“互联网+”思维下的中小学理科实验室建设与实验教学改革创新研究（上）

2015-11-25后有为

中国现代教育装备 2015年20期

当下，在中学理化生学科与小学科学学科的教学实施中，在黑板上做实验、背实验、试卷上考实验的情况非常普遍，而到实验室中做实验，严格遵循学科规律、突显教学本质，放手学生动手实践，却是凤毛麟角。有识之士均异口同声地对中小学不做实验的现状口诛笔伐。许多省、市也采取了积极的措施，将实验列入中考、进入总分，开展高中学业水平测试实验加试等，但收效有限。

为什么这种现状，多少年来一直得不到改善或正本清源呢？如何改革才能扭转这一局面呢？

一、“不做”或“做不好”实验的深度分析

有一次，我与一位文科专业的名校长交流，他竟然理直气壮地对我说：我们不做实验，高考一样有很好的成绩。

这种想法，折射出一个普遍认识，即不做实验的根源是考试指挥棒的指向问题。因为考试的分数似乎与做不做实验没有必然的关系。在应试教育为主导的教育功利化的时代，“走捷径”是现实主义者的唯一选择。但是，仅仅把中、高考取向作为不做实验这个问题的唯一答案，却是非常片面的。

物理、化学、生物或小学科学等学科，是在实验过程中，才能真正施教的学科。无论是科学知识的认知，还是科学规律的理解与掌握，无论是科学精神、科学态度与科学能力的培养，还是所谓的知识与技能、过程与方法、情感态度价值的三维课程目标的实现，如果不在实验过程滋养与培育，都是违背学生的成长规律、学科的本质和教育方针的。

不做实验却在实施理科教学，可想而知，这种理科的教学已经异化到了什么程度。深究其因，且听我言。

1.教育缺乏法治思维与治理能力

中小学的物理、化学、生物与科学课程，是国家必修课程。它意味着这是强制性的课程，是法定性的课程。不严格规范地按照学科本身的规律实施教学，不严格规范地按照教育的规律和学生身心成长的规律实施教学，本质上就是“违法”。

但是，似乎没有人知道这是“违法”。我们天天在喊依法治教，却没有人知晓国家必修课程的严格规范实施，本质上就是一个执法的过程。教育行政领导、校长与教师均很欠缺这样的思维。

缺乏国家课程实施的法治思维，不仅使得从行政管理到学科教学的管理上，对于做与不做实验这个问题的治理，显得苍白无力，更突现了教育本身的缺陷。

缺乏法治精神，是教育治理乏力的第一因素；而缺乏治理能力，则把做与不做实验这个理科教学的根本性问题，像沉沙淤泥一样积累到了另外一种自然状态了。

2.校长缺乏教育理想与国家思维

理科教学做实验与不做实验，不仅是对学科的尊重问题，也是教育理想与追求的问题。所谓教育的理想与追求的问题，简单地说就是追求培养人还是追求考试分数。

分数要不要？当然要。但分数的得来过程却要认真思量，恰如财富的获得，是靠勤劳智慧依法获得，还是靠不择手段偷盗或巧取豪夺获得，最后的结果也许是财富的数量是一样的，但财富的品质却大相径庭。做实验的过程，是学科教育教学的过程，是科学态度、科学精神与科学方法养成教育的过程，是实践能力与创新精神培养的过程，不仅同样能获得分数，而且还是真正的学科教育过程。而不做实验呢？不做实验的理科教学，根本就是反科学的教育教学，根本就不是学科的教育教学。

南京田家炳高级中学“开心农场”

不做实验的理科教学，是填灌式、强迫式的违背规律与学科本质的教学，是把负担转嫁给学生的教学，是对教育不尊重的教学。一所学校的理科教学如果没有好好地做好实验，其根本的原因是这个校长缺乏教育理想与国家思维。因为他根本不懂教育，根本没有教育的理想与信念，根本没有为国家与民族培养人的理想与信念。他的理想与追求只有分数与升学率的功利。因为升学率的世俗功利，才会带给他“功名利禄”。

这样的校长只是一个“包工头”，他不懂得分数与升学率，与优质的实施教学成正比例。而做好了每一个理科实验，通过实验过程科学地实施理科教学，不仅是学科的本质要求与培养人的要求，也是学科教学优质实施的体现，将会大大的促进分数与升学率的获得与增长。

这样的校长，必定本身也是在应试教学中成长起来的，应试教学与世俗功利形成了他的信念，再加上社会的世俗功利围追与行政无知的干涉，这样的校长把成天补课与做作业训练、考试，当作了唯一的管理法宝。

3.教师缺乏专业主义与职业精神

几次理科教师的实验技能大赛把一个重要的问题暴露出来。

小学科学教师做一个测量温度的实验，竟然有许多的教师不会做。原因是有部分教师不是专业毕业，是兼职教师或是改行的教师，但更多的是多年不做实验，已经失去了做实验的基本技能。同样的，我们在实验技能大赛中发现，初中、高中的理科教师也出现了同样的问题。一场理科教学实验操作技能大赛，把理科教师的基本实验技能水平与问题彻底的暴露于外。

不会做、懒得做，导致拒绝做，如此循环往复，逐步丧失了理科教学最基本的技能——实验操作的技能和运用实验实施理科教学的水平与能力。这使得当代年轻的理科教师，正迅速地退化为一群只会动嘴、只做“讲、练、考”的残疾型教师。这是一种专业主义的丧失。

按理说，一个理科的教师不做实验或不会做实验，是一种职业精神的丧失，他已经不具备一个理科教师的资格。

但是，好像没有人理会，也没有人懂得什么是真正的职业精神与职业资格。无论是在职称晋升、评优等方面，还是其他任何一个方面的考核，都不会考虑有关理科教师做不做实验的这回事。这就导致了理科教师本身，对于做与不做实验，不再有自我要求与反省。进而这不仅是实验做与不做的问题，更为严重的是一个职业群体的职业发展、专业发展出现了危机。最可怕的是，从上到下只看到做不做实验这个表象，却无人分析这个危机的深层原因。

4.管理缺乏基本常识与基本规范

为什么这么多年素质教育口号震天响，却抓不好理科教学的实验工作。最核心的原因，是教育的行政管理与教学管理缺乏基本的常识与基本规范。

首先是职称评审重论文、重教不教高三和做不做班主任，但对理科教师而言，却没有人重理科教师的全面发展与专业发展，对于实验教学的能力与水平，没有任何的考核与评价。教师的职称晋升是教师发展的最大功利性动力，是驱动教师职业发展与专业发展的“内燃机”。但是，没有一个地方的理科教师的职称评审与晋升，是与实验教学的能力与水平挂钩的。

其次是掌握教师专业发展评价权的教学研究与教学管理部门，因为长期脱离教学一线，成了教学“冷兵器”的代表或高高在上的衙门，因为他们不重视甚至不再做实验，成了阻碍教学生产力发展和教师专业发展的上层建筑。他们在指挥教学、考核教学与评价教学的过程中，好像忘却了理科的实验教学是怎么一回事。

第三是对教师的考核评价，基本上是以高考、中考成绩为依据，只看结果不看过程。对于实验室的建设，是为了学校的面子与评级，对于教师不做实验而实施理科教学，睁一只眼闭一只眼。没有管理策略更没有措施。管理者不关注实验室建设，不关注实验教学。所谓的素质教育，往往是用离开国家课程的“科、艺”活动替代，而不能深层次的把素质教育落实到每一个学科的具体实施之中。

第四是管理机制几乎是僵化的与不作为的形式主义。作为中小学的理科教学，实验本是理科教学最基本的教学过程，实验技能是理科教师的最基本技能。却不知道为什么，找来一群“老、弱、病、残”的教职工从事实验室的管理，他们不懂理科教学，却管理着实验室。理科教师的教学不同于其他学科，要做好一个实验必须花时间准备，这个准备的时间与工作量，与备课是不一样的，是备课之外的工作量，却不被学校算入工作量进入考核范围。管理员照顾着一些年纪大的教师养老，也照顾着一些“官太太”吃粮响。因为工作态度、工作能力与工作水平，极大地制约了理科教师到实验室实施理科教学，做好实验。

第五是信息化成了摧毁理科实验的最有力武器。当下信息化成了最为时髦的教学改革的词，所谓的用信息化实现教育现代化的尘嚣，已经到了忘乎所以的地步。但是，慕课、翻转课堂等线上再酷再炫再好的东东，也不能替代在实验室中培养学生的实践能力与创新精神，更不能全方位地培养学生的科学态度、科学方法与科学精神。仿真实验再美，它毕竟不是学生亲手做实验，不是亲历体验，不是创新思维。又怎么能实施理科教学呢？不正确的导向，影响的不是一节课，而是一个民族的未来。

5.实验缺乏优质条件与先进技术

理科教学能不能基于实验实施，能否把实验教学融入整个学科教学之中，成为理科教学的主体，其物质基础的实验室装备是相当重要的。优质的实验条件与实验技术，不仅是做好实验的前提，更是促进学科建设、促进教师专业发展的基础与动力。

但是，当下我国基础教育的实验室建设却相当的不健康，用劣质一词也许有点夸张，但不能适应当代我国的中小学生，不能面向现代化，面向世界，面向未来，却是不争的事实。

中小学的理科实验室装备至少存在以下3个核心的问题，一是理念平庸，二是内容陈腐，三是技术落后（如图1所示）。

理、化、生和小学科学学科的实验室装备，只坚守所谓的配备标准，而不是面向未来；只基于教材（考试）装备，而不是基于学科装备，教材上有的就配备，没有的就不配备。而教材里可怜的、落后的教学仪器，大多数只是为了一个验证性的实验而存在，只基于学科教学的某些经典实验的验证而配备，而不是基于学生的探究性学习、项目式学习和创新精神与实践能力的培养而配备。

理科实验室的装备，多少年来一个模式，从形式到技术没有创新，从仪器到设备千篇一律，尤其是教学仪器不但没有进步而且质量越来越差，恶性的低价中标方式，把精良的教学仪器几乎彻底的驱除出了实验室。几十年来一个模式，实验桌椅、水电系统，实验器材与设备，无论是技术还是质量，都讲不出所以然来。

二、“互联网+”思维下的理科实验室再认识

理科教学做与不做实验，能不能有效的、科学的通过实验过程实施理科教学，实验室的建设至关重要。

在传统理念与思维下的理科实验室装备，是一个落后的与不思考的机械式装备。它不是以学生为本的，也不是以学科建设为要求的，更不是以培养学生的实践能力与创新精神为目标的。

1.传统理科实验室装备的技术性问题思考

实验室是学生学习的空间，在这个空间中，学生的学习方式与普通教室中的学习方式最大的区别在于，不是以听讲、训练、讨论为主，而是通过一个主题或项目的实验过程，以小组团队合作的方式协同研究性的学习，以获得真知与培养科学态度、科学方法和科学精神。听讲、实践、讨论、设计、探究、测量、数据分析、结果表达等，是一个综合性的学习与实践的过程。而实验室是支撑这种学习方式与完成学习过程的技术平台。

图2 实验室整体概貌

图3 当下普遍通用的实验桌

我们通过这几张图片来分析实验室装备有哪些技术性的问题（如图2、图3所示）。图2是当下理科实验室的通用格局。其最明显的特征是脏、乱、差。脏，是指整个实验室不通透，空气流动性不好，无法彻底地打扫卫生，有许多死角。实验桌的柜斗里，除了灰尘就是霉菌，水电布置与安装怎么看怎么不舒服。乱，是指实验桌布局是排排坐，空间非常狭小，不适宜学生做实验的过程。差，是指整个实验室的技术差。无论是实验桌椅，还是实验室布局，还是实验仪器等，都没有一点现代技术的气息。

图3是一组实验桌的照片，是当下通用普遍的形式。没有用的柜屉与落后的电源技术、供水技术，形成巨大的浪费和制约了实验室的现代化。实验仪器及其实验过程的技术方式，是当下理科实验室最大的问题。实验仪器的先进性与数字化远远落后于当代科技的发展和对学生培养的要求。这个原因首先是教材太落后与僵化，其次是所谓的配备标准。机械的与僵化的执行程序与规范，导致了具备技术含量的、高质量的、与充分融合数字化的实验仪器与设备进不了实验室。面对数字时代的原住民（学生），我们拿出的是冷兵器时代的实验仪器。举一个例子说，测量温度的实验，在教材中还是用红水或水银温度计测量温度，但是现实中已经没了。运用数字化的传感测量与数据处理软件的实验方法，却进不了实验室，或因为教材没有，就无法突破与创新。

实验室装备的问题，一个是技术问题，一个是形式问题。技术的问题决定了实验室装备的水平与质量，形式的问题决定了实验室装备的理念与思维。二者决定了实验室是否能成为促进学习方式变革的动力，是否能成为推动教育教学改革与创新的动力。

2.“互联网+”思维下的理科实验室重新认识

数字技术与互联网技术的发展一日千里，它已经深层次地影响理科的教学。如果实验室的装备不以互联网与数字技术为思考，则就如鸵鸟埋头不愿面对外敌侵入。因为互联网与数字技术对教育教学有革命性的影响，对学习方式有颠覆性的作用，对人才培养的要求有全新的内涵。

首先，应以“互联网+”为思维，重新认识与定位理科实验室。在“互联网+”的技术层面上，理科实验室应如下定位。

（1）理科实验室是学科教学的课程资源

作为课程资源的实验室，是指实验室中的实验仪器与设备、教学器材与教具、数字技术与网络软件工具，本身就是学科教学的组成部分，既是学习的技术工具，又是学习的内涵。所谓的实验能力、实验方法培养，必须是在掌握实验仪器性能、实验技术与工具的前提下实现。只有技术与设备的应用，才能培养创新精神与实践能力。

（2）理科实验室是学科教学的核心平台

作为学科教学平台的实验室，是指学科教学的主要过程，必须严格、规范与科学的依靠与应用实验室，把实验过程作为核心的教学内容与方法。不充分的应用实验室教学，把实验在黑板上做、在试卷上背的教学，是违法施教的纸上谈兵和应试教学。

（3）理科实验室是师生发展的促进中心

当今的教育天天喊培养学生的创新精神与实践能力，但却没有人指出培养的路径与方法。大部分的教师连实验都不会做，自身都缺乏创新精神与实践能力，怎么能培养学生的实践能力与创新精神呢。因此，理科实验室首先必须为教师的专业发展提供平台，成为教师专业技能与教学能力提升的促进中心；其次，才是学生学习方式变革的实验室，才是科学态度、科学方法与科学精神的养成的实验室，才是创新精神与实践能力培养的实验室。

在这样的思维下，理科实验室应该具备怎样的性质与内涵呢？

（1）理科实验室的装备理念应面向未来

实验室装备与实验仪器的配备，应立足课程标准与学科，而不是应对教材。其实验仪器、实验技术与实验环境的选择，应超越教材而拓展到本学科领域，甚至多学科整合的领域，应面向未来的科学技术和符合当下学生的心理健康与成长规律。移动互联网、数字传感技术和软件应用是未来的技术，作为科学实验的辅助性工具技术，应成为实验室装备的重要技术内涵。

（2）理科实验室的装备技术应体现学习方式的变革

面向未来的实验方式，应立足合作学习与研究性学习。面向未来的教育，培养学生的合作态度与精神，独立思考与研究的态度与精神是其核心内涵。学生走上现代社会后，几乎没有单打独斗的。而实验作为科学学习的基本方式与过程，不仅是科学态度、方法与精神培养的基础，更是合作精神、态度与方法养成教育，形成做人品质的基础。理科实验室的育人功能，比教室里空洞的说教要强大得多与现实的多。

（3）理科实验室的装备目标应强化功能定位的创新

基于理科实验室是一种课程资源与学习平台，理科实验室的功能实现应具备基础性、综合性和开放性。理科实验室除了能满足理科教学的基本要求，更重要的是综合多学科应用，能为研究性学习、项目合作学习等学习方式的创新，提供技术与条件，能在任何时候对任何学生开放，能在同一实验室为不同的师生提供服务。它不是单一功能的，更不是只能做几个验证的实验。它既是理科教师的工作室，又是理科教学的实验室，更是师生共同成长的促进中心。

3.面向未来的理科实验室的定义与特性

基于以上的认识，理科实验室可以定义为：实验室是依据课程标准、学科性质和学生培养目标，为学科课程实施提供的物质技术平台。它主要通过实验仪器与设备、实验工具和耗材的科学选择与应用，融合网络与数字技术，整合软件与数字资源，创设实验文化与环境空间等，形成的适合师生共同成长的教学活动场所。

理科实验室，它应能为理科的学科教学提供一个技术平台，能有效与有力的促进学科教学改革与创新。它为理科教师的发展提供了一双新鞋，能有力的促进教师的专业发展。它为理科的学习提供了一件武器，能有力的推动学生的学习方式变革。理科实验室装备的质量与水平，是理科学科建设的重要标志，也是教师发展与成长的专业水平标志，更是理科教育教学质量体现的标志。实验室就像一面镜子，映射出学校的办学思想与管理水平。

面向未来的理科实验室应具备以下5个特性。

（1）专用性，是一个学科专业的或几个学科综合专用的；是学科知识传授，实践技能培养，科学精神、态度和方法培养的最重要载体。

（2）实践性，是通过动手做或实验研究等行为开展学习的平台；动手操作在做中学习，小组合作在合作中学习，项目研究在研究中学习，是实验室开展教学活动的根本方式。

（3）开放性，能为课堂教学提供平台，也能为课余的学习提供物质与技术支撑。能满足课程实施需求，也能满足学生拓展到学科深度的研究性学习、项目式学习的需求。能在教学时段开放，也能在课余时间开放。能对本校学生开放，也能接纳非本校学生使用。

（4）资源性，理科实验室本身是一种课程学习资源；其具体体现在教学仪器、工具和软件资源等，不仅是实验所需的载体，而且本身是知识、技能与创新精神的体现。掌握实验仪器的性能、技术与使用方法，学会应用软件处理与分析各类实验数据，利用实验数字资源拓展学习领域等，培养师生实验设计与创新实验的能力，实验室本身是优质的课程资源。

（5）互动性，理科实验室要实现智能化，能实现人机对话、人机互动的功能。也要有技术与空间支持实验过程中的开放性教学活动，包括研讨交流、合作互动等。而不能是完成实验就只能转身离去。

三、理科实验室装备的技术创新与方法路径

理科实验室的装备不是简单的供给，而是创造，就是有思想、有理念、有技术、有结果的一个创造过程。

1.理科实验室装备的理念与目标

理科实验室的装备要有三大理念支撑（如图4所示）。一是要能推动学科教学改革与创新；二是要能推进学科建设和促进教师的专业发展；三是要能促进学习方式变革和提升学生的学业质量。因为只有技术才是推动变革的动力，只有技术的应用才能使知识的掌握与实践能力与创新精神得以落地。没有实验室的学科，其实是只有一条腿的学科，学科的精神与思想、方法与知识是不可能被学习者真正掌握。一切变革与创新，如果没有技术作为支撑，全是空谈。实验室装备要技术目标与功能目标有机融合。

格局人性化。人性化的意思，是以学生为本，是学生的学习方式为本，在场地桌椅的布置、环境空间的容量与文化氛围等，适合学生的合作学习、研究性学习和师生的互动协作。教学仪器与设备的技术先进程度与质量品质国际化。国际化的意思，是实验仪器、设备等要技术先进、品质一流，品种与数量充足，不是满足教材的有无，而是以学科的内容为导向，不仅能做验证性的实验和书本上要求做的实验，还能拓展到教材之外的学科内容，或多个学科的综合性研究学习用；不仅能满足课堂教学的能用需求，还能满足优秀的学有余力的学生拓展到高端的研究性学习的需求。实验过程的技术手段与过程方法应用网络数字化。网络数字化的意思实验过程的技术手段，要基于网络环境下的数字技术的应用，传感器、采集器及其数据处理分析的计算机与软件等，充分的融进实验过程中，而努力摒弃刀耕火种的方法。

（2）功能目标要实现：通用性、开放性、特色性。通用性，即指实验室与普通教室融为一体，成为课堂教学的实验室。它是教师热爱的课堂教学教室，它又是学生喜爱的实验室。它是学科教师的工作室，又是学生完成学业的主阵地。开放性即指实验室能对每一个学生在任何时段内服务，除了课堂教学时间之外。学生可以组成团组也可以是个人到实验室自主学习与研究。特色性是指实验室在实验条件技术与实验文化建设上，有一定的特长与特色，特别是与教师的专业成长相关联，能促进教师的专业发展，从而能带领学生在某个领域内拓展学习，形成一种优良的传承性，使一届一届的学生在学科的某个领域内可连续的发展，使教师在教学相长中可持续的发展。

2.理科实验室装备的技术与路径

理科实验室装备要面向未来、立足学科、以师生为本，追求创新，实现对传统应试教学方式的学科教学的深度变革。实验室的装备必须通过技术与路径的选择与整合，全面的在指导思想与理念突破教材的限制，在实验教学方式突破应试教学方式的束缚，在对学生学业质量的评价突破考试分数为唯一评价方式的制约。

（1）搞清理科实验室的组成元素

一个完善的实现目标的实验室由以下部分组成：环境空间、实验仪器、实验桌椅、水电系统、实验技术、教学系统组成（见表1）。