中小學“線上·線下一體化”實驗教學改革的實踐與思考
——構建網(wǎng)絡大環(huán)境下的實體性實驗教學之一

余 彬，李斐然

(黑龍江省教師發(fā)展學院，哈爾濱 150001)

為全面貫徹黨的教育方針，落實《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》(教基〔2019〕16號)文件精神(以下簡稱《意見》)，切實加強對中小學實驗教學工作的組織領導和專業(yè)指導，結合黑龍江中小學校實驗學科教學實際情況和需求，加大了傳統(tǒng)實驗教學與網(wǎng)絡技術的有機結合，構建了黑龍江省“線上·線下一體化”實驗教學新體系，即確立實驗教學+網(wǎng)絡的改革新思路，增補虛擬實驗新方式，完善學科實驗設備與內容，實驗教學改革考核評價。通過課題式工作探究、主題式虛擬實驗、問題式調研分析、專題式高峰論壇，總結出適合新時代中小學“線上·線下一體化”實驗教學改革的有效策略，提升中小學生的綜合素質。

1 開展“線上·線下一體化”實驗教學改革的原因

科學技術不斷發(fā)展，各學科實驗教學的先進理念在不斷提升，學生的實驗思維與技能需求在不斷跟進，未來發(fā)展需要富有實踐能力和創(chuàng)新思維的建設者和接班人，所以，應更加重視實驗教學、研究實驗教學、改革實驗教學。

《意見》明確了實驗教學發(fā)展方向?！兑庖姟返目傮w要求是“全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務，發(fā)展素質教育，努力構建與德智體美勞全面培養(yǎng)的教育體系相適應、與課程標準要求相統(tǒng)一的實驗教學體系……拓展創(chuàng)新，不斷將科技前沿知識和最新技術成果融入實驗教學，豐富內容，改進方式……”這一總體要求讓人們對實驗教學有了新的認識，它不僅是學生的一次簡單實驗，也不只是教材中的一個知識點，而是關系到學生德智體美勞的全面發(fā)展，關系到《課程標準》的全力落實，關系到科技前沿知識和最新技術成果的傳播、吸納和創(chuàng)新，教育人、培養(yǎng)人必須全程跟進，是一個完整的育人體系，要以“全面發(fā)展、全力落實、全程跟進”為起點，建構中小學的實驗教學新體系，創(chuàng)新實驗教學的新內容、新方式。

《配置標準》提供了實驗教學改革依據(jù)。教育部發(fā)布了“初中數(shù)學、物理、化學、生物、地理、小學數(shù)學”6個學科裝備配置標準(以下簡稱《配置標準》)。通過深入學習，結合實際，靈活地理解和運用《配置標準》，在調研分析、指導實驗教學工作中較突出的是以下三點：一是?；尽⒅靥嵘?。強調教育裝備安全、環(huán)保，著力解決“配什么”“怎么配”的問題，在按需補充消耗性材料，自備、自制器材等要求的基礎上，增加了具有現(xiàn)代科技含量的數(shù)字化、信息化、集成化、微型化等多元化教育裝備，包括有利于教師有效教學和學生有效學習的信息載體、信息采集加工處理數(shù)字化設施、模擬學習情境設備等，實現(xiàn)從傳統(tǒng)實驗儀器配置向多元裝備配置的轉變。二是會使用、要用好。突出好用、實用、適用、管用的質量要求。強化應用指導，關注使用裝備的知識、經(jīng)驗、方法、模式和教學活動設計，解決教學實踐中教師“不好用”“不能用”問題。三是增建議、多服務。新增的實踐活動建議，設計安排了系列化、多樣化的科學探究和實踐活動，引導教師從傳授式、講授式教學向促進學生主動學習、實踐性學習、情境化學習、課程綜合化學習轉變，真正使教學裝備成為深化“課堂革命”的有力助手，助力從傳統(tǒng)實驗課堂教學向現(xiàn)代實驗課堂教學轉變。

面對問題和發(fā)展，應擔起實驗教學改革的重任。要始終把中小學的實驗教學作為提高中小學學生綜合素質的重要內容來抓。近年來，多次下校調研，收集問題，研究推進實驗教學的方法和措施，特別是國家下發(fā)的《意見》和《配備標準》等文件出臺以后，更堅定了方向和目標。在全面考量中發(fā)現(xiàn)，雖然積累了一些實驗教學經(jīng)驗，收到了一定的效果，但也存在一些問題和提升空間，具體表現(xiàn)在：

部分學校實驗室的裝備不完善。實驗室是學校進行實驗教學的重要場所，是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要基地。但實驗室儀器配備率還不夠高，能夠滿足正常實驗教學的學校還不到一半，許多實驗只能由教師演示代替了學生動手操作，這必然影響正常的實驗教學效果。

部分實驗教師隊伍素質參差不齊。實驗教師素質的高低決定著實驗教學的質量，也影響著全校的教學活動。我省各地區(qū)中小學校的實驗學科師資隊伍不夠均衡，部分教師還不能掌握使用網(wǎng)上平臺順利進行實驗教學的技能，整體專業(yè)素養(yǎng)和信息技術應用能力水平還有待進一步提升。

部分實驗教師崗位人員不適應發(fā)展需求。有的學校實驗教師是兼職教師；有的學校把實驗教師崗位作為對教師工作的照顧，讓一些認為不會教學、身體不佳的教師來擔任；有的作為部分教師退休前的?？空尽@些情況都嚴重影響實驗教學的正常開展、信息化管理的應用及創(chuàng)新發(fā)展。

部分學校實驗管理與設施設備的使用有待提高。部分學校配備了標準較高的實驗室及設備，具備了開展實驗教學的基本條件。但是，有的學校沒有實驗教學的科學管理，有的領導沒有重視使用指導，有的教師業(yè)務不熟或責任不到位，致使教育教學資源得不到有效利用，如實驗設施、儀器以及藥品常年閑置等，所謂“高標準”只是樣板或展品。

線上和線下教學銜接有誤差。線上實驗教學模式對教師的能力有了更高的要求，因為有的學生基礎知識不夠扎實、概念不清晰、對比體驗不夠，有的教師不能將學生這些情況和線上實驗教學軟件的運用相結合，即線上和線下不能同步、有效使用，導致部分教師很難面向全體學生利用線上資源與方法開展實驗教學。

面對這些現(xiàn)實性問題，教師責任重大，要有探究實驗教學改革的勇氣和信心，實現(xiàn)實驗教學改革的目標。

2 “線上·線下一體化”實驗教學改革的實踐成果

以我省實際情況為基礎，采取“課題式”反復實踐研究，不斷完善與創(chuàng)新，構建了網(wǎng)絡大環(huán)境下的實體性實驗教學，即“線上·線下一體化”實驗教學改革新體系。這一體系分為四部分推進：一是確立“實驗教學+網(wǎng)絡”的改革新思路，充分發(fā)揮網(wǎng)上培訓指導、資源共享的作用。二是“將科技前沿知識和最新技術成果”融入了我省中小學實驗教學課堂，增補了部分實驗項目有效、安全的“虛擬實驗”方式，為提高學生實踐操作能力與創(chuàng)新精神拓寬了途徑。三是完善學科實驗設備與內容，依據(jù)《配備標準》配齊配全各學校實驗所需設施設備，細化實驗項目和操作標準要求。四是實施實驗教學改革考核評價，推動學校實驗改革、實驗教師的配備和管理與實驗教學的正常運行，強化學生參與實驗、體驗實驗、感知實驗，從中得到對學科先進技術的興趣、素養(yǎng)與意志品質的培養(yǎng)。以此實驗教學改革逐步消除我省中小學實驗教學中存在的問題，創(chuàng)新發(fā)展，為中小學生提供各學科實驗教學新內容、途徑和方法，提高中小學生實驗興趣、能力與探索精神。

2.1 確立“實驗教學+網(wǎng)絡”的改革新思路

改革實驗教學，就必須要開闊視野，共享全國乃至全球經(jīng)驗，學習先進做法，因地制宜地創(chuàng)新方法。所以，將“網(wǎng)絡”納入為實驗教學改革的重要路徑，實施云端戰(zhàn)略，搭建“四個平臺”，加大實驗教學的動態(tài)管理、指導及大數(shù)據(jù)分析等工作，同時，讓實驗教師學習到最先進的技術、共享最先進資源來完成實驗教學的任務。

第一，建設“全省教育裝備管理信息化平臺”。為快速掌握全省中小學校各學科實驗室建設情況，解決底數(shù)不清問題，通過采購國內現(xiàn)有成熟軟件，搭建全省教育裝備管理信息化平臺。從省到市、縣、校，實行層級管理，利用大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，及時、快速掌握現(xiàn)有實驗儀器、設備、藥品和相關實驗材料情況，實行動態(tài)管理，對照《配置標準》尋找差距，著力解決“配什么”“怎么配”“不好用”“不能用”問題，按需補充消耗性材料，突出好用、實用、適用、管用的質量要求，實現(xiàn)從傳統(tǒng)實驗儀器配置向多元裝備配置轉變，切實做到實驗裝備科學化、規(guī)范化、數(shù)字化、信息化管理，同時，為智庫服務提供精準大數(shù)據(jù)支持。

第二，建設“全省實驗教學應用管理平臺”。《意見》要求，開齊、開足、開好國家課程標準規(guī)定的實驗課程，切實扭轉忽視實驗教學的傾向，鼓勵有條件的地方和學校，積極利用信息技術手段開展實驗教學管理。學習借鑒國內成功的經(jīng)驗和技術，創(chuàng)建了我省實驗教學應用管理平臺。通過實驗教學應用管理平臺的使用，強化學校實驗管理和應用指導，提升學校領導與實驗教師管理和運行學科實驗水平。同時，為績效考核、督導評估提供大數(shù)據(jù)支持。

第三，建設“實驗教學評價平臺”?！兑庖姟访鞔_提出：把實驗教學情況納入教育質量評價監(jiān)測體系……2023年前要將實驗操作納入初中學業(yè)水平考試，考試成績納入高中階段學校招生錄取依據(jù)，在普通高中學業(yè)水平考試中，有條件的地區(qū)可將理化生實驗操作納入省級統(tǒng)一考試。我省建設“實驗教學評價平臺”，為直觀、高效掌握學生實驗加試情況，通過信息化管理和施考，有效避免人為因素對實驗操作過程、結果的影響，進一步完善初中學業(yè)水平考試。

第四，建設實驗教學資源服務平臺。支持各級學校與規(guī)范的教育平臺合作，開展實驗室技術裝備、精品課例、數(shù)字化服務、技能培訓、技術服務等全方位的展示與服務，充分整合優(yōu)質資源和先進技術，形成統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)。學?？筛鶕?jù)各自需求在平臺以購買服務形式采購自己需要的產(chǎn)品以及服務。

2.2 建立主題式“虛擬仿真實驗”課堂

《意見》指示，對于因受時空限制而在現(xiàn)實世界中無法觀察和控制的事物和現(xiàn)象、變化太快或太慢的過程，以及有危險性、破壞性和對環(huán)境有危害的實驗，可用增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實等數(shù)字化教育技術手段呈現(xiàn)。虛擬仿真實驗是利用計算機仿真技術，構建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，學生在虛擬環(huán)境中開展實驗，得到虛擬實驗結果。虛擬仿真實驗是傳統(tǒng)實驗的一種補充，通過虛實結合、以虛促實來開展實驗教學，但虛擬實驗不能完全代替實體實驗。隨著信息技術的快速發(fā)展，虛擬仿真實驗還有一個持續(xù)更新、不斷完善的過程。各學校增補主題式實驗項目有效、安全的“虛擬實驗”方式，為提高學生實踐操作能力與創(chuàng)新精神拓寬途徑，“將科技前沿知識和最新技術成果”融入了我省中小學實驗教學課堂中。

2.3 完善學科實驗設備與內容

各學校依據(jù)《配備標準》配齊配全實驗所需設施設備，加強多學科實驗室建設。我省在經(jīng)費有限情況下，采取“省、市、縣、?！惫餐瑩撏度氲霓k法，以實驗室裝備情況大數(shù)據(jù)分析為基礎，更新符合現(xiàn)行教材的實驗儀器、設備，加強保障藥品供應、藥品管理等。同時，各學校鼓勵實驗學科教師發(fā)揮主觀能動性，自制實用的教具和學具上好實驗課，切實增強實驗教學的實用性、趣味性；明確實驗室實驗項目、虛擬仿真實驗項目；強調實驗教學中，綜合運用觀察、觀測、模擬、體驗、設計、編程、制作、加工、飼養(yǎng)、種植、參觀、調查多種方式；將實驗教學與編程教育、創(chuàng)客教育、人工智能教育和社會實踐等多學科有機融合，落實學科核心素養(yǎng)，提高實驗教學質量和效果。

2.4 實施實驗教學改革考核評價

一是各級管理部門評價學校學科實驗教學的改革情況。各校在“實驗教學+網(wǎng)絡”中的“四平臺”的建設和使用情況、虛擬仿真實驗課堂情況、學科實驗設備與內容落實情況進行評價。二是業(yè)務指導部門評價學校對實驗教師的選擇與運用，評價教師實驗操作水平、虛擬仿真實驗操作技術水平。三是各學校通過學生參與“傳統(tǒng)實驗、虛擬實驗以及增強實驗”過程表現(xiàn)與實驗成果情況，評價學生學習該學科課程后應達成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。實施實驗教學改革考核評價，促進學校實驗工作建設與管理、教師學習與運用、學生實驗興趣與收獲的全面提高。

3 對“線上·線下一體化”實驗教學改革的調研與思考

為有效推進“線上·線下一體化”實驗教學改革的深入進行，更有效地服務全省中小學生的需求與發(fā)展，采取了相關措施及時發(fā)現(xiàn)改革過程中的問題，反復嘗試創(chuàng)新，挖掘實驗教學改革的巨大潛能，充分發(fā)揮實驗教學改革的價值作用。

3.1 采取“問題式”調研方式，及時總結成績和存在的問題

依據(jù)“線上·線下一體化”實驗教學改革過程情況和上級指示與要求，2020年3月12日-3月25日，面向全省各地區(qū)中小學，進行了實驗教學改革的“問題式”調研。11個地區(qū)的學校領導和教師通過掃描二維碼參與問卷調查，對“學校實驗工作基本信息、抗疫情線上實驗教學開展情況、落實《配置標準》情況、實驗教學管理、實驗教師培訓、實驗教學方式、實驗教學課題研究、實驗教學競賽”8個方面共43個問題進行了全面調查，共收到有效問卷1 049份，并進行了有效的分析。

圖1 實驗教學基本情況分析圖Fig.1 Analysis graphics of basic information of experiment teaching

在調研分析中看到：我省中小學校領導與教師對實驗教學有很高的積極性和較強的探索意識，特別是在新冠疫情防控期間，充分利用信息技術的優(yōu)勢，主動參與線上實驗教學活動，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和媒介素養(yǎng)。同時，也發(fā)現(xiàn)我省中小學校在實驗學科教學管理和教師隊伍配置與建設等方面存在一些問題，也引發(fā)了思考，加強實驗學科教學制度管理和提高實驗學科教師素質尤為必要和緊迫。

圖2 實驗教師培訓情況分析圖Fig.2 Analysis graphics of experiment teacher training situation

參與調研的實驗學科教師有54.1%參加過《配置標準》培訓，其余均沒有參加過專題培訓；希望參加《配置標準》培訓的教師占86.6%；希望參加《配置標準》培訓的教師選擇線上培訓的占59.0%，線下培訓占32.2%，線上線下同步占8.8%；有79.5%的教師所在學校能夠滿足《配置標準》教學需要。由此可見，對《配置標準》的落實與教師培訓還需加強。

在具體運用實驗教學方式方法中，有66.0%的教師采用觀察、模擬、體驗、制作；19.2%的教師采用參觀、調查；7.7%的教師采用制作、加工；6.3%的教師采用設計、編程；0.8%的教師采用飼養(yǎng)、種植的方式。100%的教師對線上虛擬仿真實驗產(chǎn)品感到：一是可以清晰看到實驗操作，淺顯易懂；二是實驗操作方法簡單，操作上手方便快捷；三是實驗操作過程直觀，步驟嚴謹；四是實驗現(xiàn)象明顯，效果逼真；五是資源適用，能彌補學校實驗條件的不足。同時，虛擬仿真實驗在師生互動方面，沒有線下溝通那樣順暢和直接；有些實驗還不夠深入，不能完全替代傳統(tǒng)實驗室開展的動手操作實驗活動；資源還不夠豐富，與教材還不能完全匹配成套，特別是小學科學的虛擬實驗資源比較少，高中有的實驗不能根據(jù)儀器組裝進行模擬。

3.2 針對問題，有效推進實驗教學改革工作

加大“專題式網(wǎng)絡高峰論壇”的高端引領?！昂邶埥〖訌姾透倪M中小學實驗教學工作網(wǎng)絡高峰論壇”隆重舉行。來自教育部教育技術裝備研究與發(fā)展中心、人大附中、上海市教委教研室等省內外8位實驗教學專家齊聚網(wǎng)絡，基于龍江中小學實驗教學的現(xiàn)狀和問題，結合《意見》政策解讀、先進省市經(jīng)驗分享，共同研究探索我省中小學實驗教學改革新體系的內容。本次網(wǎng)絡高峰論壇是貫徹落實《意見》文件精神的重要舉措，又是推進新冠疫情期間創(chuàng)新實驗教學新方式的成果，受到教育部教育技術裝備研究與發(fā)展中心科研處處長劉強的高度評價，稱其在全國起到了引領示范作用，建議在全國推廣龍江模式。通過3.5 h的頭腦風暴，為我省“線上·線下一體化”實驗教學改革提供了大量新思維、新內容、新形式，將會產(chǎn)生更大的新功能。以“論壇”的高端思想為指導，依據(jù)《配置標準》加大配備力度，更新完善實驗教學管理制度，培訓指導先進、實用的實驗教學方式方法，進一步深化實驗教學改革，再嘗試、再創(chuàng)新，密切實驗教學的時代性，力爭實驗教學領先性的最大化，提升實驗教學的實效性。

加強實驗教學管理和教研兩支隊伍建設。長期的應試教育養(yǎng)成了學生重視理論課學習而輕視實驗課操作的習慣，教師以考定教，重視知識的傳承而忽視能力的培養(yǎng)，很多時候由教師演示實驗替代學生分組實驗，甚至出現(xiàn)學生直接背實驗過程與結果的現(xiàn)象，直接影響和制約了學生動手實踐能力、創(chuàng)新精神和科學素養(yǎng)的培育?！熬€上·線下一體化”實驗教學改革突破了傳統(tǒng)實驗教學的框架，注重加強實驗教學與多學科融合教育、編程教育、創(chuàng)客教育、人工智能教育、社會實踐等有機融合，注重學生動腦、動手能力培養(yǎng)。這要求實驗教學管理者要明確目標，加強學習，建章建制，讓新理念深入人心，做好管理。實驗學科教研員要提高對實驗教學的認識，提升信息化素養(yǎng)和能力，做好示范和引領，切實發(fā)揮教研的支撐作用和智庫服務功能。

提高實驗學科教師整體隊伍素質。有的學校沒有專職實驗員，有的學校實驗員是兼職或返聘人員，專業(yè)素質不高。整體來看，各學校實驗學科教師專業(yè)水平不均衡，考試學科優(yōu)于非考試學科，高學段優(yōu)于低學段。特別是從一年級就開設在小學科學學科，更是缺乏專業(yè)教師。在一定程度上，影響了“線上·線下一體化”實驗教學改革的推進。改變這一現(xiàn)象迫在眉睫，一是將《配置標準》的培訓納入到國培、省培計劃中，通過開展實驗員培訓、實驗學科教師技能培訓、實驗室管理員業(yè)務培訓等方式，解決“配好”“用好”問題，解決教學實踐中教師“不會用”“用不好”的問題，確保到2022年前完成教師實驗教學能力全員輪訓。二是建立“以考促學、以賽促教”等激勵機制，促進實驗員和實驗教師不斷提高自己的實驗技能?！耙钥即賹W”，就是把學生實驗操作的情況和能力表現(xiàn)納入綜合素質評價，納入教師教學成績評價，2023年前要將實驗操作納入學業(yè)測評考試，考試成績要納入高中招生錄取的依據(jù)，在普通高中的學業(yè)水平考試當中，有條件的地區(qū)將理化生實驗操作納入統(tǒng)一考試；“以賽促教”，就是通過開展教師實驗技能競賽，精品實驗課遴選大賽，實驗教學說課大賽，幫助實驗學科教師將教學理念轉化為教學行為，將此結果納入教師繼續(xù)教育學科成績。三是教師實驗技能水平與職稱評聘，績效考核獎勵掛鉤，完善機制、分步實施，形成全體實驗教師人人提高實驗操作技能的良好氛圍。

全力推進“線上·線下一體化”實驗教學改革勢在必行，它不只是在常規(guī)教學中面向全體中小學學生開展高層次、高效果的實驗教學活動，特別是在學校不具備實驗條件和真實情境、不能表現(xiàn)的現(xiàn)實情況的過程中，改革發(fā)揮了更大的作用。它是面向全體學生、面向各種學習空間與環(huán)境、面向多元實驗方式與方法的先進實驗教學體系，有效推動了中小學生綜合素質全面發(fā)展。