王晶瑩，馬龍敏

（首都師范大學a.物理系；b.教育學院，北京100081）

1 引 言

作為一名合格的中學物理教師必須貫徹以實驗為基礎(chǔ)的思想，具備一定的實驗素養(yǎng)和實驗?zāi)芰Γ绕鋺?yīng)具備一定的從事實驗教學研究的能力，才能適應(yīng)基礎(chǔ)教育課程改革和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的需要.新課程改革對中學物理教師和物理教育工作者提出了更高的要求，不僅應(yīng)該從物理知識上懂得物理實驗，物理操作技能上達到會做物理實驗，更應(yīng)具有研究中學物理實驗的本領(lǐng)，這就要求物理教師具備更高水平的實驗技術(shù)素養(yǎng).本文基于對中學物理教師實驗技術(shù)素養(yǎng)評估的理論研究，借助首屆北京市中小學教職工實驗技能比賽，對中學物理教師的技術(shù)素養(yǎng)進行了實測，以期對理科教師實驗技術(shù)素養(yǎng)的研究和課堂教學實踐提供啟示.

2 實驗技術(shù)素養(yǎng)的理論及其評估

2.1 技術(shù)素養(yǎng)及其評估

結(jié)合我國中學教學實際與技術(shù)素養(yǎng)的相關(guān)研究和課程標準，對技術(shù)素養(yǎng)進行合理分類.目前我國關(guān)于教師技術(shù)素養(yǎng)的研究主要為4類：教育技術(shù)素養(yǎng)、信息技術(shù)素養(yǎng)、通用技術(shù)素養(yǎng)和實驗技術(shù)素養(yǎng)，并且這4類技術(shù)素養(yǎng)存在相互交融的現(xiàn)象.研究實驗技術(shù)素養(yǎng)離不開對技術(shù)素養(yǎng)的理論探索.

1）技術(shù)素養(yǎng)的界定

技術(shù)素養(yǎng)的提出可以追溯到美國斯坦福大學教授赫德（Hurd，1958），他在美國《科學教育》雜志上發(fā)表的“科學素養(yǎng)：對美國學校的啟示”一文曾提到：“技術(shù)素養(yǎng)應(yīng)當并列為科學教學的一個主要目標.”《美國國家技術(shù)教育標準：技術(shù)學習的內(nèi)容》指出，技術(shù)素養(yǎng)是人們使用、管理、選擇和理解技術(shù)的能力.技術(shù)素養(yǎng)的領(lǐng)域包括了很多方面，如生物技術(shù)、能源與動力技術(shù)、信息通信技術(shù)、交通運輸技術(shù)、制造技術(shù).技術(shù)素養(yǎng)主要由4個方面構(gòu)成，包括管理技術(shù)、使用技術(shù)、選擇技術(shù)、理解技術(shù)等，各類技術(shù)素養(yǎng)都應(yīng)該包含這4個方面.教師的技術(shù)素養(yǎng)包括教育技術(shù)素養(yǎng)、信息技術(shù)素養(yǎng)、通用技術(shù)素養(yǎng)和實驗技術(shù)素養(yǎng)，這幾種教師的技術(shù)素養(yǎng)之間是相互聯(lián)系和交融的.本文把技術(shù)素養(yǎng)定義為參與一系列活動的技術(shù)概念和技術(shù)過程，由此定義實驗技術(shù)素養(yǎng)為：人們在進行實驗時，用來變革、控制、模擬、觀測對象的手段（儀器或設(shè)備等）和方法（方式或程序等）的技術(shù)概念和技術(shù)過程.

2）技術(shù)素養(yǎng)的評估

技術(shù)素養(yǎng)的評估指對一個人的技術(shù)素養(yǎng)狀況做出基于事實的價值判斷.技術(shù)素養(yǎng)的評估基于技術(shù)素養(yǎng)測定的前提假設(shè)，并以技術(shù)素養(yǎng)測定中搜集的信息為事實依據(jù).技術(shù)素養(yǎng)的評估是基于技術(shù)素養(yǎng)測定的評估，是對技術(shù)素養(yǎng)測定中所搜集信息的結(jié)果分析，是對技術(shù)素養(yǎng)狀況的理性評判.國際比較流行的技術(shù)素養(yǎng)評估是框架式技術(shù)素養(yǎng)評估矩陣（NAE ＆ NRC，2006），它將技術(shù)素養(yǎng)分為3個維度：知識維度、能力維度、思考的方式和行為維度（又稱為“批判性思維和決策”），3個維度又稱為3個認知水平.

2.2 實驗技術(shù)素養(yǎng)及其評估

作為一名合格的中學物理教師需要掌握中學階段的所有物理實驗，無論是演示實驗還是學生探究實驗，這些實驗所涉及的實驗?zāi)芰Πㄓ^察能力、實驗操作能力、數(shù)據(jù)處理和設(shè)計實驗方案能力等.

1）實驗?zāi)芰εc實驗技術(shù)素養(yǎng)

能力可以通過一段時間的鍛煉獲得，而素養(yǎng)則需要較長的時間養(yǎng)成，它是一種內(nèi)化的結(jié)果，是教師在長期的教與學的過程中，對一些理論和理念的理解，以及對實驗方法和反思的運用和實踐，實驗技術(shù)素養(yǎng)是在教學過程中長期體現(xiàn)出來的一種意識形態(tài)的表示.實驗技術(shù)素養(yǎng)不僅包括實驗?zāi)芰ν瑫r包括實驗所需要的知識內(nèi)容以及對實驗的態(tài)度和習慣.這三者的組合同樣符合了“全日制義務(wù)教育課程標準（實驗稿）”中實驗課程目標，分別與知識與技能、過程與方法和情感態(tài)度與價值觀3方面對應(yīng).

2）實驗技術(shù)素養(yǎng)的評估

依據(jù)實驗技術(shù)素養(yǎng)和實驗?zāi)芰Φ牟煌?，以及實驗技術(shù)素養(yǎng)包含實驗?zāi)芰Φ奶攸c，把實驗中的技術(shù)素養(yǎng)分為3部分：知識、技能方法和情感態(tài)度與價值觀.為了進一步對實驗技術(shù)素養(yǎng)的3方面定義，對“全日制義務(wù)教育課程標準（實驗稿）”中的培養(yǎng)目標做了進一步的分析.知識與技能方面主要包括物理知識內(nèi)容、背景、應(yīng)用、實驗操作技能、科學方法和數(shù)據(jù)處理；過程與方法方面主要包括實驗過程的觀察、提出問題、設(shè)計方案、分析概括能力和信息交流；情感態(tài)度與價值觀方面主要包括對自然好奇、求知欲望、解決問題的信心、科學態(tài)度、合作精神、可持續(xù)發(fā)展的意識和責任感.同樣對實驗技術(shù)素養(yǎng)定義為：理解實驗的基本內(nèi)容、原理和知道操作方法；擁有實驗觀察、實驗操作、數(shù)據(jù)處理能力，以實驗探究設(shè)計為核心；注重實驗過程和反思，并且具有良好的實驗習慣和態(tài)度.實驗技術(shù)素養(yǎng)同樣按照技術(shù)素養(yǎng)的3個維度分成3部分構(gòu)成，分別是實驗知識、實驗技能方法和情感態(tài)度與價值觀.其中實驗知識包括實驗的原理規(guī)律、操作步驟、實驗教材理解、了解儀器和原理規(guī)律的應(yīng)用；實驗技能方法包括實驗觀察、讀數(shù)記錄、動手操作、數(shù)據(jù)處理和發(fā)現(xiàn)問題并解決能力；情感態(tài)度與價值觀包括良好的實驗習慣和態(tài)度、實驗開發(fā)和自我反思.

3 研究工具和方法

3.1 研究背景與參與者

1）研究背景

目前北京普通中學的實驗教學主要是知識教學的輔助工具，并沒有單獨開設(shè)實驗課程，但是課程標準中要求中學開展實驗課，一般情況下，學生在進行課本學習時，為加強學生對知識的理解和實驗?zāi)芰Φ奶岣撸谙鄳?yīng)章節(jié)知識的學習過程中加入某一節(jié)實驗課，課堂的開展一般為2種方式：一是教師在提前一節(jié)課中教授實驗課的知識內(nèi)容、操作方法及實驗步驟，在實驗課中進行探究或驗證；另一種是學生自主預(yù)習，教師直接在實驗課教授知識，開展實驗.目前，北京市初中的實驗課主要是以物理和化學的實驗課為主，高中實驗課主要是以物理、化學和生物為主要內(nèi)容.本研究主要是針對中學物理教師，所以本文對實驗技術(shù)素養(yǎng)的討論都是基于物理課程的特點.

2）參與者的選取

以首屆北京市中小學教職工實驗技能比賽為契機展開實證研究，研究對象主要是40名初中和高中物理教師，這40名教師來自北京市的不同地區(qū)，學校情況也各不相同.最終反映出北京市中學物理教師實驗素養(yǎng)的現(xiàn)狀.

3.2 研究方法與工具

1）評估方案的設(shè)計

按照目前北京市物理課程的教學方法，本文中的物理實驗技術(shù)素養(yǎng)主要由3部分構(gòu)成，即實驗操作、實驗教學和實驗反思.其中實驗操作包括實驗的知識理解、動手操作、方法處理，同樣實驗教學中包括對實驗知識的掌握、實驗方法的把握、教材教具和多媒體的把握以及教學基本功和教學方法的運用.考慮到實驗競賽形式對教師實驗技術(shù)素養(yǎng)發(fā)揮的影響，本研究制定了觀察員的評估量表，利用評估指標進行評分.由于教師實驗競賽的一次性，為降低評分難度，將充分利用實驗競賽形式的特點，一次性評分和記錄后修改評分的方法進行數(shù)據(jù)的收集.

2）評估的指標體系

實驗競賽過程由分組實際操作和現(xiàn)場問辯2個環(huán)節(jié)構(gòu)成，比賽中教師的實驗操作和實驗教學同時進行，所以本研究分為3個環(huán)節(jié)，即實驗操作、實驗教學和實驗問辯.本次實驗內(nèi)容領(lǐng)域包含了物理的力學、熱學、光學和電學4部分，所有實驗題目皆來自于教材范圍之內(nèi)，考慮到所有實驗的共性和特性，從各個實驗內(nèi)容的共性出發(fā)，把實驗操作和實驗教學能力各具體分3個維度，從每個實驗內(nèi)容的特性出發(fā)，把實驗問辯環(huán)節(jié)同樣分為3個維度，這樣3個環(huán)節(jié)共有9個維度.為了更加具體地考察教師在實驗操作、實驗教學和實驗問辯3個環(huán)節(jié)的能力，把上一步的每個維度又分為3個方面，為了更好地了解教師能力的程度，把每個維度的各方面分為低中高的3級程度.最后為了方便教師能力分數(shù)的評定，同時為了消除模糊分數(shù)對數(shù)據(jù)結(jié)果的影響，本研究把各個程度分為優(yōu)良中差4等，同時為方便計算，分別定義為3分、2分、1分和0分.表1是中學教職工實驗技能比賽評估指標體系.

表1 實驗技術(shù)素養(yǎng)評估框架

3）評估的方法

把實驗技術(shù)素養(yǎng)比賽分為實驗操作、實驗教學和實驗問辯3個環(huán)節(jié)組成.實驗操作技能又細分為3個技能，分別是描述性技能、過程性技能和綜合性技能；實驗教學能力又細分為教學基本功、教育技術(shù)和教學方法3個維度的能力；實驗問辯環(huán)節(jié)同樣細分為3個能力，分別為實際操作問辯、實驗教學問辯和實驗反思問辯.這9個維度的能力形成了比賽評估指標體系的一級指標.最后每個程度定義4個等級，用優(yōu)良中差4等定義，在實驗競賽時根據(jù)教師反映直接給出對應(yīng)程度所得分數(shù).指標體系利用被試者年級、性別、工齡和學校地區(qū)4項來標記，同時可以從這4個角度對教師實驗技術(shù)素養(yǎng)進行因素分析.

4 研究過程和結(jié)果

4.1 數(shù)據(jù)處理方法

1）信度和效度

中學教職工實驗技能評估指標體系制定后，在比賽現(xiàn)場利用指標評估法開展實踐研究.最終收回樣本評估結(jié)果共40份，利用SPSS軟件和Excel軟件處理之后，分別從描述性分析和差異性分析2個角度分析實踐數(shù)據(jù)，并討論數(shù)據(jù)的信度和效度以及相關(guān)性.本研究數(shù)據(jù)的信度即可靠性的數(shù)值Cronbach’s Alpha為0.984，這說明本研究的信度是可靠的，得到結(jié)果是穩(wěn)定的.從表2中可以看出，實驗操作、實驗教學和實驗問辯每2項之間都存在強相關(guān)，說明本研究的數(shù)據(jù)的效度測量結(jié)果與內(nèi)容十分吻合.

表2 實驗競賽3個環(huán)節(jié)Pearson相關(guān)性

2）具體分析方法

本研究主要利用均值做描述性分析，分別描述了實驗技能比賽的3個方面、9個維度用各部分的均值反映各部分整體的平均特征.利用了結(jié)構(gòu)式訪談，其訪談的依據(jù)是本研究中的中學教職工實驗技能比賽指標評估體系，依據(jù)此體系的構(gòu)成關(guān)系展開訪談.實驗技能評估總體分為3個方面，即實驗操作、實驗教學、實驗問辯.在實驗操作方面分3個方面進行考察，即描述性技能、過程性技能以及綜合性技能3個維度.將實驗教學分為3個方面考察，即教學基本功、教育技術(shù)以及教學方法3個維度.將實驗問辯分為3個方面進行考察，即實際操作、實驗教學以及實驗反思3個維度.實驗技術(shù)整體素養(yǎng)主要是針對實驗的3個方面和9個維度分別進行描述性分析和差異性分析的混合研究.

4.2 整體情況分析

1）描述性分析

圖1是教師實驗競賽3個環(huán)節(jié)整體情況，從圖1中可知在教師實驗技能的3個維度中，實驗操作的得分最高且高于2分，其次是實驗教學，得分最低的是實驗問辯部分，實驗教學和實驗問辯的得分均低于2分.整體看來，參與比賽的中學物理教師在實驗操作方面的素養(yǎng)較高，實驗教學和實驗問答方面基本持平，相對于操作水平來講，有明顯的劣勢.

圖1 教師實驗競賽3個環(huán)節(jié)整體情況

2）差異性分析

表3是實驗競賽實驗操作、實驗教學和實驗問辯3個環(huán)節(jié)的單樣本T檢驗，從表3中可以得到，實驗教學與實驗問辯環(huán)節(jié)的得分與期望得分2分存在顯著差異，而實驗操作環(huán)節(jié)的得分與期望分數(shù)無明顯差異.說明教師的實驗操作技能掌握比較好，教師的實驗教學和實驗問答屬于一般水平，教師為了提高實驗技術(shù)素養(yǎng)需加強實驗教學和實驗問辯環(huán)節(jié)的能力.

表3 實驗競賽3個環(huán)節(jié)單樣本T檢驗

3）相關(guān)性分析

表2和表4是實驗競賽3個環(huán)節(jié)相關(guān)性和顯著性，從3個環(huán)節(jié)的整體分析結(jié)果來看，實驗操作、實驗教學和實驗問辯的數(shù)據(jù)結(jié)果可以得到：實驗操作、實驗教學和實驗問辯這3個環(huán)節(jié)之間存在著強相關(guān)性，不僅能說明本次實證的結(jié)果的可靠性，而且給出了提高教師實驗技術(shù)素養(yǎng)的途徑.結(jié)合表2中的顯著性（雙側(cè)）的值可以得到，教師可以通過提高實驗教學和實驗問辯環(huán)節(jié)的能力來加強實驗技術(shù)素養(yǎng)水平的提升.

表4 實驗競賽3個環(huán)節(jié)顯著性

4.3 各維度的分析

實驗競賽的9個維度是實驗技術(shù)素養(yǎng)的9項技能，這9個維度構(gòu)成了評估指標體系的一級指標.具體為：描述性技能、過程性技能和綜合性技能屬于實驗操作；教學基本功、教育技術(shù)和教學方法屬于實驗教學；實際操作、實驗教學和實驗反思是實驗問辯環(huán)節(jié)中的3個方面.

1）9個維度描述性分析

從實驗競賽的9個維度分析，9個維度的整體情況如圖2所示，從圖2中可以得到，實驗操作得分高的原因來源于描述性技能、過程性技能和綜合性技能的高分，其中實驗教學的教學基本功的得分也比較高，但是其他的5個維度的得分普遍比較低.

圖2 教師實驗競賽9個維度的整體情況

2）9個維度差異性分析

從實驗競賽的9個維度分析，把9個維度得分與期望分數(shù)2分差異比較，它們的單樣本T檢驗的結(jié)果如表5所示，可以得到，教學基本功、教育技術(shù)、教學方法、實際操作、實驗教學和實驗反思這6個維度的Sig.（雙側(cè)）的值為零，說明這6個維度與期望分數(shù)差異十分顯著，描述性技能的Sig.（雙側(cè)）的值小于0.05，說明它與期望分數(shù)2分的差異顯著.結(jié)合這幾項的均值可以得到，教師的描述性技能很好，教學基本功、教育技術(shù)、教學方法、實際操作、實驗教學和實驗反思能力較差一些.

表5 教師實驗競賽9個維度的單樣本T檢驗

3）9個維度相關(guān)性分析

利用SPSS19.0，得到9個維度的相關(guān)性和顯著性關(guān)系，結(jié)果顯示，9個維度之間的Sig.（雙側(cè)）的值為零，9個維度之間的差異十分顯著，這也進一步說明，本研究在操作、教學和問辯3個環(huán)節(jié)存在強相關(guān).將教師實驗競賽評估指標體系中9個維度的每項得分的平均值統(tǒng)計出來后，與總分的平均分進行比較，采用二元相關(guān)的方式檢測它們之間的相關(guān)性以及相關(guān)的顯著性.如表6所示，發(fā)現(xiàn)9個維度都與9項的總分存在強相關(guān)，由此可見，這9個具體方面對于中學物理教師而言缺一不可，都會影響其實驗技術(shù)素養(yǎng)的總體水平.

表6 教師實驗競賽9個維度與總分相關(guān)性分析

5 研究小結(jié)

本研究所得的數(shù)據(jù)的信度和效度是可靠相關(guān)的，從實驗技能3方面和9個維度與期望分數(shù)之間的差異和3項各自的均值可以看出，教師在實驗時，其操作能力是達到標準的，也就是實驗操作能力比較好，而且教師在操作時所表現(xiàn)的描述性技能、過程性技能和綜合性技能都比較好；教師的實驗教學和實驗問辯環(huán)節(jié)的能力有所欠缺，其中有實驗形式對這兩部分的影響.物理教師的實驗技術(shù)素養(yǎng)不僅包括物理實驗?zāi)芰ν瑫r包括物理實驗所需要的知識內(nèi)容以及對實驗的態(tài)度和習慣.本次研究將實驗技術(shù)素養(yǎng)分為3個方面，即實驗操作、實驗教學、實驗問辯.實驗操作分為描述性技能、過程性技能以及綜合性技能3個維度；實驗教學分為教學基本功、教育技術(shù)以及教學方法3個維度；實驗問辯分為實際操作、實驗教學以及實驗反思3個維度.通過現(xiàn)狀調(diào)查，發(fā)現(xiàn)中學物理教師在實驗操作、實驗教學和實驗問辯維度的技能中，實驗操作技能掌握情況最好，實驗教學和實驗問辯相對較弱，并且同預(yù)期的水平存在差異，這說明中學物理教師這兩方面的能力還需要進一步提升；并且這3個維度的技能存在很大的相關(guān)性，如水桶效應(yīng)的解釋，任何一方面能力的欠缺都會影響整體的實驗技能.具體分析這3個維度下的9個方面，實驗操作技能中的描述性技能、過程性技能和綜合性技能得分明顯較高，并且前者高于后兩者，這說明中學物理教師初級水平的實驗操作能力較強，過程性和復(fù)雜性技能相對初級技能較弱；實驗教學中的教學方法、教學基本功和教育技術(shù)這3個方面低于實驗操作技能的3個方面，其中的教學基本功得分最高，教學方法得分最低，教育技術(shù)處于中間水平，中學物理教師需要加強實驗教學中的教學方法環(huán)節(jié)；實驗問辯中的實驗反思、實驗教學和實際操作3個方面也明顯低于實驗操作技能的3個方面，其中的實際操作技能最弱，中學物理教師需要在加強這一技能的基礎(chǔ)上，提升實驗反思和教學能力.