中学理科实验教学现状与提升策略

荣晓芳

[摘要] 近年来，国家越来越重视中学理科实验教学和考查。从教育部到各省教育厅，相继出台各类相关文件，加大中学实验教学推进力度。根据当前中学理科实验教学和考查现状，从学校和教师角度，提出几点推进实验教学的策略。

[关键词] 理科实验;考查方式;实验教学

近年来，国家越来越重视中学理科实验教学和考查。2019年6月，中共中央、国务院颁发了《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》，要求加强科学教育和实验教学。2019年11月，教育部颁发《关于加强和改进中小学实验教学的意见》，提出实验教学是国家课程方案和课程标准规定的重要教学内容，是培养创新人才的重要途径，要加强和改进中小学实验教学工作。

一、中学理科实验教学现状

中学物理、化学、生物学是以实验探究为基础的学科。但是中学阶段，在实际教学过程中，受到实验教学课时、教学条件和环境等客观原因的限制，一些实验条件不理想的学校，实验教学日常开展比较困难，很多实验无法达到理想效果，学生不能在规定时间内观察结果得出结论。而教师只能在小范围内、特定时间内按照学生必做实验的固定步骤给学生做示范，学生很难观察到动作细节，动手实际操作的机会很少，这不利于学生理解较为抽象的科学规律，不利于科学探究思维、创新思维的培养，从而给实验教学和实验考查带来了一定困难。

另外，部分学校和教师对实验教学的重要性认识不足。在现有的实验教学中，学校更重视知识点的传授，而忽视实验能力的培养，长期的应试教育也让教师、学生对实验课不够重视。加上学校的实验装备条件的限制，实验教学的开展情况不太理想。另外，由于是合格性考试，有的学校不够重视，宁愿多花点时间教学生刷题，也不愿意在实验教学上费工夫。此外，受到实验教学课时、教学条件、教学环境和教学模式等限制，部分学校在探究性实验教学方面开展的并不多。学生的动手能力、实践创新能力都未能得到发展。

二、中学理科实验考查现状

1.传统考查方式：人工现场评分

以江苏省13大市为例，目前初高中理科实验考试均为合格性考试，只有少部分地区在中考录取层面增加了理科实验考试结果的权重。考核方式仍然是学校自己考、自己打分数，市里乃至省教育厅进行抽查，来考查学校的实验教学效果和考试管理、执行情况。总的来说，目前的实验考查还是人考人、现场评分的模式，方式比较原始。

江苏省各大市分别统一命题，考前2周左右下发考查内容，一般会进行集中训练。由于考试人数较多，学校在考试前有繁杂的考务工作。学校考试场地分为抽签室、候考室、考查室，抽签室与考查室既要互相隔离，又不能相距过远，以免路程较长延误考试时间。学校需要负责实验器材、药品、材料的准备工作，并且还要准备备用器材，以防止考试过程中的意外状况。学生在考前10分钟进行抽签，短暂准备后，进入考场进行实验操作，操作时间为15～20分钟。学生分组、抽签、候考、考试，均需要教师组织，以小组为单位进入考场，1～4位监考老师（有的学校还会配有副监考）监考2～7位学生。学生考试结束后，离开考场时，仍然需要教师组织，要与进入考场的线路错开，且不能有交叉，以防止对尚未考试的学生造成干扰。结束后，教师要及时按照考试标准、评分细则进行评分，并记录考查结果。评分等级分为合格、不合格，或者优秀、良好、合格、不合格。为了确保考试公平，如果2位监考老师给出的等级不一致，需要进行复核，然后给出最终复核后的等级。通常由專门人员填写考查结果的电子文本，纸质文档封存备查，电子文档上传到教育局。

一般学校组织一场实验考试需要耗时2天左右，不一定能做到公平公正;现场操作过程无记录，结果不可追溯。若不合格，学生可参加补考，需重新抽签确定考题。合格的考生，参加中考，实验技能考核结果不计入中考总分，仅作为升学的参考依据。但是，部分地区，如上海、南昌等已经将理科实验考试结果计入中考总分。

2.信息技术手段下的考查方式

除了传统的人工现场评分考查方式，还有利用信息技术手段的考查方式。比如深圳中考理科实验考试采取两种方式，一种是现场操作现场评分，另一种是现场操作实时录像、考后网上集中评分，基本还是利用了传统的信息化手段，最终采取人工看录像的方式进行评分，离智能化还有一定距离。又如，广州市化学实验操作考试采取考生现场实际操作的方式进行，利用信息技术手段，实时录制存储学生的考试过程。物理、化学实验操作考试采取网上集中评分或考场现场评分的方式，并逐步探索人工智能辅助评分的方式。

还有一种考查方式，利用人工智能识别技术来进行实验操作考试评价。这是未来的发展方向，目前已有很多技术公司开展了相关研究工作。学生实际动手操作，通过人工智能进行即时评判，其优点是符合实验测评的本质需求，效率更高，模式不易被复制。但在标准化判定方面，需要大量的数据进行人工智能深度学习，通过训练最终达到测评要求。缺点是开发和落地周期长、成本较高、投入周期较长，学校常态化应用需要时间。

三、中学理科实验教学策略

2022年1月，江苏省教育厅发布的《关于加强和改进中小学实验教学的实施意见》提出，“十四五”期间，将全面加强实验课程体系建设、实验教学资源保障、实验教学能力提升、实验方法手段创新，切实加强和改进实验教学活动，加快构建与德智体美劳全面培养的教育体系相适应、与课程标准要求相统一的实验教学体系。由此可见，从教育部到地方教育行政部门，都很重视实验教学。从学校或教师角度，可以结合以下几个方面推进：

1.加大实验考核力度，促进日常实验教学

实验考查方式要公平、公正、公开，评价体系完善，要有精确详细的评价标准，考试尽量做到严密性、真实性、科学性、公平性、便捷性的要求。考查方式要利于实施，做到过程性评价与结果性评价相结合。结果性评价要减少或者完全避免由教师进行人工打分，可以保留过程性数据，做到有据可查，如记录现场视频等。行政管理部门能远程查看或调阅考试相关的各种数据，追溯考查过程。考查的最终目的是促进日常实验教学，发挥实验教学的育人功能。

2.充分利用教材和数字化资源进行实验教学

中学物理教材中包含基础性实验和拓展性实验，基础性试验即学生必做实验，必须做到每个学生都有动手操作的机会，教师要给予学生思考、探究的空间。拓展性实验鼓励进行探究和创新，鼓励教师，将多学科知识融合，进行项目式的综合实验设计。支持教师引导学生利用多种材料、工具，通过不同的手段实现探究学习的过程，如“覆杯实验”“隔空炸弹”实验等。重点在于激发学生进行科学探究的兴趣，培养科学思维和科学探究精神。可以利用多媒体数字资源帮助教师进行演示教学，或者帮助学生进行理论学习，熟悉规范的操作流程和技巧。

3.合理运用信息技术手段开展实验教学和考查

近几年，虚拟仿真技术的发展越来越趋于成熟。如卡耐基梅隆大学开发的虚拟化学实验室，教师和学生可以通过虚拟实验室进行数百项标准化学试剂实验，并进行讨论、提交作业、复习课程等一系列学习活动。北京乐步教育科技有限公司开发的Nobook虚拟仿真实验，涉及初高中物理、化学、生物学，以及小学科学等学科，分教学演示版、学生操作版、学生加试版、校园资源版，已在部分学校的智慧教室中进行了教学应用。广州市同实网络科技有限公司开发的同步实验室“中小学虚拟仿真实验实训系统平台”，涵盖物理、化学、生物学、小学科学、通用技术等学科，与纸质《实验册》进行配套使用。上海矩道网络科技有限公司海矩道的VR/3D实验室，以开放性、探究性、科学性为主要特点，提供同步虚拟实验、探究实验教学工具和自主学习平台，可用于日常实验教学、模拟操作。

理科实验的全面开展对学校实验室的器材等有一定的要求，特别是具有一定危险的实验，成本高的实验，以及过于微观或宏观的实验，部分实验结果和现象的得出也需要长时间的观察。在时间、空间、条件有限的情况下，虚拟实训平台可以作为实验教学和考查手段之一。教师可运用虚拟实训或3D平台，开展理科实验的日常教学和考查，学生可以进行实验操作日常训练、探究实验设计等，帮助学校提升教学质量和效果，使得教学更加直观化。虚拟实训或3D平台不受时间和空间的制约，恰好可填补真实实验考查实验器材等准备工作量巨大、难以统一标准、在考查中实验现象不明显、实验结果受多方面影响的短板。虚拟仿真平台的优点是考场布置成本低，市场上已有比较成熟的模块，开发难度相对较低。缺点是缺乏真实感，离真正动手操作有一定距离。因此，一般作为日常教学演示使用。

4.加强教研，创新教学手段

加强教研，对教师进行实验教学和操作能力，实验安全教育等各方面的专业培训，提升教师的实验教学能力，转变教学思维，优化实验教学过程和设计，将普遍的“讲实验”转变为引导学生主动思考、观察学习的过程。学校层面也要制定相应的绩效考核方式，改革教學模式。