中學(xué)理科實驗教學(xué)現(xiàn)狀與提升策略

榮曉芳

[摘要] 近年來，國家越來越重視中學(xué)理科實驗教學(xué)和考查。從教育部到各省教育廳，相繼出臺各類相關(guān)文件，加大中學(xué)實驗教學(xué)推進力度。根據(jù)當(dāng)前中學(xué)理科實驗教學(xué)和考查現(xiàn)狀，從學(xué)校和教師角度，提出幾點推進實驗教學(xué)的策略。

[關(guān)鍵詞] 理科實驗;考查方式;實驗教學(xué)

近年來，國家越來越重視中學(xué)理科實驗教學(xué)和考查。2019年6月，中共中央、國務(wù)院頒發(fā)了《關(guān)于深化教育教學(xué)改革全面提高義務(wù)教育質(zhì)量的意見》，要求加強科學(xué)教育和實驗教學(xué)。2019年11月，教育部頒發(fā)《關(guān)于加強和改進中小學(xué)實驗教學(xué)的意見》，提出實驗教學(xué)是國家課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的重要教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑，要加強和改進中小學(xué)實驗教學(xué)工作。

一、中學(xué)理科實驗教學(xué)現(xiàn)狀

中學(xué)物理、化學(xué)、生物學(xué)是以實驗探究為基礎(chǔ)的學(xué)科。但是中學(xué)階段，在實際教學(xué)過程中，受到實驗教學(xué)課時、教學(xué)條件和環(huán)境等客觀原因的限制，一些實驗條件不理想的學(xué)校，實驗教學(xué)日常開展比較困難，很多實驗無法達到理想效果，學(xué)生不能在規(guī)定時間內(nèi)觀察結(jié)果得出結(jié)論。而教師只能在小范圍內(nèi)、特定時間內(nèi)按照學(xué)生必做實驗的固定步驟給學(xué)生做示范，學(xué)生很難觀察到動作細節(jié)，動手實際操作的機會很少，這不利于學(xué)生理解較為抽象的科學(xué)規(guī)律，不利于科學(xué)探究思維、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，從而給實驗教學(xué)和實驗考查帶來了一定困難。

另外，部分學(xué)校和教師對實驗教學(xué)的重要性認(rèn)識不足。在現(xiàn)有的實驗教學(xué)中，學(xué)校更重視知識點的傳授，而忽視實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，長期的應(yīng)試教育也讓教師、學(xué)生對實驗課不夠重視。加上學(xué)校的實驗裝備條件的限制，實驗教學(xué)的開展情況不太理想。另外，由于是合格性考試，有的學(xué)校不夠重視，寧愿多花點時間教學(xué)生刷題，也不愿意在實驗教學(xué)上費工夫。此外，受到實驗教學(xué)課時、教學(xué)條件、教學(xué)環(huán)境和教學(xué)模式等限制，部分學(xué)校在探究性實驗教學(xué)方面開展的并不多。學(xué)生的動手能力、實踐創(chuàng)新能力都未能得到發(fā)展。

二、中學(xué)理科實驗考查現(xiàn)狀

1.傳統(tǒng)考查方式：人工現(xiàn)場評分

以江蘇省13大市為例，目前初高中理科實驗考試均為合格性考試，只有少部分地區(qū)在中考錄取層面增加了理科實驗考試結(jié)果的權(quán)重?？己朔绞饺匀皇菍W(xué)校自己考、自己打分?jǐn)?shù)，市里乃至省教育廳進行抽查，來考查學(xué)校的實驗教學(xué)效果和考試管理、執(zhí)行情況?？偟膩碚f，目前的實驗考查還是人考人、現(xiàn)場評分的模式，方式比較原始。

江蘇省各大市分別統(tǒng)一命題，考前2周左右下發(fā)考查內(nèi)容，一般會進行集中訓(xùn)練。由于考試人數(shù)較多，學(xué)校在考試前有繁雜的考務(wù)工作。學(xué)校考試場地分為抽簽室、候考室、考查室，抽簽室與考查室既要互相隔離，又不能相距過遠，以免路程較長延誤考試時間。學(xué)校需要負責(zé)實驗器材、藥品、材料的準(zhǔn)備工作，并且還要準(zhǔn)備備用器材，以防止考試過程中的意外狀況。學(xué)生在考前10分鐘進行抽簽，短暫準(zhǔn)備后，進入考場進行實驗操作，操作時間為15～20分鐘。學(xué)生分組、抽簽、候考、考試，均需要教師組織，以小組為單位進入考場，1～4位監(jiān)考老師（有的學(xué)校還會配有副監(jiān)考）監(jiān)考2～7位學(xué)生。學(xué)生考試結(jié)束后，離開考場時，仍然需要教師組織，要與進入考場的線路錯開，且不能有交叉，以防止對尚未考試的學(xué)生造成干擾。結(jié)束后，教師要及時按照考試標(biāo)準(zhǔn)、評分細則進行評分，并記錄考查結(jié)果。評分等級分為合格、不合格，或者優(yōu)秀、良好、合格、不合格。為了確保考試公平，如果2位監(jiān)考老師給出的等級不一致，需要進行復(fù)核，然后給出最終復(fù)核后的等級。通常由專門人員填寫考查結(jié)果的電子文本，紙質(zhì)文檔封存?zhèn)洳?，電子文檔上傳到教育局。

一般學(xué)校組織一場實驗考試需要耗時2天左右，不一定能做到公平公正;現(xiàn)場操作過程無記錄，結(jié)果不可追溯。若不合格，學(xué)生可參加補考，需重新抽簽確定考題。合格的考生，參加中考，實驗技能考核結(jié)果不計入中考總分，僅作為升學(xué)的參考依據(jù)。但是，部分地區(qū)，如上海、南昌等已經(jīng)將理科實驗考試結(jié)果計入中考總分。

2.信息技術(shù)手段下的考查方式

除了傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場評分考查方式，還有利用信息技術(shù)手段的考查方式。比如深圳中考理科實驗考試采取兩種方式，一種是現(xiàn)場操作現(xiàn)場評分，另一種是現(xiàn)場操作實時錄像、考后網(wǎng)上集中評分，基本還是利用了傳統(tǒng)的信息化手段，最終采取人工看錄像的方式進行評分，離智能化還有一定距離。又如，廣州市化學(xué)實驗操作考試采取考生現(xiàn)場實際操作的方式進行，利用信息技術(shù)手段，實時錄制存儲學(xué)生的考試過程。物理、化學(xué)實驗操作考試采取網(wǎng)上集中評分或考場現(xiàn)場評分的方式，并逐步探索人工智能輔助評分的方式。

還有一種考查方式，利用人工智能識別技術(shù)來進行實驗操作考試評價。這是未來的發(fā)展方向，目前已有很多技術(shù)公司開展了相關(guān)研究工作。學(xué)生實際動手操作，通過人工智能進行即時評判，其優(yōu)點是符合實驗測評的本質(zhì)需求，效率更高，模式不易被復(fù)制。但在標(biāo)準(zhǔn)化判定方面，需要大量的數(shù)據(jù)進行人工智能深度學(xué)習(xí)，通過訓(xùn)練最終達到測評要求。缺點是開發(fā)和落地周期長、成本較高、投入周期較長，學(xué)校常態(tài)化應(yīng)用需要時間。

三、中學(xué)理科實驗教學(xué)策略

2022年1月，江蘇省教育廳發(fā)布的《關(guān)于加強和改進中小學(xué)實驗教學(xué)的實施意見》提出，“十四五”期間，將全面加強實驗課程體系建設(shè)、實驗教學(xué)資源保障、實驗教學(xué)能力提升、實驗方法手段創(chuàng)新，切實加強和改進實驗教學(xué)活動，加快構(gòu)建與德智體美勞全面培養(yǎng)的教育體系相適應(yīng)、與課程標(biāo)準(zhǔn)要求相統(tǒng)一的實驗教學(xué)體系。由此可見，從教育部到地方教育行政部門，都很重視實驗教學(xué)。從學(xué)?；蚪處熃嵌龋梢越Y(jié)合以下幾個方面推進：

1.加大實驗考核力度，促進日常實驗教學(xué)

實驗考查方式要公平、公正、公開，評價體系完善，要有精確詳細的評價標(biāo)準(zhǔn)，考試盡量做到嚴(yán)密性、真實性、科學(xué)性、公平性、便捷性的要求?？疾榉绞揭趯嵤?，做到過程性評價與結(jié)果性評價相結(jié)合。結(jié)果性評價要減少或者完全避免由教師進行人工打分，可以保留過程性數(shù)據(jù)，做到有據(jù)可查，如記錄現(xiàn)場視頻等。行政管理部門能遠程查看或調(diào)閱考試相關(guān)的各種數(shù)據(jù)，追溯考查過程?？疾榈淖罱K目的是促進日常實驗教學(xué)，發(fā)揮實驗教學(xué)的育人功能。

2.充分利用教材和數(shù)字化資源進行實驗教學(xué)

中學(xué)物理教材中包含基礎(chǔ)性實驗和拓展性實驗，基礎(chǔ)性試驗即學(xué)生必做實驗，必須做到每個學(xué)生都有動手操作的機會，教師要給予學(xué)生思考、探究的空間。拓展性實驗鼓勵進行探究和創(chuàng)新，鼓勵教師，將多學(xué)科知識融合，進行項目式的綜合實驗設(shè)計。支持教師引導(dǎo)學(xué)生利用多種材料、工具，通過不同的手段實現(xiàn)探究學(xué)習(xí)的過程，如“覆杯實驗”“隔空炸彈”實驗等。重點在于激發(fā)學(xué)生進行科學(xué)探究的興趣，培養(yǎng)科學(xué)思維和科學(xué)探究精神?？梢岳枚嗝襟w數(shù)字資源幫助教師進行演示教學(xué)，或者幫助學(xué)生進行理論學(xué)習(xí)，熟悉規(guī)范的操作流程和技巧。

3.合理運用信息技術(shù)手段開展實驗教學(xué)和考查

近幾年，虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展越來越趨于成熟。如卡耐基梅隆大學(xué)開發(fā)的虛擬化學(xué)實驗室，教師和學(xué)生可以通過虛擬實驗室進行數(shù)百項標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)試劑實驗，并進行討論、提交作業(yè)、復(fù)習(xí)課程等一系列學(xué)習(xí)活動。北京樂步教育科技有限公司開發(fā)的Nobook虛擬仿真實驗，涉及初高中物理、化學(xué)、生物學(xué)，以及小學(xué)科學(xué)等學(xué)科，分教學(xué)演示版、學(xué)生操作版、學(xué)生加試版、校園資源版，已在部分學(xué)校的智慧教室中進行了教學(xué)應(yīng)用。廣州市同實網(wǎng)絡(luò)科技有限公司開發(fā)的同步實驗室“中小學(xué)虛擬仿真實驗實訓(xùn)系統(tǒng)平臺”，涵蓋物理、化學(xué)、生物學(xué)、小學(xué)科學(xué)、通用技術(shù)等學(xué)科，與紙質(zhì)《實驗冊》進行配套使用。上海矩道網(wǎng)絡(luò)科技有限公司海矩道的VR/3D實驗室，以開放性、探究性、科學(xué)性為主要特點，提供同步虛擬實驗、探究實驗教學(xué)工具和自主學(xué)習(xí)平臺，可用于日常實驗教學(xué)、模擬操作。

理科實驗的全面開展對學(xué)校實驗室的器材等有一定的要求，特別是具有一定危險的實驗，成本高的實驗，以及過于微觀或宏觀的實驗，部分實驗結(jié)果和現(xiàn)象的得出也需要長時間的觀察。在時間、空間、條件有限的情況下，虛擬實訓(xùn)平臺可以作為實驗教學(xué)和考查手段之一。教師可運用虛擬實訓(xùn)或3D平臺，開展理科實驗的日常教學(xué)和考查，學(xué)生可以進行實驗操作日常訓(xùn)練、探究實驗設(shè)計等，幫助學(xué)校提升教學(xué)質(zhì)量和效果，使得教學(xué)更加直觀化。虛擬實訓(xùn)或3D平臺不受時間和空間的制約，恰好可填補真實實驗考查實驗器材等準(zhǔn)備工作量巨大、難以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、在考查中實驗現(xiàn)象不明顯、實驗結(jié)果受多方面影響的短板。虛擬仿真平臺的優(yōu)點是考場布置成本低，市場上已有比較成熟的模塊，開發(fā)難度相對較低。缺點是缺乏真實感，離真正動手操作有一定距離。因此，一般作為日常教學(xué)演示使用。

4.加強教研，創(chuàng)新教學(xué)手段

加強教研，對教師進行實驗教學(xué)和操作能力，實驗安全教育等各方面的專業(yè)培訓(xùn)，提升教師的實驗教學(xué)能力，轉(zhuǎn)變教學(xué)思維，優(yōu)化實驗教學(xué)過程和設(shè)計，將普遍的“講實驗”轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)學(xué)生主動思考、觀察學(xué)習(xí)的過程。學(xué)校層面也要制定相應(yīng)的績效考核方式，改革教學(xué)模式。