高校实验人员能力构成与素质结构研究

江永亨 任艳频 范文慧

摘 要：从社会实践范畴出发探讨了科学实验的基本属性，总结了科学实验的功能和目的，进而讨论了包括实验条件识别、选择、设定和控制能力以及以工具使用为主要代表的实验执行能力、现象观察能力等方面的高等学校实验技术人员能力构成。在此基础上，提出了针对高等学校从事实验教学和实验服务的实验技术人员素质结构要求。本文从共性抽象角度进行探讨，期望为具体专业领域具体方向的实验能力讨论提供有益的参考。

关键词：科学实验；实验能力；实验技术；人员素质

一、引言

实验是自然科学、工程学科乃至人文社会科学活动的重要内容，实验能力是学术素养的重要组成部分。特别是面对新的形势，加强高等学校实验能力培养具有十分重要的意义。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》（以下简称《纲要》）指出，当今世界正经历百年未有之大变局，新一轮科技革命和产业变革深入发展，要制定科技强国行动纲要，健全社会主义市场经济条件下新型举国体制，打好关键核心技术攻坚战，提高创新链整体效能，加强创新型、应用型、技能型人才培养，实施知识更新工程、技能提升行动，壮大高水平工程师和高技能人才队伍[1]。《纲要》还特别指出，要“瞄准人工智能、量子信息、集成电路、生命健康、脑科学、生物育种、空天科技、深地深海等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目”。《Science 125个前沿问题解读》针对Science杂志组织挑选的125个挑战全球科学界的重要基础问题进行了解读[2]，主要聚焦于生命科学领域、物理领域，还涉及信息学和医学。《纲要》要求的前沿方向和Science杂志的125个问题都有一个共同特点，就是高度复杂，需要高水平实验支撑，需要长期的技术积累。甚至人文社会科学方面，也开始重视实验室建设，《教育部社会科学司2020年工作要点》要求就启动高校文科实验室建设和重点研究基地动态评估，重点支持建设一批文科实验室[3]。

近年来，关于高等学校实验能力培养的重要性以及如何改进和提高教学效果、培养水平已经做了大量的探讨，在教学改革中也有相当多的实践，特别是对动手能力、创新能力有突出的强调，但是关于实验能力的系统化讨论还不多，对实验教师的素质要求也缺少明确的回答。本文拟从科学实验基本属性出发，初步探讨实验能力的构成问题，进而提出一个框架性的关于实验技术人员的素质结构，以期对实验能力培养讨论有所助益。

二、科学实验的基本属性

辩证唯物主义认为，物质是第一性的，精神是第二性的，人类通过社会实践不断认识和改造世界。客观世界具有无限的广延性和层次性，一定的系统层次有一定的规律，个体的人和人的社会也是客观世界的有机组成部分。人类认识和改造世界的过程是在自身面前不断展开客观世界矛盾运动的过程，在这个过程中不断发现新规律，形成新能力，制作新工具。

科学实验与生产斗争、阶级斗争共同构成实践活动总体，与生产斗争、阶级斗争紧密联系，是在特定条件下认识客观世界、改造客观世界的实践活动，以获得客观世界知识和规律、改造客观世界的手段和能力为目的。

根据《辞海》（第七版）的定义，科学实验是指根据一定目的，运用一定的仪器、设备等物质手段，在人工控制的条件下，观察、研究自然现象及其规律性的社会实践形式，是获取经验事实和检验科学假说、理论真理性的重要途径。它不仅包括仪器、设备、实验的物质对象，还包括背景知识、理论假设、数据分析、科学解释，以及实验者之间的协商、交流和资金的获取等相关社会因素。其性质不只是物质性的，还是文化性的和社会性的。这个定义反映了科学实验的基本特征，但是把对象局限于自然现象，“运用一定的仪器、设备等物质手段”“在人工控制的条件下”的描述也略嫌一般性不够，下文结合科学实验分类探讨其

含义。

科学实验可以依据对象、目的、系统层次三个维度进行分类。从对象的维度，可以分为自然/人为对象、人本身、社会对象三大类。其中，自然/人为对象是指自然存在物，如日月星辰、江河湖海、水陆生物、粒子射线等，以及以自然存在物为基础的人为对象，如建构筑物、工厂设备、培育生物等，自然/人为对象又可以逐级分类。人本身则是指具有生理、精神属性的人的个体，社会對象是指不同范围、不同功能的社会人群和组织。三者当然也是相互联系的。从目的的维度，宏观上可以有科学、技术、“工程”三大类。所谓科学，是指对客观世界结构和运动规律的认识和总结，并上升为理论，以认识世界为目的，既包括自然科学，也包括社会科学，以对象为依据。所谓技术，是指根据客观世界运动规律改造世界的方法和手段。“工程”加上引号特指广义的概念，是改造世界的系统化方案。这些概念也与《辞海》（第七版）的定义有所区别。系统层次维度至少包括三个方面，就是时间尺度、空间尺度和逻辑层次，比如不同尺度上的系统学规律，作为一个共性规律具有不同的逻辑层次。这三个维度的内部都不是截然分开的，三个维度之间也相互影响，这既是科学实验分类的逻辑，实际上也是学科分类的逻辑。

从目的维度考察，实验的功能和目的可以有所区别。科学既然以认识世界为目的，科学实验就要有发现和验证两大功能，发现功能就是发现新现象、新事实，验证功能就是验证新判断、新理论。发现和验证都是既以既有认识为基础，又以新情况为目的。技术和“工程”密切交融在一起，其显著特点是实践性和综合性，本质是实践性的，对象和内涵是综合性的，而且要综合考虑目标与条件和成本的关系，要处理好“纯技术”和策略的关系，要考虑技术与技能的关系。科学实验既是“工程”实践的过程，也是“工程”实践的模型，在不断逼近真实条件下检验、完善方案。我们讨论实验能力主要从这个维度着眼。

近代以来，科学技术的发展发生了质的飞跃。科学实验也包括人文社会科学领域，如进化论、管理学等，走上了新的规范化道路，自觉性和理论性越来越强，以仪器设备为主要内容的实验工具越来越复杂。近几十年来，科学研究和技术“工程”在时空尺度的两端不断拓展，复杂性越来越高，科学实验的地位越来越重要，内容越来越复杂，对工具的依赖越来越强。实验能力的与时俱进以及对其共性的把握也有了新的需要。

三、实验技术人员实验能力的含义和构成

如上所述，科学实验是在特定条件下认识客观世界、改造客观世界的实践活动，以获得客观世界知识和规律、改造客观世界的手段和能力为目的。实验能力则是实验技术人员在特定条件下通过科学实验完成认识客观世界、改造客观世界任务的能力，应当涵盖从实验方案设计、实验操作执行到实验结果分析全过程。接下来我們将以实验方案为统领，系统化探讨高等学校实验能力。高等学校实验技术人员能力构成如图1所示。

实验方案具有特定（明确或者不那么明确）目的，或者发现新现象、新事实，或者验证新判断、新理论，或者探索新技术、新能力。在什么条件下、以什么为对象、按照什么思路和路径、获得什么现象和数据、如何分析过程和结果都是实验方案的必要内容，与理论和实践方面的问题背景密切相关。因而，实验方案设计能力是全面综合性的能力。

实验条件是实验方案的前提，既包括实验对象的状态，也包括实验对象的环境。识别、选择、设定实验条件，包括实验对象，是实验能力的第一个方面。实验条件存在于客观世界，与实验内容密切相关，有的以显然的形式存在，有的则处于隐含和潜伏状态。首要的是对关键条件进行识别，这离不开理论认识和可能的知识掌握，很多情况下也是一个迭代过程。特别是“工程”类实验，往往很多条件是不可选择的，识别是唯一必要的任务。为了获得特定的认识，选择和设定特定条件有时也是必要的任务，甚至还要进行一定的控制，这就需要更多的手段。综合性的实验条件往往形成一个包括对象和工具的实验系统。

实验系统的构建和实验过程的执行又需要相应的操作和执行能力，一般包括徒手技能及简单工具使用能力、复杂工具使用能力、调查研究能力等。随着实验及其工具的复杂化，徒手能力似乎越来越不那么显著，但仍然是必要的基础能力。工具则既包括扳手、移液器之类的简单工具，也包括电子显微镜、离子刻蚀之类的复杂仪器设备甚至复杂系统，还可能包括仿真和分析方面的软件工具。工具使用能力的需要越来越突出，对于复杂工具，如何最大程度发挥其功能则是工具使用能力的重要标志。对于地质地理、案件调查、社会调查等方面的研究，包括勘查、对话、沟通等方面的调查研究能力又是重要的能力需要。

实验过程和结果中的直接或者间接现象是实验的基本产出，对其进行观察是实验的必要环节。观察的任务可以分为两个方面，一是识别规律和异常，抓住规律和发现异常的能力是一个能力的两个方面，二是思辨和提炼，从现象中总结出规律，确定规律与条件的关系，这是思维的飞跃。

对于整个实验方案，其设计和评估能力也是重要方面。设计是全面的工作，涉及实验目标的确定、实验原理的理解等。评估则是判断实验的价值、可靠性等，特别是对于迭代反复不能一次性得到结果的实验，其评估更有特殊的意义。

如上几个方面是实验技术人员实验能力的基本内容，不同的学科方向和实验目的要求自己的具体内容和不同侧重。同样是实验条件的识别、选择和设定，以获得科学理论为目标和以实现“工程”方案为目标的实验能力要求肯定要有所区别。同样是工具使用能力，机械学科与生命学科要求掌握的工具主体肯定不同。可以考虑以这几个方面为基础，以学科方向和实验目的去实例化实验能力，从而形成相应的能力图谱。

在这些基本内容之上，方法论、价值观、行为与思维习惯是无形的超然的能力，具有方向性意义。所有的这些基本实验能力又都不可能脱离相应的专业能力和理论知识，对于“工程”类实验，由于实践性和综合性的特征，往往需要对目标、条件和成本进行权衡，某种意义上又是一个政治判断问题。当然，对于大型综合性实验，还有团队和组织问题。这些可以作为外围能力。

四、实验技术人员实验能力培养的几个关系

上文一般性地讨论了实验能力的含义和构成，同时指出要注意与其他科学工作能力相区别。但是，泛泛而论实验能力很难定位它的边界，而大而全的能力水平对个人是不现实的。因而，从实验能力培养的定位和途径角度提出如下几方面的关系问题。

一是实验能力与理论水平关系。毋庸赘言，实验能力与专业理论水平自然是不可分割的两个方面。但是，讨论实验能力的时候，对专业理论水平不能提出与理论科学家一样的要求，而是要强调对专业理论领域中基本概念、基本逻辑的理解和认知，也就是说对理论有透彻的认识，可以有效支撑对实验方案的理解，而不是全面的领域、前沿和创造性的水平。在这个前提之下，才能够聚焦于实验层面的条件识别、选择、设定和控制以及现象观察、思辨提炼，指导实验操作。

二是“通”与“专”的关系。“通”与“专”的关系不仅是实验能力涉及的重要关系，“通”而有专长，“专”而能博物，是“通”与“专”的辩证法。所谓一专多能是方向，“通”往往以“专”为基础，体现教育学中所谓迁移价值。

三是体系性与阶段性的关系。君子不器，我们不取孔子的含义，而是说不做专项之器。讲实验能力应该有一个体系性的能力，才能独当一面。但是，体系性的能力培养不可能一蹴而就，而需要阶段性安排，一个阶段有一个体系和重点，下一个阶段有下一个体系和重点，处理好两个阶段的传承和转换关系。

四是认识与实践的关系。认识与实践是辩证统一的，在实验能力培养方面要特别强调实践的意义，所谓在战争中学习战争，在解决问题的过程中培养能力。师傅领进门，修行在个人，技能和心法的落脚只能在个人，要特别注意在环境中学习。而所谓认识，应当在实践的基础上加强思考，加强理论提高，带着实践中的问题去提高认识。

五、实验技术人员的业务素质要求

高等学校中的实验技术人员一般包括从事实验教学和科研支撑两类，各学校的序列、编制不同，本文统称为实验技术人员。其中，科研支撑人员本文聚焦于提供公共支撑服务的人员，因而称之为实验服务。实验技术人员业务素质要求不止于实验能力，考虑到重复问题，此处不再对实验能力进行罗列和展开，而是从另外的维度进行讨论，实验能力要素自然融入相关方面。

显然，实验教学和实验服务对业务素质的要求是有区别的，下面分别讨论。

高等学校实验技术人员实验教学综合业务素质结构如图2所示。总体上实验教学综合业务素质包括学术认知、实验能力、教学方法三大部分。如前所述，实验能力自然是核心业务能力，此处所指实验能力以前述实验能力为基础，从实验教学的需要出发，包括课程设计能力、实验开发能力、技术改造能力和过程指导能力等方面，主要指向教学实验的需要，并要求能够对现有设备条件进行技术改造。同时，要求有一定的学术认知水平，就是要有一定的学术视野和比较完备的知识体系，对于学术前沿，不能要求全部熟悉，但要有一定的跟踪能力，在需要的情况下可以迅速掌握，而学术认知深度则是要求对基本概念、基本逻辑有比较透彻的理解，是对学术跟踪能力的有效支撑。还要从对科学技术发展规律、学术认知规律、教学方法设计能力等方面具备一定的教学方法方面的素质。每个具体方面都是共性描述，需要在具体的专业方向进行实例化，同时能在这些方面进行自主研究。哲学修养和综合洞察能力则是更加超然的能力，是综合水平在抽象层面的体现。

高等学校实验技术人员实验服务综合业务素质结构如图3所示。逻辑上与实验教学综合业务素质结构是相似的，兹不一一赘述。需要指出的是，由于是公共实验服务，除学术、技术方面外，还要有一定的服务能力，包括沟通能力、用户管理能力等，由于有的服务任务是综合性的，还需要一定的资源统筹和协调能力。

上述素质要求，是一个结构框架，具体到个人，当然可以有所侧重，但是结构框架为水平评价和岗位胜任能力判断以及成长方向提供参考。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要[Z]. 2021.

[2] 高福. Science 125个前沿问题解读[M]. 北京：科学出版社，2019.

[3] 教育部社会科学司2020年工作要点[Z]. 教社科司函〔2020〕12号.

[责任编辑：余大品]