初中科學教學中數字化實驗應用情況的調查研究

摘 要 通過調查，了解到在初中科學實驗教學中數字化實驗的應用還相當薄弱，文章提出關于推廣數字化實驗的建議，構想“校-校聯絡分享平臺”和“校-企合作發展平臺”。

關鍵詞 數字化實驗 科學教學 初中

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A

數字化實驗，就是將計算機技術和傳統的實驗方法結合起來，利用傳感器把各種物理（還有化學、生物等）的待測量轉換為數字化的量輸入計算機，經計算機處理得到結果（簡稱“DIS”）。我國新一輪中學理科課程改革對信息技術尤其是基于傳感器的數字化實驗室與課程整合提出了明確要求。目前在高中理科教學中數字化實驗應用較多，比如浙江省2006年發布了《高中理科實驗數據采集系統配備方案（試行）》[1]，溫州市2008年5月發布的《關于進一步加強中小學實驗教育工作的意見》指出：“省二級以上重點普通高中要根據學校實際建立數字化實驗室、生命科學實驗室等前沿的實驗教育裝備，……以滿足新課程教學的需要。”那么在初中科學教學中，數字化實驗應用的情況如何呢？有必要進行調查分析。筆者以浙江省湖州市、臺州市和溫州市部分初中的部分教師和學生為對象，進行了有關初中科學實驗教學中數字化實驗應用情況的調查。三個地區分別位于浙江省北部、中部和南部，具有地域分布的代表性，調查結果如下。

1 對教師的調查

1.1 調查目的

對于數字化實驗在初中科學教學中的應用情況，一線的初中科學教師最有發言權。因此，筆者選取湖州市、臺州市和溫州市初中科學教師共25名作為此次調查的對象。以問卷調查的形式，來深層分析一線初中科學教師眼中數字化實驗應用的情況以及其對推廣的建議。

1.2 調查結果

1.2.1 初中教師對DIS的了解

對于“對DIS的認識情況”的調查，我們分“沒聽說過、聽說過但不了解、了解一些但不熟悉、比較熟悉”四個方面進行調查，結果如下：沒聽說過的占了60%，聽說過但不了解的占了28%，了解一些但不熟悉的占了12%，而比較熟悉的則為0。

對于“是否使用DIS來做過科學實驗”的調查，結果是100%的調查對象都未使用DIS來做過科學實驗。

調查結果反映出：（1）目前初中科學教師對于DIS這樣的現代實驗技術了解很少，有一半以上的教師表示沒聽說過；（2）目前初中科學教師使用DIS來做過科學實驗的基本沒有。

1.2.2 學校DIS應用現狀

對于“學校DIS實驗室建設情況”的調查，我們分“沒有、正在建設和已經建立”三個方面進行調查，結果表明沒有建設的占了92%，正在建設和已經建立的都只占了4%。

可以看出：（1）目前初中學校在DIS實驗室建設方面基本處于空白；（2）雖然有個別初中學校也邁出了先行試點改革的步伐，但還遠遠不夠。

1.2.3 教師對推廣DIS的建議

對于“使用DIS做科學實驗，最大的顧慮”的調查結果，我們分“操作復雜、學校設備少、沒有興趣、學生不信任實驗結果、對中考幫助不大、實驗過程不能很好地提高學生的動手能力”六個方面進行調查，選項可以多選（以下同），結果顯示：“學校設備少”和“實驗過程不能很好地提高學生的動手能力”兩大顧慮會成為推廣DIS進程中的主要攔路虎，均有83.3%的被選率；此外，“操作復雜”和“學生不信任實驗結果”這兩個顧慮雖然不是主要問題，但也值得我們關注，分別有16.7%和25%的被選率。其余“沒有興趣”只有8.3%的被選率，“對中考幫助不大”沒有人選。

對于“如果應用DIS，最希望應用于哪”的調查，結果說明：（1）“平常課堂演示”（73.3%）和“平常實驗教學”（53.3%）是DIS推廣的基本載體；（2）除了基本推廣載體外，作為更容易推廣的載體“上公開課”（13.3%）和“學校展覽”（6.7%）不妨可以作為推廣的先行試點載體。

對于“最希望DIS應用與學生何種生活結合”的調查，結果發現：（1）學校這個場合仍然是學生參與DIS應用的主要環境（93.3%）；（2）“寒暑假生活”應該成為學生參與DIS應用值得挖掘的一個平臺（6.7%）。

對于“最希望DIS應用跟哪類活動結合發展”的調查，可以得出：（1）對于DIS在教師發展中的應用功能更多的是與“學校科技活動”（80%）這樣的不直接與教師利益相關的平臺掛鉤；（2）基于目前初中科學教師隊伍還不了解DIS的客觀現實，要想使DIS應用與教師利益直接掛鉤將會受到較大的阻礙；（3）“學生學科競賽”（20%）和“科研論文發表”（10%）這兩個平臺一方面跟教師的利益掛鉤，但很大程度上只會使教師利益得到提升而不是削減，也是提高教師科學探究和教育教學能力的有效平臺。

“對于DIS的推廣，誰的支持最重要”的調查可以發現：（1）“學校領導”（73.3%）和“市、區教育領導”（73.3%）的意見左右著改革的基本進程；（2）然而作為改革最直接相關的“學生群體”（13.3%）和“教師群體”（20%）的支持則占了很小的一部分，所以很有必要在推廣DIS的進程中同時加強師生群體的主體地位，以便于師生群體能夠積極地參與實驗教學方式的改革。

對于“對于現在推廣DIS所持態度”的調查結果看出：初中科學教師群體總體上還是愿意接受新興事物（80%贊成，5%既不贊成也不反對，15%未發表意見），歡迎推廣DIS這樣的現代實驗技術的，以適應時代的發展。

1.2.4 學校常規情況

關于“學校是否有常規的學生課外科技制作比賽或活動”的調查結果反映出：（1）目前學生課外科技制作比賽或活動這樣的平臺在初中學校還是比較常見的（80%）；（2）作為潛在的DIS應用平臺的這些學校課外科技比賽和活動還需要進一步強化，以求達到在初中學校的普及；（3）應進一步加大學校間的教育教學交流，搭建起一個學校間常規學生課外科技制作比賽或活動的經驗和設備的分享平臺。

對于“平均每學期做科學實驗次數”的調查結果是：平均每學期做科學實驗8次及以上的占70%，6至7次的占10%，4至5次的占10%，3次以下的占10%。從中明顯發現：初中科學教學并不缺乏做科學實驗的次數，關鍵在于在這些有限的科學實驗當中是否真正達到了科學探究的目標。

2 對學生的調查

2.1 調查目的

對數字化實驗在初中科學教學中的應用情況的了解，離不開初中生這一群體的切身感受。因此，筆者選取湖州市、臺州市和溫州市部分初中的學生共400名作為此次問卷調查的對象（有效的為332名）。以問卷調查的形式，來深層分析初中生群體眼中數字化實驗應用的情況以及其對推廣數字化實驗的建議。

2.2 調查結果

2.2.1 學生對DIS的了解

對于“對DIS的認識”的調查表明：在有效的332名調查對象中只有一名表示“對數字化實驗比較熟悉”，“了解一些但不很熟悉”的只有31名，更是有225名調查對象表示“沒聽說過”，75名表示“聽說過但不太了解”，也就是說有接近九成的初中生對此類新興的現代實驗技術不了解。

而對于使用DIS做過科學實驗的學生來講，對“使用DIS做科學實驗的最大優點”的調查結果，認為“實驗過程可重復”（75%）、“實驗現象及結果明顯”（62.5%）和“操作簡便”（50%）是DIS應用于科學實驗的三大優點，這也是其有別于傳統實驗的突出優勢；另外，“實驗時間短”（37.5%）和“數據采集快，精度高”（25%）這兩個優點也值得我們的重視。

2.2.2 學校常規情況

對于“平均每學期做科學實驗的次數”的調查可以看出：在學生眼里，科學實驗的次數并不多，平均每學期做科學實驗8次及以上的只占21%，6至7次的占12.6%，4至5次的占28.9%，3次以下的占37.5%。這也從一個側面反映了當今學校對于實驗教學的不夠重視；然而科學課程應該是一門以實驗為基礎的課程，“重理論、輕實驗”的客觀現狀值得大家的再度深思。

對于“以何形式參與平時的科學實驗課”的調查中“課堂老師演示為主”的占了將近一半，而“實驗室里老師示范加自己動手操作”的占了一半，從中可以看出：目前初中科學實驗中學生的主體地位還不夠，仍然還延續著傳統的“教師講授”式的教學模式。

2.2.3 學生對于推廣DIS的觀點

對于“使用DIS做科學實驗最大的顧慮”的調查，其中“實驗原理不理解”成為最大的顧慮（39%），“學校設備少”成為第二大顧慮（22.3%），第三大顧慮則是“懷疑實驗結果的真實性” （16.3%），其余“沒有興趣”只有15%的被選率，“對中考幫助不大” 只有8.4%的人選。從中則可以看出：現實實驗條件的不具備使得大家對數字化實驗的應用并不看好；由于大家對數字化實驗的不了解造成對其應用中存在的問題的誤解；由于數字化實驗技術的集成度非常高，從而使得其實驗原理相對會復雜一點，這也是大家所公認的難點，但我們需要轉變我們的思維，因為現成的這些先進技術手段應該成為我們科學探究的一個工具，而不需要將其作為我們的實驗內容來看待，具體技術和實驗原理的深層理解應該是技術研發者的事情。也就是說，推廣數字化實驗技術是讓大家知道“怎么用”和“能用來干什么”，而不是要大家都去研究“是什么”。

對于“對于DIS應用的推廣，誰的支持最重要”的調查，結果是：73%的被調查者選擇“學生群體”的支持是最重要的，其次才是“市、區領導”的支持（39%），再是“學校領導”的支持（21%），“教師群體”和“家長群體”則只有16%。由此可以看出：學生應該是整個教育改革當中的利益攸關者，改革的好與壞直接影響著一代學生的發展，所以“學生群體”應該成為整個DIS推廣的決定者。但也需要看到，目前教育改革的推行都是自上而下的，也就是說“市、區領導”和“學校領導”才是整個DIS推廣的決定者，因此如何完善好現有的改革模式也值得大家重視。

對于“對于初中現在推廣DIS的態度”的調查，結果表明：將近六成（58%）的學生還是對DIS的推廣持贊成態度的，還有三成多(38%)的人保持中立，只有4%的學生表示反對，這也就是說對于DIS的推廣大多數人還是比較歡迎的。

3 調查小結

通過對浙江省部分地區初中科學教師和初中生的問卷調查，可以得出以下結論：（1）目前初中科學教師和初中生對于數字化實驗的認識程度還是不容樂觀的。（2）目前初中學校數字化實驗設施的建設還很落后。（3）無論是學校層面，還是師生層面，現有教育大環境下可供數字化實驗推廣的載體并不缺乏。傳統的實驗教學環境、學校科技活動比賽以及學生假期實踐活動等平臺完全可以進行優化整合作為數字化實驗的載體來發展。（4）要想推進數字化實驗在初中學校的建設迫切需要學校以及市、區教育部門的相關領導給予大力的支持。（5）發揮好數字化實驗操作簡便、實驗結果明顯、實時可記錄等優勢，逐漸掃清師生由于不了解數字化實驗引起的不感興趣、不信任、不會用等誤區，知識普及與技能培訓同行，師生隊伍還是對數字化實驗的推廣持歡迎態度的。

4 建議

4.1 校－校聯絡分享平臺

目前，許多高校都有自己的數字化實驗室，但這些實驗室除了日常的課程教學以外很少對外開放，以致于高校資源不能得到有效的利用。然而，作為義務教育階段的初中來說，規模有限，資金有限，很少能有初中短期內有實力建立起一套自己的數字化實驗室，很多學校苦于沒有設備而不能展開數字化實驗的教學或。為了更好地進行社會資源的有效整合，利用“校－校聯絡分享平臺”這樣的方案不失為一條可行的路徑。

4.2 校－企合作發展平臺

當地教育部門利用暑假時間組織數字化實驗研發企業和初中學校參與，共同搭建一個“校－企合作發展平臺”，開展一定時間的數字化實驗認識與操作的業務培訓。可以達到以下目的：（1）利用好現有的數字化實驗設備研發公司和初中科學教師資源，促進校企的交流合作；（2）研發企業為學校提供數字化實驗設備和技術人員為中學科學教師開展業務培訓，推廣數字化實驗；（3）通過對科學教師的業務培訓，由科學教師向研發公司提供有關設備改進的建議。

參考文獻

[1] 浙江省教育技術中心.關于印發《高中理科實驗數據采集系統配備方案（試行）》和《高中生物實驗室新增儀器配備方案（試行）》的通知[EB/OL] ．http://www.zjedu.org/html/detial/info/200908/200908301048089578.html. 2009-08-30.