中学物理教师实验技术素养的现状调查——基于首届北京市中小学教职工实验技能比赛

王晶莹，马龙敏

（首都师范大学a.物理系；b.教育学院，北京100081）

1 引 言

作为一名合格的中学物理教师必须贯彻以实验为基础的思想，具备一定的实验素养和实验能力，尤其应具备一定的从事实验教学研究的能力，才能适应基础教育课程改革和培养创新人才的需要.新课程改革对中学物理教师和物理教育工作者提出了更高的要求，不仅应该从物理知识上懂得物理实验，物理操作技能上达到会做物理实验，更应具有研究中学物理实验的本领，这就要求物理教师具备更高水平的实验技术素养.本文基于对中学物理教师实验技术素养评估的理论研究，借助首届北京市中小学教职工实验技能比赛，对中学物理教师的技术素养进行了实测，以期对理科教师实验技术素养的研究和课堂教学实践提供启示.

2 实验技术素养的理论及其评估

2.1 技术素养及其评估

结合我国中学教学实际与技术素养的相关研究和课程标准，对技术素养进行合理分类.目前我国关于教师技术素养的研究主要为4类：教育技术素养、信息技术素养、通用技术素养和实验技术素养，并且这4类技术素养存在相互交融的现象.研究实验技术素养离不开对技术素养的理论探索.

1）技术素养的界定

技术素养的提出可以追溯到美国斯坦福大学教授赫德（Hurd，1958），他在美国《科学教育》杂志上发表的“科学素养：对美国学校的启示”一文曾提到：“技术素养应当并列为科学教学的一个主要目标.”《美国国家技术教育标准：技术学习的内容》指出，技术素养是人们使用、管理、选择和理解技术的能力.技术素养的领域包括了很多方面，如生物技术、能源与动力技术、信息通信技术、交通运输技术、制造技术.技术素养主要由4个方面构成，包括管理技术、使用技术、选择技术、理解技术等，各类技术素养都应该包含这4个方面.教师的技术素养包括教育技术素养、信息技术素养、通用技术素养和实验技术素养，这几种教师的技术素养之间是相互联系和交融的.本文把技术素养定义为参与一系列活动的技术概念和技术过程，由此定义实验技术素养为：人们在进行实验时，用来变革、控制、模拟、观测对象的手段（仪器或设备等）和方法（方式或程序等）的技术概念和技术过程.

2）技术素养的评估

技术素养的评估指对一个人的技术素养状况做出基于事实的价值判断.技术素养的评估基于技术素养测定的前提假设，并以技术素养测定中搜集的信息为事实依据.技术素养的评估是基于技术素养测定的评估，是对技术素养测定中所搜集信息的结果分析，是对技术素养状况的理性评判.国际比较流行的技术素养评估是框架式技术素养评估矩阵（NAE ＆ NRC，2006），它将技术素养分为3个维度：知识维度、能力维度、思考的方式和行为维度（又称为“批判性思维和决策”），3个维度又称为3个认知水平.

2.2 实验技术素养及其评估

作为一名合格的中学物理教师需要掌握中学阶段的所有物理实验，无论是演示实验还是学生探究实验，这些实验所涉及的实验能力包括观察能力、实验操作能力、数据处理和设计实验方案能力等.

1）实验能力与实验技术素养

能力可以通过一段时间的锻炼获得，而素养则需要较长的时间养成，它是一种内化的结果，是教师在长期的教与学的过程中，对一些理论和理念的理解，以及对实验方法和反思的运用和实践，实验技术素养是在教学过程中长期体现出来的一种意识形态的表示.实验技术素养不仅包括实验能力同时包括实验所需要的知识内容以及对实验的态度和习惯.这三者的组合同样符合了“全日制义务教育课程标准（实验稿）”中实验课程目标，分别与知识与技能、过程与方法和情感态度与价值观3方面对应.

2）实验技术素养的评估

依据实验技术素养和实验能力的不同，以及实验技术素养包含实验能力的特点，把实验中的技术素养分为3部分：知识、技能方法和情感态度与价值观.为了进一步对实验技术素养的3方面定义，对“全日制义务教育课程标准（实验稿）”中的培养目标做了进一步的分析.知识与技能方面主要包括物理知识内容、背景、应用、实验操作技能、科学方法和数据处理；过程与方法方面主要包括实验过程的观察、提出问题、设计方案、分析概括能力和信息交流；情感态度与价值观方面主要包括对自然好奇、求知欲望、解决问题的信心、科学态度、合作精神、可持续发展的意识和责任感.同样对实验技术素养定义为：理解实验的基本内容、原理和知道操作方法；拥有实验观察、实验操作、数据处理能力，以实验探究设计为核心；注重实验过程和反思，并且具有良好的实验习惯和态度.实验技术素养同样按照技术素养的3个维度分成3部分构成，分别是实验知识、实验技能方法和情感态度与价值观.其中实验知识包括实验的原理规律、操作步骤、实验教材理解、了解仪器和原理规律的应用；实验技能方法包括实验观察、读数记录、动手操作、数据处理和发现问题并解决能力；情感态度与价值观包括良好的实验习惯和态度、实验开发和自我反思.

3 研究工具和方法

3.1 研究背景与参与者

1）研究背景

目前北京普通中学的实验教学主要是知识教学的辅助工具，并没有单独开设实验课程，但是课程标准中要求中学开展实验课，一般情况下，学生在进行课本学习时，为加强学生对知识的理解和实验能力的提高，在相应章节知识的学习过程中加入某一节实验课，课堂的开展一般为2种方式：一是教师在提前一节课中教授实验课的知识内容、操作方法及实验步骤，在实验课中进行探究或验证；另一种是学生自主预习，教师直接在实验课教授知识，开展实验.目前，北京市初中的实验课主要是以物理和化学的实验课为主，高中实验课主要是以物理、化学和生物为主要内容.本研究主要是针对中学物理教师，所以本文对实验技术素养的讨论都是基于物理课程的特点.

2）参与者的选取

以首届北京市中小学教职工实验技能比赛为契机展开实证研究，研究对象主要是40名初中和高中物理教师，这40名教师来自北京市的不同地区，学校情况也各不相同.最终反映出北京市中学物理教师实验素养的现状.

3.2 研究方法与工具

1）评估方案的设计

按照目前北京市物理课程的教学方法，本文中的物理实验技术素养主要由3部分构成，即实验操作、实验教学和实验反思.其中实验操作包括实验的知识理解、动手操作、方法处理，同样实验教学中包括对实验知识的掌握、实验方法的把握、教材教具和多媒体的把握以及教学基本功和教学方法的运用.考虑到实验竞赛形式对教师实验技术素养发挥的影响，本研究制定了观察员的评估量表，利用评估指标进行评分.由于教师实验竞赛的一次性，为降低评分难度，将充分利用实验竞赛形式的特点，一次性评分和记录后修改评分的方法进行数据的收集.

2）评估的指标体系

实验竞赛过程由分组实际操作和现场问辩2个环节构成，比赛中教师的实验操作和实验教学同时进行，所以本研究分为3个环节，即实验操作、实验教学和实验问辩.本次实验内容领域包含了物理的力学、热学、光学和电学4部分，所有实验题目皆来自于教材范围之内，考虑到所有实验的共性和特性，从各个实验内容的共性出发，把实验操作和实验教学能力各具体分3个维度，从每个实验内容的特性出发，把实验问辩环节同样分为3个维度，这样3个环节共有9个维度.为了更加具体地考察教师在实验操作、实验教学和实验问辩3个环节的能力，把上一步的每个维度又分为3个方面，为了更好地了解教师能力的程度，把每个维度的各方面分为低中高的3级程度.最后为了方便教师能力分数的评定，同时为了消除模糊分数对数据结果的影响，本研究把各个程度分为优良中差4等，同时为方便计算，分别定义为3分、2分、1分和0分.表1是中学教职工实验技能比赛评估指标体系.

表1 实验技术素养评估框架

3）评估的方法

把实验技术素养比赛分为实验操作、实验教学和实验问辩3个环节组成.实验操作技能又细分为3个技能，分别是描述性技能、过程性技能和综合性技能；实验教学能力又细分为教学基本功、教育技术和教学方法3个维度的能力；实验问辩环节同样细分为3个能力，分别为实际操作问辩、实验教学问辩和实验反思问辩.这9个维度的能力形成了比赛评估指标体系的一级指标.最后每个程度定义4个等级，用优良中差4等定义，在实验竞赛时根据教师反映直接给出对应程度所得分数.指标体系利用被试者年级、性别、工龄和学校地区4项来标记，同时可以从这4个角度对教师实验技术素养进行因素分析.

4 研究过程和结果

4.1 数据处理方法

1）信度和效度

中学教职工实验技能评估指标体系制定后，在比赛现场利用指标评估法开展实践研究.最终收回样本评估结果共40份，利用SPSS软件和Excel软件处理之后，分别从描述性分析和差异性分析2个角度分析实践数据，并讨论数据的信度和效度以及相关性.本研究数据的信度即可靠性的数值Cronbach’s Alpha为0.984，这说明本研究的信度是可靠的，得到结果是稳定的.从表2中可以看出，实验操作、实验教学和实验问辩每2项之间都存在强相关，说明本研究的数据的效度测量结果与内容十分吻合.

表2 实验竞赛3个环节Pearson相关性

2）具体分析方法

本研究主要利用均值做描述性分析，分别描述了实验技能比赛的3个方面、9个维度用各部分的均值反映各部分整体的平均特征.利用了结构式访谈，其访谈的依据是本研究中的中学教职工实验技能比赛指标评估体系，依据此体系的构成关系展开访谈.实验技能评估总体分为3个方面，即实验操作、实验教学、实验问辩.在实验操作方面分3个方面进行考察，即描述性技能、过程性技能以及综合性技能3个维度.将实验教学分为3个方面考察，即教学基本功、教育技术以及教学方法3个维度.将实验问辩分为3个方面进行考察，即实际操作、实验教学以及实验反思3个维度.实验技术整体素养主要是针对实验的3个方面和9个维度分别进行描述性分析和差异性分析的混合研究.

4.2 整体情况分析

1）描述性分析

图1是教师实验竞赛3个环节整体情况，从图1中可知在教师实验技能的3个维度中，实验操作的得分最高且高于2分，其次是实验教学，得分最低的是实验问辩部分，实验教学和实验问辩的得分均低于2分.整体看来，参与比赛的中学物理教师在实验操作方面的素养较高，实验教学和实验问答方面基本持平，相对于操作水平来讲，有明显的劣势.

图1 教师实验竞赛3个环节整体情况

2）差异性分析

表3是实验竞赛实验操作、实验教学和实验问辩3个环节的单样本T检验，从表3中可以得到，实验教学与实验问辩环节的得分与期望得分2分存在显著差异，而实验操作环节的得分与期望分数无明显差异.说明教师的实验操作技能掌握比较好，教师的实验教学和实验问答属于一般水平，教师为了提高实验技术素养需加强实验教学和实验问辩环节的能力.

表3 实验竞赛3个环节单样本T检验

3）相关性分析

表2和表4是实验竞赛3个环节相关性和显著性，从3个环节的整体分析结果来看，实验操作、实验教学和实验问辩的数据结果可以得到：实验操作、实验教学和实验问辩这3个环节之间存在着强相关性，不仅能说明本次实证的结果的可靠性，而且给出了提高教师实验技术素养的途径.结合表2中的显著性（双侧）的值可以得到，教师可以通过提高实验教学和实验问辩环节的能力来加强实验技术素养水平的提升.

表4 实验竞赛3个环节显著性

4.3 各维度的分析

实验竞赛的9个维度是实验技术素养的9项技能，这9个维度构成了评估指标体系的一级指标.具体为：描述性技能、过程性技能和综合性技能属于实验操作；教学基本功、教育技术和教学方法属于实验教学；实际操作、实验教学和实验反思是实验问辩环节中的3个方面.

1）9个维度描述性分析

从实验竞赛的9个维度分析，9个维度的整体情况如图2所示，从图2中可以得到，实验操作得分高的原因来源于描述性技能、过程性技能和综合性技能的高分，其中实验教学的教学基本功的得分也比较高，但是其他的5个维度的得分普遍比较低.

图2 教师实验竞赛9个维度的整体情况

2）9个维度差异性分析

从实验竞赛的9个维度分析，把9个维度得分与期望分数2分差异比较，它们的单样本T检验的结果如表5所示，可以得到，教学基本功、教育技术、教学方法、实际操作、实验教学和实验反思这6个维度的Sig.（双侧）的值为零，说明这6个维度与期望分数差异十分显著，描述性技能的Sig.（双侧）的值小于0.05，说明它与期望分数2分的差异显著.结合这几项的均值可以得到，教师的描述性技能很好，教学基本功、教育技术、教学方法、实际操作、实验教学和实验反思能力较差一些.

表5 教师实验竞赛9个维度的单样本T检验

3）9个维度相关性分析

利用SPSS19.0，得到9个维度的相关性和显著性关系，结果显示，9个维度之间的Sig.（双侧）的值为零，9个维度之间的差异十分显著，这也进一步说明，本研究在操作、教学和问辩3个环节存在强相关.将教师实验竞赛评估指标体系中9个维度的每项得分的平均值统计出来后，与总分的平均分进行比较，采用二元相关的方式检测它们之间的相关性以及相关的显著性.如表6所示，发现9个维度都与9项的总分存在强相关，由此可见，这9个具体方面对于中学物理教师而言缺一不可，都会影响其实验技术素养的总体水平.

表6 教师实验竞赛9个维度与总分相关性分析

5 研究小结

本研究所得的数据的信度和效度是可靠相关的，从实验技能3方面和9个维度与期望分数之间的差异和3项各自的均值可以看出，教师在实验时，其操作能力是达到标准的，也就是实验操作能力比较好，而且教师在操作时所表现的描述性技能、过程性技能和综合性技能都比较好；教师的实验教学和实验问辩环节的能力有所欠缺，其中有实验形式对这两部分的影响.物理教师的实验技术素养不仅包括物理实验能力同时包括物理实验所需要的知识内容以及对实验的态度和习惯.本次研究将实验技术素养分为3个方面，即实验操作、实验教学、实验问辩.实验操作分为描述性技能、过程性技能以及综合性技能3个维度；实验教学分为教学基本功、教育技术以及教学方法3个维度；实验问辩分为实际操作、实验教学以及实验反思3个维度.通过现状调查，发现中学物理教师在实验操作、实验教学和实验问辩维度的技能中，实验操作技能掌握情况最好，实验教学和实验问辩相对较弱，并且同预期的水平存在差异，这说明中学物理教师这两方面的能力还需要进一步提升；并且这3个维度的技能存在很大的相关性，如水桶效应的解释，任何一方面能力的欠缺都会影响整体的实验技能.具体分析这3个维度下的9个方面，实验操作技能中的描述性技能、过程性技能和综合性技能得分明显较高，并且前者高于后两者，这说明中学物理教师初级水平的实验操作能力较强，过程性和复杂性技能相对初级技能较弱；实验教学中的教学方法、教学基本功和教育技术这3个方面低于实验操作技能的3个方面，其中的教学基本功得分最高，教学方法得分最低，教育技术处于中间水平，中学物理教师需要加强实验教学中的教学方法环节；实验问辩中的实验反思、实验教学和实际操作3个方面也明显低于实验操作技能的3个方面，其中的实际操作技能最弱，中学物理教师需要在加强这一技能的基础上，提升实验反思和教学能力.