戰，提高創新鏈整體效能，加強創新型、應用型、技能型人才培養，實施知識更新工程、技能提升行動，壯大高水平工程師和高技能人才隊伍[1]。《綱要》還特別指出，要“瞄準人工智能、量子信息、集成電路、生命健康、腦科學、生物育種、空天科技、深地深海等前沿領域，實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目”。《Science 125個前沿問題解讀》針對Science雜志組織挑選的125個挑戰全球科學界的重要基礎問題進行了解讀[2]，主要聚焦于生命科學領域、物理領域，還涉及信息學和醫學。《綱要》要求的前沿方向和Science雜志的125個問題都有一個共同特點，就是高度復雜，需要高水平實驗支撐，需要長期的技術積累。甚至人文社會科學方面，也開始重視實驗室建設，《教育部社會科學司2020年工作要點》要求就啟動高校文科實驗室建設和重點研究基地動態評估，重點支持建設一批文科實驗室[3]。

近年來，關于高等學校實驗能力培養的重要性以及如何改進和提高教學效果、培養水平已經做了大量的探討，在教學改革中也有相當多的實踐，特別是對動手能力、創新能力有突出的強調，但是關于實驗能力的系統化討論還不多，對實驗教師的素質要求也缺少明確的回答。本文擬從科學實驗基本屬性出發，初步探討實驗能力的構成問題，進而提出一個框架性的關于實驗技術人員的素質結構，以期對實驗能力培養討論有所助益。

二、科學實驗的基本屬性

辯證唯物主義認為，物質是第一性的，精神是第二性的，人類通過社會實踐不斷認識和改造世界。客觀世界具有無限的廣延性和層次性，一定的系統層次有一定的規律，個體的人和人的社會也是客觀世界的有機組成部分。人類認識和改造世界的過程是在自身面前不斷展開客觀世界矛盾運動的過程，在這個過程中不斷發現新規律，形成新能力，制作新工具。

科學實驗與生產斗爭、階級斗爭共同構成實踐活動總體，與生產斗爭、階級斗爭緊密聯系，是在特定條件下認識客觀世界、改造客觀世界的實踐活動，以獲得客觀世界知識和規律、改造客觀世界的手段和能力為目的。

根據《辭海》（第七版）的定義，科學實驗是指根據一定目的，運用一定的儀器、設備等物質手段，在人工控制的條件下，觀察、研究自然現象及其規律性的社會實踐形式，是獲取經驗事實和檢驗科學假說、理論真理性的重要途徑。它不僅包括儀器、設備、實驗的物質對象，還包括背景知識、理論假設、數據分析、科學解釋，以及實驗者之間的協商、交流和資金的獲取等相關社會因素。其性質不只是物質性的，還是文化性的和社會性的。這個定義反映了科學實驗的基本特征，但是把對象局限于自然現象，“運用一定的儀器、設備等物質手段”“在人工控制的條件下”的描述也略嫌一般性不夠，下文結合科學實驗分類探討其

含義。

科學實驗可以依據對象、目的、系統層次三個維度進行分類。從對象的維度，可以分為自然/人為對象、人本身、社會對象三大類。其中，自然/人為對象是指自然存在物，如日月星辰、江河湖海、水陸生物、粒子射線等，以及以自然存在物為基礎的人為對象，如建構筑物、工廠設備、培育生物等，自然/人為對象又可以逐級分類。人本身則是指具有生理、精神屬性的人的個體，社會對象是指不同范圍、不同功能的社會人群和組織。三者當然也是相互聯系的。從目的的維度，宏觀上可以有科學、技術、“工程”三大類。所謂科學，是指對客觀世界結構和運動規律的認識和總結，并上升為理論，以認識世界為目的，既包括自然科學，也包括社會科學，以對象為依據。所謂技術，是指根據客觀世界運動規律改造世界的方法和手段。“工程”加上引號特指廣義的概念，是改造世界的系統化方案。這些概念也與《辭海》（第七版）的定義有所區別。系統層次維度至少包括三個方面，就是時間尺度、空間尺度和邏輯層次，比如不同尺度上的系統學規律，作為一個共性規律具有不同的邏輯層次。這三個維度的內部都不是截然分開的，三個維度之間也相互影響，這既是科學實驗分類的邏輯，實際上也是學科分類的邏輯。

從目的維度考察，實驗的功能和目的可以有所區別。科學既然以認識世界為目的，科學實驗就要有發現和驗證兩大功能，發現功能就是發現新現象、新事實，驗證功能就是驗證新判斷、新理論。發現和驗證都是既以既有認識為基礎，又以新情況為目的。技術和“工程”密切交融在一起，其顯著特點是實踐性和綜合性，本質是實踐性的，對象和內涵是綜合性的，而且要綜合考慮目標與條件和成本的關系，要處理好“純技術”和策略的關系，要考慮技術與技能的關系。科學實驗既是“工程”實踐的過程，也是“工程”實踐的模型，在不斷逼近真實條件下檢驗、完善方案。我們討論實驗能力主要從這個維度著眼。

近代以來，科學技術的發展發生了質的飛躍。科學實驗也包括人文社會科學領域，如進化論、管理學等，走上了新的規范化道路，自覺性和理論性越來越強，以儀器設備為主要內容的實驗工具越來越復雜。近幾十年來，科學研究和技術“工程”在時空尺度的兩端不斷拓展，復雜性越來越高，科學實驗的地位越來越重要，內容越來越復雜，對工具的依賴越來越強。實驗能力的與時俱進以及對其共性的把握也有了新的需要。

三、實驗技術人員實驗能力的含義和構成

如上所述，科學實驗是在特定條件下認識客觀世界、改造客觀世界的實踐活動，以獲得客觀世界知識和規律、改造客觀世界的手段和能力為目的。實驗能力則是實驗技術人員在特定條件下通過科學實驗完成認識客觀世界、改造客觀世界任務的能力，應當涵蓋從實驗方案設計、實驗操作執行到實驗結果分析全過程。接下來我們將以實驗方案為統領，系統化探討高等學校實驗能力。高等學校實驗技術人員能力構成如圖1所示。

實驗方案具有特定（明確或者不那么明確）目的，或者發現新現象、新事實，或者驗證新判斷、新理論，或者探索新技術、新能力。在什么條件下、以什么為對象、按照什么思路和路徑、獲得什么現象和數據、如何分析過程和結果都是實驗方案的必要內容，與理論和實踐方面的問題背景密切相關。因而，實驗方案設計能力是全面綜合性的能力。

實驗條件是實驗方案的前提，既包括實驗對象的狀態，也包括實驗對象的環境。識別、選擇、設定實驗條件，包括實驗對象，是實驗能力的第一個方面。實驗條件存在于客觀世界，與實驗內容密切相關，有的以顯然的形式存在，有的則處于隱含和潛伏狀態。首要的是對關鍵條件進行識別，這離不開理論認識和可能的知識掌握，很多情況下也是一個迭代過程。特別是“工程”類實驗，往往很多條件是不可選擇的，識別是唯一必要的任務。為了獲得特定的認識，選擇和設定特定條件有時也是必要的任務，甚至還要進行一定的控制，這就需要更多的手段。綜合性的實驗條件往往形成一個包括對象和工具的實驗系統。

實驗系統的構建和實驗過程的執行又需要相應的操作和執行能力，一般包括徒手技能及簡單工具使用能力、復雜工具使用能力、調查研究能力等。隨著實驗及其工具的復雜化，徒手能力似乎越來越不那么顯著，但仍然是必要的基礎能力。工具則既包括扳手、移液器之類的簡單工具，也包括電子顯微鏡、離子刻蝕之類的復雜儀器設備甚至復雜系統，還可能包括仿真和分析方面的軟件工具。工具使用能力的需要越來越突出，對于復雜工具，如何最大程度發揮其功能則是工具使用能力的重要標志。對于地質地理、案件調查、社會調查等方面的研究，包括勘查、對話、溝通等方面的調查研究能力又是重要的能力需要。

實驗過程和結果中的直接或者間接現象是實驗的基本產出，對其進行觀察是實驗的必要環節。觀察的任務可以分為兩個方面，一是識別規律和異常，抓住規律和發現異常的能力是一個能力的兩個方面，二是思辨和提煉，從現象中總結出規律，確定規律與條件的關系，這是思維的飛躍。

對于整個實驗方案，其設計和評估能力也是重要方面。設計是全面的工作，涉及實驗目標的確定、實驗原理的理解等。評估則是判斷實驗的價值、可靠性等，特別是對于迭代反復不能一次性得到結果的實驗，其評估更有特殊的意義。

如上幾個方面是實驗技術人員實驗能力的基本內容，不同的學科方向和實驗目的要求自己的具體內容和不同側重。同樣是實驗條件的識別、選擇和設定，以獲得科學理論為目標和以實現“工程”方案為目標的實驗能力要求肯定要有所區別。同樣是工具使用能力，機械學科與生命學科要求掌握的工具主體肯定不同。可以考慮以這幾個方面為基礎，以學科方向和實驗目的去實例化實驗能力，從而形成相應的能力圖譜。

在這些基本內容之上，方法論、價值觀、行為與思維習慣是無形的超然的能力，具有方向性意義。所有的這些基本實驗能力又都不可能脫離相應的專業能力和理論知識，對于“工程”類實驗，由于實踐性和綜合性的特征，往往需要對目標、條件和成本進行權衡，某種意義上又是一個政治判斷問題。當然，對于大型綜合性實驗，還有團隊和組織問題。這些可以作為外圍能力。

四、實驗技術人員實驗能力培養的幾個關系

上文一般性地討論了實驗能力的含義和構成，同時指出要注意與其他科學工作能力相區別。但是，泛泛而論實驗能力很難定位它的邊界，而大而全的能力水平對個人是不現實的。因而，從實驗能力培養的定位和途徑角度提出如下幾方面的關系問題。

一是實驗能力與理論水平關系。毋庸贅言，實驗能力與專業理論水平自然是不可分割的兩個方面。但是，討論實驗能力的時候，對專業理論水平不能提出與理論科學家一樣的要求，而是要強調對專業理論領域中基本概念、基本邏輯的理解和認知，也就是說對理論有透徹的認識，可以有效支撐對實驗方案的理解，而不是全面的領域、前沿和創造性的水平。在這個前提之下，才能夠聚焦于實驗層面的條件識別、選擇、設定和控制以及現象觀察、思辨提煉，指導實驗操作。

二是“通”與“專”的關系。“通”與“專”的關系不僅是實驗能力涉及的重要關系，“通”而有專長，“專”而能博物，是“通”與“專”的辯證法。所謂一專多能是方向，“通”往往以“專”為基礎，體現教育學中所謂遷移價值。

三是體系性與階段性的關系。君子不器，我們不取孔子的含義，而是說不做專項之器。講實驗能力應該有一個體系性的能力，才能獨當一面。但是，體系性的能力培養不可能一蹴而就，而需要階段性安排，一個階段有一個體系和重點，下一個階段有下一個體系和重點，處理好兩個階段的傳承和轉換關系。

四是認識與實踐的關系。認識與實踐是辯證統一的，在實驗能力培養方面要特別強調實踐的意義，所謂在戰爭中學習戰爭，在解決問題的過程中培養能力。師傅領進門，修行在個人，技能和心法的落腳只能在個人，要特別注意在環境中學習。而所謂認識，應當在實踐的基礎上加強思考，加強理論提高，帶著實踐中的問題去提高認識。

五、實驗技術人員的業務素質要求

高等學校中的實驗技術人員一般包括從事實驗教學和科研支撐兩類，各學校的序列、編制不同，本文統稱為實驗技術人員。其中，科研支撐人員本文聚焦于提供公共支撐服務的人員，因而稱之為實驗服務。實驗技術人員業務素質要求不止于實驗能力，考慮到重復問題，此處不再對實驗能力進行羅列和展開，而是從另外的維度進行討論，實驗能力要素自然融入相關方面。

顯然，實驗教學和實驗服務對業務素質的要求是有區別的，下面分別討論。

高等學校實驗技術人員實驗教學綜合業務素質結構如圖2所示。總體上實驗教學綜合業務素質包括學術認知、實驗能力、教學方法三大部分。如前所述，實驗能力自然是核心業務能力，此處所指實驗能力以前述實驗能力為基礎，從實驗教學的需要出發，包括課程設計能力、實驗開發能力、技術改造能力和過程指導能力等方面，主要指向教學實驗的需要，并要求能夠對現有設備條件進行技術改造。同時，要求有一定的學術認知水平，就是要有一定的學術視野和比較完備的知識體系，對于學術前沿，不能要求全部熟悉，但要有一定的跟蹤能力，在需要的情況下可以迅速掌握，而學術認知深度則是要求對基本概念、基本邏輯有比較透徹的理解，是對學術跟蹤能力的有效支撐。還要從對科學技術發展規律、學術認知規律、教學方法設計能力等方面具備一定的教學方法方面的素質。每個具體方面都是共性描述，需要在具體的專業方向進行實例化，同時能在這些方面進行自主研究。哲學修養和綜合洞察能力則是更加超然的能力，是綜合水平在抽象層面的體現。

高等學校實驗技術人員實驗服務綜合業務素質結構如圖3所示。邏輯上與實驗教學綜合業務素質結構是相似的，茲不一一贅述。需要指出的是，由于是公共實驗服務，除學術、技術方面外，還要有一定的服務能力，包括溝通能力、用戶管理能力等，由于有的服務任務是綜合性的，還需要一定的資源統籌和協調能力。

上述素質要求，是一個結構框架，具體到個人，當然可以有所側重，但是結構框架為水平評價和崗位勝任能力判斷以及成長方向提供參考。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要[Z]. 2021.

[2] 高福. Science 125個前沿問題解讀[M]. 北京：科學出版社，2019.

[3] 教育部社會科學司2020年工作要點[Z]. 教社科司函〔2020〕12號.

[責任編輯：余大品]