中小学“线上·线下一体化”实验教学改革的实践与思考——构建网络大环境下的实体性实验教学之一

余 彬，李斐然

(黑龙江省教师发展学院，哈尔滨 150001)

为全面贯彻党的教育方针，落实《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》(教基〔2019〕16号)文件精神(以下简称《意见》)，切实加强对中小学实验教学工作的组织领导和专业指导，结合黑龙江中小学校实验学科教学实际情况和需求，加大了传统实验教学与网络技术的有机结合，构建了黑龙江省“线上·线下一体化”实验教学新体系，即确立实验教学+网络的改革新思路，增补虚拟实验新方式，完善学科实验设备与内容，实验教学改革考核评价。通过课题式工作探究、主题式虚拟实验、问题式调研分析、专题式高峰论坛，总结出适合新时代中小学“线上·线下一体化”实验教学改革的有效策略，提升中小学生的综合素质。

1 开展“线上·线下一体化”实验教学改革的原因

科学技术不断发展，各学科实验教学的先进理念在不断提升，学生的实验思维与技能需求在不断跟进，未来发展需要富有实践能力和创新思维的建设者和接班人，所以，应更加重视实验教学、研究实验教学、改革实验教学。

《意见》明确了实验教学发展方向。《意见》的总体要求是“全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，发展素质教育，努力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……拓展创新，不断将科技前沿知识和最新技术成果融入实验教学，丰富内容，改进方式……”这一总体要求让人们对实验教学有了新的认识，它不仅是学生的一次简单实验，也不只是教材中的一个知识点，而是关系到学生德智体美劳的全面发展，关系到《课程标准》的全力落实，关系到科技前沿知识和最新技术成果的传播、吸纳和创新，教育人、培养人必须全程跟进，是一个完整的育人体系，要以“全面发展、全力落实、全程跟进”为起点，建构中小学的实验教学新体系，创新实验教学的新内容、新方式。

《配置标准》提供了实验教学改革依据。教育部发布了“初中数学、物理、化学、生物、地理、小学数学”6个学科装备配置标准(以下简称《配置标准》)。通过深入学习，结合实际，灵活地理解和运用《配置标准》，在调研分析、指导实验教学工作中较突出的是以下三点：一是保基本、重提升。强调教育装备安全、环保，着力解决“配什么”“怎么配”的问题，在按需补充消耗性材料，自备、自制器材等要求的基础上，增加了具有现代科技含量的数字化、信息化、集成化、微型化等多元化教育装备，包括有利于教师有效教学和学生有效学习的信息载体、信息采集加工处理数字化设施、模拟学习情境设备等，实现从传统实验仪器配置向多元装备配置的转变。二是会使用、要用好。突出好用、实用、适用、管用的质量要求。强化应用指导，关注使用装备的知识、经验、方法、模式和教学活动设计，解决教学实践中教师“不好用”“不能用”问题。三是增建议、多服务。新增的实践活动建议，设计安排了系列化、多样化的科学探究和实践活动，引导教师从传授式、讲授式教学向促进学生主动学习、实践性学习、情境化学习、课程综合化学习转变，真正使教学装备成为深化“课堂革命”的有力助手，助力从传统实验课堂教学向现代实验课堂教学转变。

面对问题和发展，应担起实验教学改革的重任。要始终把中小学的实验教学作为提高中小学学生综合素质的重要内容来抓。近年来，多次下校调研，收集问题，研究推进实验教学的方法和措施，特别是国家下发的《意见》和《配备标准》等文件出台以后，更坚定了方向和目标。在全面考量中发现，虽然积累了一些实验教学经验，收到了一定的效果，但也存在一些问题和提升空间，具体表现在：

部分学校实验室的装备不完善。实验室是学校进行实验教学的重要场所，是培养学生实践能力和创新能力的重要基地。但实验室仪器配备率还不够高，能够满足正常实验教学的学校还不到一半，许多实验只能由教师演示代替了学生动手操作，这必然影响正常的实验教学效果。

部分实验教师队伍素质参差不齐。实验教师素质的高低决定着实验教学的质量，也影响着全校的教学活动。我省各地区中小学校的实验学科师资队伍不够均衡，部分教师还不能掌握使用网上平台顺利进行实验教学的技能，整体专业素养和信息技术应用能力水平还有待进一步提升。

部分实验教师岗位人员不适应发展需求。有的学校实验教师是兼职教师；有的学校把实验教师岗位作为对教师工作的照顾，让一些认为不会教学、身体不佳的教师来担任；有的作为部分教师退休前的停靠站……这些情况都严重影响实验教学的正常开展、信息化管理的应用及创新发展。

部分学校实验管理与设施设备的使用有待提高。部分学校配备了标准较高的实验室及设备，具备了开展实验教学的基本条件。但是，有的学校没有实验教学的科学管理，有的领导没有重视使用指导，有的教师业务不熟或责任不到位，致使教育教学资源得不到有效利用，如实验设施、仪器以及药品常年闲置等，所谓“高标准”只是样板或展品。

线上和线下教学衔接有误差。线上实验教学模式对教师的能力有了更高的要求，因为有的学生基础知识不够扎实、概念不清晰、对比体验不够，有的教师不能将学生这些情况和线上实验教学软件的运用相结合，即线上和线下不能同步、有效使用，导致部分教师很难面向全体学生利用线上资源与方法开展实验教学。

面对这些现实性问题，教师责任重大，要有探究实验教学改革的勇气和信心，实现实验教学改革的目标。

2 “线上·线下一体化”实验教学改革的实践成果

以我省实际情况为基础，采取“课题式”反复实践研究，不断完善与创新，构建了网络大环境下的实体性实验教学，即“线上·线下一体化”实验教学改革新体系。这一体系分为四部分推进：一是确立“实验教学+网络”的改革新思路，充分发挥网上培训指导、资源共享的作用。二是“将科技前沿知识和最新技术成果”融入了我省中小学实验教学课堂，增补了部分实验项目有效、安全的“虚拟实验”方式，为提高学生实践操作能力与创新精神拓宽了途径。三是完善学科实验设备与内容，依据《配备标准》配齐配全各学校实验所需设施设备，细化实验项目和操作标准要求。四是实施实验教学改革考核评价，推动学校实验改革、实验教师的配备和管理与实验教学的正常运行，强化学生参与实验、体验实验、感知实验，从中得到对学科先进技术的兴趣、素养与意志品质的培养。以此实验教学改革逐步消除我省中小学实验教学中存在的问题，创新发展，为中小学生提供各学科实验教学新内容、途径和方法，提高中小学生实验兴趣、能力与探索精神。

2.1 确立“实验教学+网络”的改革新思路

改革实验教学，就必须要开阔视野，共享全国乃至全球经验，学习先进做法，因地制宜地创新方法。所以，将“网络”纳入为实验教学改革的重要路径，实施云端战略，搭建“四个平台”，加大实验教学的动态管理、指导及大数据分析等工作，同时，让实验教师学习到最先进的技术、共享最先进资源来完成实验教学的任务。

第一，建设“全省教育装备管理信息化平台”。为快速掌握全省中小学校各学科实验室建设情况，解决底数不清问题，通过采购国内现有成熟软件，搭建全省教育装备管理信息化平台。从省到市、县、校，实行层级管理，利用大数据分析系统，及时、快速掌握现有实验仪器、设备、药品和相关实验材料情况，实行动态管理，对照《配置标准》寻找差距，着力解决“配什么”“怎么配”“不好用”“不能用”问题，按需补充消耗性材料，突出好用、实用、适用、管用的质量要求，实现从传统实验仪器配置向多元装备配置转变，切实做到实验装备科学化、规范化、数字化、信息化管理，同时，为智库服务提供精准大数据支持。

第二，建设“全省实验教学应用管理平台”。《意见》要求，开齐、开足、开好国家课程标准规定的实验课程，切实扭转忽视实验教学的倾向，鼓励有条件的地方和学校，积极利用信息技术手段开展实验教学管理。学习借鉴国内成功的经验和技术，创建了我省实验教学应用管理平台。通过实验教学应用管理平台的使用，强化学校实验管理和应用指导，提升学校领导与实验教师管理和运行学科实验水平。同时，为绩效考核、督导评估提供大数据支持。

第三，建设“实验教学评价平台”。《意见》明确提出：把实验教学情况纳入教育质量评价监测体系……2023年前要将实验操作纳入初中学业水平考试，考试成绩纳入高中阶段学校招生录取依据，在普通高中学业水平考试中，有条件的地区可将理化生实验操作纳入省级统一考试。我省建设“实验教学评价平台”，为直观、高效掌握学生实验加试情况，通过信息化管理和施考，有效避免人为因素对实验操作过程、结果的影响，进一步完善初中学业水平考试。

第四，建设实验教学资源服务平台。支持各级学校与规范的教育平台合作，开展实验室技术装备、精品课例、数字化服务、技能培训、技术服务等全方位的展示与服务，充分整合优质资源和先进技术，形成统一的大数据。学校可根据各自需求在平台以购买服务形式采购自己需要的产品以及服务。

2.2 建立主题式“虚拟仿真实验”课堂

《意见》指示，对于因受时空限制而在现实世界中无法观察和控制的事物和现象、变化太快或太慢的过程，以及有危险性、破坏性和对环境有危害的实验，可用增强现实、虚拟现实等数字化教育技术手段呈现。虚拟仿真实验是利用计算机仿真技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，得到虚拟实验结果。虚拟仿真实验是传统实验的一种补充，通过虚实结合、以虚促实来开展实验教学，但虚拟实验不能完全代替实体实验。随着信息技术的快速发展，虚拟仿真实验还有一个持续更新、不断完善的过程。各学校增补主题式实验项目有效、安全的“虚拟实验”方式，为提高学生实践操作能力与创新精神拓宽途径，“将科技前沿知识和最新技术成果”融入了我省中小学实验教学课堂中。

2.3 完善学科实验设备与内容

各学校依据《配备标准》配齐配全实验所需设施设备，加强多学科实验室建设。我省在经费有限情况下，采取“省、市、县、校”共同担负投入的办法，以实验室装备情况大数据分析为基础，更新符合现行教材的实验仪器、设备，加强保障药品供应、药品管理等。同时，各学校鼓励实验学科教师发挥主观能动性，自制实用的教具和学具上好实验课，切实增强实验教学的实用性、趣味性；明确实验室实验项目、虚拟仿真实验项目；强调实验教学中，综合运用观察、观测、模拟、体验、设计、编程、制作、加工、饲养、种植、参观、调查多种方式；将实验教学与编程教育、创客教育、人工智能教育和社会实践等多学科有机融合，落实学科核心素养，提高实验教学质量和效果。

2.4 实施实验教学改革考核评价

一是各级管理部门评价学校学科实验教学的改革情况。各校在“实验教学+网络”中的“四平台”的建设和使用情况、虚拟仿真实验课堂情况、学科实验设备与内容落实情况进行评价。二是业务指导部门评价学校对实验教师的选择与运用，评价教师实验操作水平、虚拟仿真实验操作技术水平。三是各学校通过学生参与“传统实验、虚拟实验以及增强实验”过程表现与实验成果情况，评价学生学习该学科课程后应达成的正确价值观念、必备品格和关键能力。实施实验教学改革考核评价，促进学校实验工作建设与管理、教师学习与运用、学生实验兴趣与收获的全面提高。

3 对“线上·线下一体化”实验教学改革的调研与思考

为有效推进“线上·线下一体化”实验教学改革的深入进行，更有效地服务全省中小学生的需求与发展，采取了相关措施及时发现改革过程中的问题，反复尝试创新，挖掘实验教学改革的巨大潜能，充分发挥实验教学改革的价值作用。

3.1 采取“问题式”调研方式，及时总结成绩和存在的问题

依据“线上·线下一体化”实验教学改革过程情况和上级指示与要求，2020年3月12日-3月25日，面向全省各地区中小学，进行了实验教学改革的“问题式”调研。11个地区的学校领导和教师通过扫描二维码参与问卷调查，对“学校实验工作基本信息、抗疫情线上实验教学开展情况、落实《配置标准》情况、实验教学管理、实验教师培训、实验教学方式、实验教学课题研究、实验教学竞赛”8个方面共43个问题进行了全面调查，共收到有效问卷1 049份，并进行了有效的分析。

图1 实验教学基本情况分析图Fig.1 Analysis graphics of basic information of experiment teaching

在调研分析中看到：我省中小学校领导与教师对实验教学有很高的积极性和较强的探索意识，特别是在新冠疫情防控期间，充分利用信息技术的优势，主动参与线上实验教学活动，培养学生的创新意识和媒介素养。同时，也发现我省中小学校在实验学科教学管理和教师队伍配置与建设等方面存在一些问题，也引发了思考，加强实验学科教学制度管理和提高实验学科教师素质尤为必要和紧迫。

图2 实验教师培训情况分析图Fig.2 Analysis graphics of experiment teacher training situation

参与调研的实验学科教师有54.1%参加过《配置标准》培训，其余均没有参加过专题培训；希望参加《配置标准》培训的教师占86.6%；希望参加《配置标准》培训的教师选择线上培训的占59.0%，线下培训占32.2%，线上线下同步占8.8%；有79.5%的教师所在学校能够满足《配置标准》教学需要。由此可见，对《配置标准》的落实与教师培训还需加强。

在具体运用实验教学方式方法中，有66.0%的教师采用观察、模拟、体验、制作；19.2%的教师采用参观、调查；7.7%的教师采用制作、加工；6.3%的教师采用设计、编程；0.8%的教师采用饲养、种植的方式。100%的教师对线上虚拟仿真实验产品感到：一是可以清晰看到实验操作，浅显易懂；二是实验操作方法简单，操作上手方便快捷；三是实验操作过程直观，步骤严谨；四是实验现象明显，效果逼真；五是资源适用，能弥补学校实验条件的不足。同时，虚拟仿真实验在师生互动方面，没有线下沟通那样顺畅和直接；有些实验还不够深入，不能完全替代传统实验室开展的动手操作实验活动；资源还不够丰富，与教材还不能完全匹配成套，特别是小学科学的虚拟实验资源比较少，高中有的实验不能根据仪器组装进行模拟。

3.2 针对问题，有效推进实验教学改革工作

加大“专题式网络高峰论坛”的高端引领。“黑龙江省加强和改进中小学实验教学工作网络高峰论坛”隆重举行。来自教育部教育技术装备研究与发展中心、人大附中、上海市教委教研室等省内外8位实验教学专家齐聚网络，基于龙江中小学实验教学的现状和问题，结合《意见》政策解读、先进省市经验分享，共同研究探索我省中小学实验教学改革新体系的内容。本次网络高峰论坛是贯彻落实《意见》文件精神的重要举措，又是推进新冠疫情期间创新实验教学新方式的成果，受到教育部教育技术装备研究与发展中心科研处处长刘强的高度评价，称其在全国起到了引领示范作用，建议在全国推广龙江模式。通过3.5 h的头脑风暴，为我省“线上·线下一体化”实验教学改革提供了大量新思维、新内容、新形式，将会产生更大的新功能。以“论坛”的高端思想为指导，依据《配置标准》加大配备力度，更新完善实验教学管理制度，培训指导先进、实用的实验教学方式方法，进一步深化实验教学改革，再尝试、再创新，密切实验教学的时代性，力争实验教学领先性的最大化，提升实验教学的实效性。

加强实验教学管理和教研两支队伍建设。长期的应试教育养成了学生重视理论课学习而轻视实验课操作的习惯，教师以考定教，重视知识的传承而忽视能力的培养，很多时候由教师演示实验替代学生分组实验，甚至出现学生直接背实验过程与结果的现象，直接影响和制约了学生动手实践能力、创新精神和科学素养的培育。“线上·线下一体化”实验教学改革突破了传统实验教学的框架，注重加强实验教学与多学科融合教育、编程教育、创客教育、人工智能教育、社会实践等有机融合，注重学生动脑、动手能力培养。这要求实验教学管理者要明确目标，加强学习，建章建制，让新理念深入人心，做好管理。实验学科教研员要提高对实验教学的认识，提升信息化素养和能力，做好示范和引领，切实发挥教研的支撑作用和智库服务功能。

提高实验学科教师整体队伍素质。有的学校没有专职实验员，有的学校实验员是兼职或返聘人员，专业素质不高。整体来看，各学校实验学科教师专业水平不均衡，考试学科优于非考试学科，高学段优于低学段。特别是从一年级就开设在小学科学学科，更是缺乏专业教师。在一定程度上，影响了“线上·线下一体化”实验教学改革的推进。改变这一现象迫在眉睫，一是将《配置标准》的培训纳入到国培、省培计划中，通过开展实验员培训、实验学科教师技能培训、实验室管理员业务培训等方式，解决“配好”“用好”问题，解决教学实践中教师“不会用”“用不好”的问题，确保到2022年前完成教师实验教学能力全员轮训。二是建立“以考促学、以赛促教”等激励机制，促进实验员和实验教师不断提高自己的实验技能。“以考促学”，就是把学生实验操作的情况和能力表现纳入综合素质评价，纳入教师教学成绩评价，2023年前要将实验操作纳入学业测评考试，考试成绩要纳入高中招生录取的依据，在普通高中的学业水平考试当中，有条件的地区将理化生实验操作纳入统一考试；“以赛促教”，就是通过开展教师实验技能竞赛，精品实验课遴选大赛，实验教学说课大赛，帮助实验学科教师将教学理念转化为教学行为，将此结果纳入教师继续教育学科成绩。三是教师实验技能水平与职称评聘，绩效考核奖励挂钩，完善机制、分步实施，形成全体实验教师人人提高实验操作技能的良好氛围。

全力推进“线上·线下一体化”实验教学改革势在必行，它不只是在常规教学中面向全体中小学学生开展高层次、高效果的实验教学活动，特别是在学校不具备实验条件和真实情境、不能表现的现实情况的过程中，改革发挥了更大的作用。它是面向全体学生、面向各种学习空间与环境、面向多元实验方式与方法的先进实验教学体系，有效推动了中小学生综合素质全面发展。