教师实验能力的构成要素及理论建模研究

孙爱青 上海市教育委员会教育技术装备中心

一、引言

在对实验教学现状和发展的探索中，教师实验能力占据着举足轻重的位置。近年来，尽管教育界对教师实验能力的重视化程度有了明显提高，但其研究仍处于片面化和零散化的阶段，始终没有形成全面系统的研究体系，理论层面的研究更是寥寥可数。

因教师实验能力综合性较强、涉及面较广，故笔者以“教师实验能力”为主要关键词进行检索，同时检索了“实验能力”“物理实验能力”“化学实验能力”“生物实验能力”，以及与之相近的“教师实验技能”和“实验技能”。笔者通过中国知网数据库、维普数据库、万方数据库、独秀搜索中文数据库、EBSCO 数据库等途径分别进行检索，结果是：2010—2020年，涉及上述关键词的文章共有83 篇，其中硕博论文14 篇，中文期刊49 篇，外文期刊11篇，图书9 篇。之后，笔者通过人工筛选的方式，遴选重要文献，将有效信息加以整合，拟在界定教师实验能力概念基础上，归纳出教师实验能力的构成要素。以此为基础，提出教师实验能力理论建模的构想。

二、教师实验能力的界定

在进行教师实验能力界定之前，有必要对能力进行必要的界定，因此，笔者决定分成两步进行论述，即：先行对能力给予界定，在此基础上对教师实验能力进行界定。

（一）“能力”概念的区别与界定

“能力”与“技能”，看似相差无几的两个词语，实则大不相同。从心理学角度出发，叶奕乾认为：“能力是一种直接影响到人们活动效率，并使活动得以顺利完成的个性心理特征。”克伦巴赫（J.Cronbach，1977）将技能定义为“具有习得特征，能精准执行的一种无意识状态下的操作”。在此基础上，陈芳桂提出，“知识与技能是能力的基本因素，无知识与技能，能力也无从存在”，并且认为，“能力首先是心理的，但又离不开生理机能和文化因素”。

上述学者的论述虽然都反映了能力的某一方面，但仍有不全面的地方。在笔者看来，能力与技能的区别在于：能力是大概念，而技能是能力之下的小概念；能力是整体，技能是部分。

笔者对能力的界定是：能力是指人的个体以知识与技能为支撑，同时辅以一定心理活动的外在实践表现。能力有三个显著特点，一是习得性：人的能力是需要一定量的训练才能得到的。例如，语言能力、行走能力都是从婴幼儿开始练习，经过一段时间的实践，才能初步掌握。二是动态变化性：人的能力始终处于不断变化的状态，它既可能会因为不断地练习或实践而逐步提高，也可能会随着长时间不用而处于不断下降甚至丧失的地步；既可能随着年龄的增长、经验的丰富而不断上升，也可能会随着年龄的增长而逐步下降甚至丧失。三是再生性：能力可以再生创造新知识、新技能。

（二）“实验能力”概念的区别与界定

结合搜集的文献可知，当前教育界的学者对于“实验能力”概念的理解，多数站在了不同的学科角度进行探讨，以理科学科物理、化学、生物为主。为此，笔者在分析其概念界定基础上，抛开学科分类，仅从实验这一概念出发，初步得出研究者对“实验能力”认知的区别。

1.从学科角度出发，“实验能力”仅指针对实验本身的能力。例如，刘志群认为生物学实验能力可大致分为三个方面，即实验基本能力、实验基本素养和实验研究能力。郝燕围绕化学实验能力展开研究，提出“化学实验能力是一种综合能力，不可简单地理解为操作能力，应包括化学实验方法论初步知识、化学基础知识、化学实验操作能力和运用实验方法论能力等。”

2.从教师这一职业出发，“实验能力”由实验教学能力和学科所要求的实验能力构成，即教学能力和学科所要求的实验能力两者是并列关系。例如，杨蕾强调，生物学实验能力就应该是教师必须具有与高中实验教学相关的教学能力和生物这门学科所要求的实验能力，主要包括实验的指导能力、演示能力、操作能力、设计能力、讲解能力以及教材教具发展能力。刘志群认为，生物师范生实验能力包括生物学实验能力和实验教学能力。

3.从能力分层的角度出发，“实验能力”分为低、中、高三个层级（不同的研究者对三个层级会有不同的阐述）。例如，李增敏认为，物理学科的实验能力结构按从低到高分为三个层级：较低层级为实验基本能力，中间层级为实验迁移能力，高层级是实验科研能力。可见，尽管不同学科教师对实验能力有不同的界定，对实验能力的要求却无太大区别。

4.以教学视角看，实验教学能力是教师实验能力的核心内容，即从属于实验能力。例如，苏振兴认为，“实验教学能力”是“教师的实验能力”的核心内容，“是指教师依托一定的教学理念，按教学需求选取实验材料、设备，遵循一定的实验操作规程组织实验教学，使学生获得知识、技能和情感体验的能力”。刘星辉提出：“实验教学能力是化学教师应具备的基本能力，可分为以下几方面：一是对涉及实验教材的分析与驾驭能力；二是对实验教学的设计和实施能力；三是对实验教学的反思能力；四是对化学实验的研究能力和化学实验教学的研究能力。”夏娇将化学实验教学能力界定为：为完成化学实验教学任务，教师发挥自身智力和特殊能力，将教育教学理论与化学教学理论、化学实验知识与实验操作技能相结合，顺利完成实验教学任务的个性心理特征。李娜强调，物理教师实验教学能力是建立在实验能力和教学能力基础上的一个质的飞跃，而不是两者的简单整合。

5.笔者的结论。结合以上阐述，本研究取教师实验能力，拟从一个更加综合的层面，将“技能”概括在“能力”里，将“教师实验教学能力”整合在教师实验能力的分支下，以形成更为全面、完整的研究体系。笔者在教师具备一定的专业知识和专业技能基础上，围绕应用、科研和管理，从专业纬度和职业纬度两个方面划分教师的实验能力。其中，依据专业纬度，可以将教师的实验能力分为实验基本能力、实验基本素养、实验迁移能力和实验科研能力；依据职业纬度，可以将教师的实验能力分为实验教学能力和实验教学研究能力。说明：其具体的二级分支详见教师“实验能力”理论建模。

三、教师实验能力的构成要素

关于教师实验能力的构成，涉及构成要素的分解细化及其之间的相互关系等，研究者对此的界定和阐释并不相同。本文不仅搜集了关于教师实验能力构成要素的多维见解，同样列举了不少研究者对于概念下“教师实验教学能力”的详细论述。

（一）以实验、教学为构成要素

庄垂迪围绕实验与教学，将教师实验能力划分为五个方面：一是实验组织与管理能力；二是实验设计能力；三是实验操作能力；四是实验分析能力；五是培养学生各种技能的能力。更进一步，宋洁莲和李逢五将研究目光集中于教师的实验教学能力，并采用了资料查询、专家咨询和反推等方法，结合大辞典中“教学能力”“实验法”等概念的界定，经筛选、归纳综合后，归纳出实验教学能力包括实验教学组织能力、实验设计能力、仪器设备筛选与操作能力、实验指导能力等四个主要方面。

（二）以实验、教学和应用（含信息技术应用）为构成要素

例如，竺建伟综合以往研究后认为，教师实验能力的构成要素可从三个维度加以设计，即实验、教学和技术应用。一是教师对实验的认知与实验技能，包括实验知识、实验观念、实验数据处理与分析等；二是教师对涉及实验教学知识和能力的掌握，包括实验教学设计能力、实验教学价值分析能力、实验教学实施应用和管理能力；三是教师对相关信息技术应用能力的掌握，包括实验资源的开发与应用、新技术的运用、实验室环境建设等。

（三）以学科为研究对象，研究者对不同学科教师实验能力的构成要素提出了更加具体、细化的指标

笔者结合物理、化学、生物以及科学学科的研究分述如下。

1.物理教师实验能力构成要素的细化。冯华芳认为，物理教师实验能力可划分为三个层级：一是实验基本能力，指的是基本光电学等实验的教学能力；二是实验迁移能力，即基于实验基本能力而开展某些物理实验活动的能力；三是实验科研能力，指借实验而达成科研目标的能力。实验科研能力除包括前两个实验能力外，还拓展出资料检索、课题选择、创新思维、规律总结及推理等能力。李增敏认为，中学物理教师实验能力包括实验教学能力、基本实验能力、实验研究能力三个部分，具体指实验的组织、指导、操作、设计等能力。张德启认为，合格的物理教师应具备的实验能力有：实验操作能力、观察能力；实验教学计划的设计能力；选择实验教学方式的能力；实验语言引导、讲解和演示的能力；组织、指导学生开展分组实验的能力；改进与设计实验的能力；设计制作课件的能力；实验研究能力。

2.化学教师实验能力构成要素的细化。郝燕认为，化学实验教学能力分为实验基本素养、实验基本能力、实验教学能力和实验教学研究能力，四者构成相互依存、彼此促进的关系，前者是后者的基础，后者是前者的发展。夏娇提出，在实验教学中，实验教学能力至关重要，其高低是衡量中学化学教师专业发展的重要标志。她通过研究归纳出，化学实验教学能力由基本实验技能、实验设计能力、实验研究能力和实验实施能力四要素构成。吕培峰较为具体地论述了化学教师应具备的能力包括：培养学生独立完成实验的能力、分析处理实验结果的能力、引导启迪学生善于观察的能力、组织学生实验的能力、设计和改进实验的能力、处理实验事故的能力、实验研究的能力及运用现代化教学手段的能力。

3.生物教师实验能力构成要素的细化。杨蕾认为，生物学实验能力应该是中学生物教师必须具有的与实验教学相关的教学能力和学科所要求的实验能力，主要由实验基本能力、实验基本素养、实验的教学能力和实验教学研究能力四个要素组成。苏振兴从两个相似的纬度剖析了教师生物实验能力，一是生物学科纬度，包括实验原理解决、实验数据分析、实验操作、实验设计能力；二是教师职业纬度，由学生学习引导、教师资源整合、教学理念把握、教学目标实现能力构成。

4.科学教师实验能力构成要素的细化。洪霜从教师实验能力与探究能力两者相关性进行研究后提出，科学教师的四大实验能力是实验基础能力、实验教学能力、实验设计能力与实验操作能力。

（四）对教师实验能力构成要素的思考

1.教师实验能力构成要素研究现状。笔者在分析所搜集文献基础上，初步归纳出研究大致可以划分为：“实验、教学”说（庄垂迪）、“实验、教学和应用（含信息技术应用）”说（竺建伟）、分学科的细化（冯华芳、郝燕、杨蕾和洪霜）。

2.已有研究成果的不足。庄垂迪、宋洁莲和李逢五等学者提出实验、教学为构成要素，但庄垂迪的文章过于简单，并没有围绕实验、教学进行更深入的思考。宋浩莲和李建又的文章在提出构成要素后，还设置了一定量的二级指标，虽然具有一定的合理性，但此文发于1996 年，其研究成果已同新课标对教师的要求具有了相当大的差距，因而在评价操作上具有一定的延后性。竺建伟在上述要素基础上提出了应用维度，尤其强调了信息技术的应用能力，体现了研究的时代性和应用的紧迫性，凸显了能力必须围绕应用的理念，但此文更多是从管理者的角度考虑，或者是从如何培训教师的角度考虑的。冯华芳、郝燕、杨蕾和洪霜等人的文章从理化生及小学科学学科角度细化能力的构成要素出发，虽然体现了各自学科的特点，且在评价上也具有一定的可操作性，但从一般性原则出发，则存在一定的局限性。

3.教师实验能力理论建模的必要性。笔者认为，我们有必要结合知识、技能、应用、科研和管理五个维度，以专业性、职业性为层级，建构起可细化、可科学评价的教师实验能力构成要素的理论模型，一方面可以在不区分学科的前提下实现科学、准确地评价教师的实验能力，另一方面有助于建立起一支高水准的教师队伍。

四、教师实验能力理论建模初探

（一）建模思想的缘起

建模思想是数学发展到一定阶段后，人们利用数学思维解决现实生产生活中的问题的一种指导思想。教师实验能力的评价，不仅需要定性评价，更需要定量评价；不仅需要静态的评价，同时需要动态评价。而借助理论建模，恰恰可以有效解决教师实验能力评价在具体操作上的困难，使评价成了一个完整的科学过程和科学行为。

（二）理论建模的原则

1.整体性原则。教师实验能力的评价需要从教师的整个教学行为加以评判，即不能仅仅看其实验操作能力、实验教学是否达标，而要从不同的角度、不同的层面进行建模，这就决定了理论建模需要全面、深入、多维地进行设计。

2.专业性原则。理论建模必须围绕学科实验和具体的教学展开，那么，如何在均衡各学科特点基础上凸显学科的专业性和教学的有序性就成为设计者必须思考的问题。专业性表现为：建模需要体现理科的学科特点，能够真实反映出教师的专业能力、教学能力、科研能力、创新思维、发散思维，以及教学的组织能力和管理能力。

3.可操作性。理论建模的层级和指标必须能够反映出模型自身的因果关系、逻辑关系，体现出客观性并尽量避免评价的主观因素。

（三）理论建模的构成

1.理论模型的层级。针对学科教师的职业特点，结合相关理论，该模型层级分为“专业纬度”和“职业纬度”。设置专业纬度，是从学科教师的专业背景出发，能够做到综合评估教师的专业素养和运用知识的能力。设置职业纬度，是从教师的职业特点出发，以突显评估的针对性、科学性、职业性和有效性。

2.理论模型的二级和三级指标。笔者从专业和职业两个维度出发，将教师实验能力划分为六部分，分别是实验基本素养、实验基本能力、实验迁移能力、实验科研能力、实验教学能力以及实验教学研究能力，并详细地列出了每个能力下的细化指标，其模型图如图1所示。

图1 教师实验能力模型图

（四）理论建模的意义

利用这一思想建立教师实验能力理论模型，可以把复杂的问题以简化的图表或数学语言加以描述，能直观、清晰地表达问题对象之间的逻辑关系、结构关系，并实现信息的双向或多向的传输；既可以定性判断教师实验能力，更可以凭借一定的指标量化教师实验能力；能够实现评价的等级化、精细化，从而科学地评价教师；能够为教师的专业发展指明方向，从而建立起一支高素质的教师队伍；使教师培训有章可循、有据可依；有助于实现管理的专业化、科学化。

笔者相信，理论模型的建立，可以为诊断和评价教师实验能力的动态变化提供方法性工具，也为研发以能力提升为导向的教师培训课程提供理论基础和重要依据。本理论模型仅仅是一个有益的尝试，希望在以后的实践中不断加以完善。同时，也希望广大同仁积极开展后续研究，不断提高理论建模的水平。