从博弈论新视角尝试推进高中生物实验的实施

蒋晨康

（常州市第一中学，江苏 常州 213000）

1 现状

生物学实验是生物学科最根本的优势和特色。为了解目前高中生物实验实施情况，本文针对教师和学生分别进行问卷调查，通过数据了解现状。本次调查对象为四星及以上高中师生，教师卷共发放65份，回收有效问卷65份，有效回收率100%；学生卷发放478份，回收有效问卷472份，有效回收率98.74%。从问卷中我们不难发现一些问题。

在“学生卷”中我们发现92.86%的学生上过实验课，7.14%的学生从来没有上过实验课，但是在92.86%的学生中，87.71%的学生上过的实验课次数在3次以内，超过10次的仅有一人。可见，虽然绝大多数学生上过实验课，但是次数却远远不达标。

在“教师卷”中我们发现11.11%的教师会经常上实验课，22.22%的教师在时间允许的情况下会选择上，而高达66.67%的教师则不太会上。可见，从教师角度来看，中学生物实验的开展也是寥寥数次，和学生反馈的结果基本一致。

2 原因

对于实验课次数过少的原因，师生从各自的角度给出了他们的想法。“学生卷”中9.18%的学生表示老师很积极，而有46.94%的学生则认为老师态度和一般课并没有区别，41.84%的学生认为他们的老师不积极，有2.04%的学生认为老师比较抵制实验课。

在“教师卷”中5.56%的教师表示很喜欢，55.56%的教师觉得实验课需要更多的精力且纪律难管，33.33%的教师觉得和普通课一样，还有5.56%的教师觉得对于成绩提升没帮助所以不喜欢上实验课。

通过分析师生双方的调查结果，我们发现，对于高中生物实验课落实情况的不理想，主要可以通过以下几点加以说明：（1）从学生的角度来说，对于实验课的兴趣较为浓厚，但是他们的任课老师则没有学生一样的教学热情，这与他们心中的预期有较大落差，这直接导致了生物实验课上课次数过低；（2）从教师的角度而言，有一半以上的教师对于实验课的态度还是比较乐观的，但是其中大部分教师认为因为实验课所花费的精力较多且的课堂纪律难以维持，对于教师来说，实验课的教学效率不如理论课，所以他们更倾向于多做题以便应付高考。

3 建模

近二三十年来，博弈论作为一种先进的优化工具，在各个领域应用非常广泛。在刚刚我们分析的高中生物实验落实案例中，教师和学生在选择上都会从自己利益最大化出发，具备理性人条件，符合经典博弈理论中的“囚徒困境”模型，因此，本文建立“实验困境”模型来分析中学实验中师生双方的博弈关系。

3.1 模型假设

根据博弈理论，本研究进行如下合理假设：

（1）在教师有时间和精力的前提下，即会开展实验课（有较高的职业素养）；

（2）学生认真进行实验课的学习能够为自己带来收益，包括在考试中实验题目的应对、动手能力以及对学科知识的掌握，未来进入高校后的实践能力等；

（3）成功开展实验课能为教师带来收益，包括教师自身能力的提高，对实验的进一步理解，有机会发表科研论文等。以上这些都会直接或者间接为学校带来收益，包括体现了学校课程设置的多样性，学生进入高校后为学校带来的声誉影响等；

（4）教师和学生都存在两种选择：教师是否愿意花费时间精力开设实验课，学生是否愿意花费时间精力认真学习实验课（指能够愿意从实验课学习到相关知识，而不是兴趣使然）。

只有双方都选择“愿意”的情况下，实验课的实施才能够确保成功、有效。

3.2 模型建立

就师生双方而言均有两种选择，由于教师和学生之间并不知道在哪节实验课教师愿意开设以及学生愿意认真听课，这就导致了师生之间的博弈信息不对等，那么在一次博弈后就会出现以下四种情况：

（1）教师愿意开设实验课，学生愿意认真上实验课；

（2）教师愿意开设实验课，学生不愿意认真上实验课；

（3）教师不愿意开设实验课，学生愿意认真上实验课；

（4）教师不愿意开设实验课，学生不愿意认真上实验课。

假设每开设一节实验课会为教师（和学校）带来的收益为YT（YT≥0），而教师（和学校）需要为之付出的成本为CT（CT≥0，包括备课所花费的精力时间，实验仪器的损耗等），同时学生认真上一堂实验课的收益为YS（YS≥0），学生需要为此付出的成本为CS（CS≥0，包括学生需要提前做好预习工作，课后需要完成相关的实验报告等）。那么根据博弈分析可得以下矩阵图：

学生收益教师收益认真听课 不认真听课开设实验课 (YT-CT,YS-CS) (-CT-YT,-YS)不开设实验课 (-YT,-CS-CT) (0,0)

由上述博弈矩阵分析可得（不开设实验课，不认真听课）是目前的一个平衡点，这和之前问卷统计出来的结果相一致，但是（开设实验课，认真听课）才是此模型的纳什均衡，这就表明，想要一堂实验课成功开设，需要教师和学生同时满足一定的条件。

3.3 模型分析

4 解决方法

通过博弈分析的结果结合问卷调查所得启示，可以从“增大师生收益，降低付出成本”等角度出发，尝试对高中生物实验课更好的实施提出合理化建议：

（1）将理论课和实验课课时费分开计算，适当增加实验课课时费让教师感觉需要更多精力时间投入的实验课有更好的回报；

（2）应该配备一个或多个专业实验员，让基础实验材料和试剂的准备不需要教师额外费心；

（3）突破时间限制，教材在内容的选择上应适当增加实验课课时数同时减少授课内容，减少教师压力，保证每节实验课的实施都有充足的时间（在即将出版的新教材中希望能得以体现）；

（4）将实验课纳入评价体系，采取“异级考核，多人评分取均值”的方式，呼吁在未来的高考改革中能够考虑纳入评分系统；

（5）将实验课和理论课联系起来，相关的知识点介绍在理论课完成，实验课上注重操作，实验报告注重结果分析，原理和方法材料等可酌情考虑；

（6）做到“虚实结合”，多媒体应该是锦上添花而不能本末倒置，不能让多媒体的虚拟教学替代实验课实际操作；

（7）突破空间限制，学校应重视并完善实验室建设，完备的设施是实验课成功的最基本条件；

（8）教学中常结合“生物实验史”，让学生在日常学习中就有实验意识，这样在实验课中才不会让过分的兴趣替代了实验学习的目的。

5 结语

实验教学一直困扰着奋斗在教学前线的教师，而生物学科因为其特殊的学科地位让其实验教学显得更加棘手。本文构建单次博弈的“实验困境”模型，从独特的视角找到了一些存在的原因，但是由于实验教学本身的复杂性，一些外在影响因素以及教学中实际存在的多次博弈情况，实验教学的落实依然还需要多方面的努力。希望通过新教材的使用以及新高考方案的实施，生物实验课能够重新焕发生机与活力。