從博弈論新視角嘗試推進高中生物實驗的實施

蔣晨康

（常州市第一中學，江蘇 常州 213000）

1 現狀

生物學實驗是生物學科最根本的優勢和特色。為了解目前高中生物實驗實施情況，本文針對教師和學生分別進行問卷調查，通過數據了解現狀。本次調查對象為四星及以上高中師生，教師卷共發放65份，回收有效問卷65份，有效回收率100%；學生卷發放478份，回收有效問卷472份，有效回收率98.74%。從問卷中我們不難發現一些問題。

在“學生卷”中我們發現92.86%的學生上過實驗課，7.14%的學生從來沒有上過實驗課，但是在92.86%的學生中，87.71%的學生上過的實驗課次數在3次以內，超過10次的僅有一人。可見，雖然絕大多數學生上過實驗課，但是次數卻遠遠不達標。

在“教師卷”中我們發現11.11%的教師會經常上實驗課，22.22%的教師在時間允許的情況下會選擇上，而高達66.67%的教師則不太會上。可見，從教師角度來看，中學生物實驗的開展也是寥寥數次，和學生反饋的結果基本一致。

2 原因

對于實驗課次數過少的原因，師生從各自的角度給出了他們的想法。“學生卷”中9.18%的學生表示老師很積極，而有46.94%的學生則認為老師態度和一般課并沒有區別，41.84%的學生認為他們的老師不積極，有2.04%的學生認為老師比較抵制實驗課。

在“教師卷”中5.56%的教師表示很喜歡，55.56%的教師覺得實驗課需要更多的精力且紀律難管，33.33%的教師覺得和普通課一樣，還有5.56%的教師覺得對于成績提升沒幫助所以不喜歡上實驗課。

通過分析師生雙方的調查結果，我們發現，對于高中生物實驗課落實情況的不理想，主要可以通過以下幾點加以說明：（1）從學生的角度來說，對于實驗課的興趣較為濃厚，但是他們的任課老師則沒有學生一樣的教學熱情，這與他們心中的預期有較大落差，這直接導致了生物實驗課上課次數過低；（2）從教師的角度而言，有一半以上的教師對于實驗課的態度還是比較樂觀的，但是其中大部分教師認為因為實驗課所花費的精力較多且的課堂紀律難以維持，對于教師來說，實驗課的教學效率不如理論課，所以他們更傾向于多做題以便應付高考。

3 建模

近二三十年來，博弈論作為一種先進的優化工具，在各個領域應用非常廣泛。在剛剛我們分析的高中生物實驗落實案例中，教師和學生在選擇上都會從自己利益最大化出發，具備理性人條件，符合經典博弈理論中的“囚徒困境”模型，因此，本文建立“實驗困境”模型來分析中學實驗中師生雙方的博弈關系。

3.1 模型假設

根據博弈理論，本研究進行如下合理假設：

（1）在教師有時間和精力的前提下，即會開展實驗課（有較高的職業素養）；

（2）學生認真進行實驗課的學習能夠為自己帶來收益，包括在考試中實驗題目的應對、動手能力以及對學科知識的掌握，未來進入高校后的實踐能力等；

（3）成功開展實驗課能為教師帶來收益，包括教師自身能力的提高，對實驗的進一步理解，有機會發表科研論文等。以上這些都會直接或者間接為學校帶來收益，包括體現了學校課程設置的多樣性，學生進入高校后為學校帶來的聲譽影響等；

（4）教師和學生都存在兩種選擇：教師是否愿意花費時間精力開設實驗課，學生是否愿意花費時間精力認真學習實驗課（指能夠愿意從實驗課學習到相關知識，而不是興趣使然）。

只有雙方都選擇“愿意”的情況下，實驗課的實施才能夠確保成功、有效。

3.2 模型建立

就師生雙方而言均有兩種選擇，由于教師和學生之間并不知道在哪節實驗課教師愿意開設以及學生愿意認真聽課，這就導致了師生之間的博弈信息不對等，那么在一次博弈后就會出現以下四種情況：

（1）教師愿意開設實驗課，學生愿意認真上實驗課；

（2）教師愿意開設實驗課，學生不愿意認真上實驗課；

（3）教師不愿意開設實驗課，學生愿意認真上實驗課；

（4）教師不愿意開設實驗課，學生不愿意認真上實驗課。

假設每開設一節實驗課會為教師（和學校）帶來的收益為YT（YT≥0），而教師（和學校）需要為之付出的成本為CT（CT≥0，包括備課所花費的精力時間，實驗儀器的損耗等），同時學生認真上一堂實驗課的收益為YS（YS≥0），學生需要為此付出的成本為CS（CS≥0，包括學生需要提前做好預習工作，課后需要完成相關的實驗報告等）。那么根據博弈分析可得以下矩陣圖：

學生收益教師收益認真聽課 不認真聽課開設實驗課 (YT-CT,YS-CS) (-CT-YT,-YS)不開設實驗課 (-YT,-CS-CT) (0,0)

由上述博弈矩陣分析可得（不開設實驗課，不認真聽課）是目前的一個平衡點，這和之前問卷統計出來的結果相一致，但是（開設實驗課，認真聽課）才是此模型的納什均衡，這就表明，想要一堂實驗課成功開設，需要教師和學生同時滿足一定的條件。

3.3 模型分析

4 解決方法

通過博弈分析的結果結合問卷調查所得啟示，可以從“增大師生收益，降低付出成本”等角度出發，嘗試對高中生物實驗課更好的實施提出合理化建議：

（1）將理論課和實驗課課時費分開計算，適當增加實驗課課時費讓教師感覺需要更多精力時間投入的實驗課有更好的回報；

（2）應該配備一個或多個專業實驗員，讓基礎實驗材料和試劑的準備不需要教師額外費心；

（3）突破時間限制，教材在內容的選擇上應適當增加實驗課課時數同時減少授課內容，減少教師壓力，保證每節實驗課的實施都有充足的時間（在即將出版的新教材中希望能得以體現）；

（4）將實驗課納入評價體系，采取“異級考核，多人評分取均值”的方式，呼吁在未來的高考改革中能夠考慮納入評分系統；

（5）將實驗課和理論課聯系起來，相關的知識點介紹在理論課完成，實驗課上注重操作，實驗報告注重結果分析，原理和方法材料等可酌情考慮；

（6）做到“虛實結合”，多媒體應該是錦上添花而不能本末倒置，不能讓多媒體的虛擬教學替代實驗課實際操作；

（7）突破空間限制，學校應重視并完善實驗室建設，完備的設施是實驗課成功的最基本條件；

（8）教學中常結合“生物實驗史”，讓學生在日常學習中就有實驗意識，這樣在實驗課中才不會讓過分的興趣替代了實驗學習的目的。

5 結語

實驗教學一直困擾著奮斗在教學前線的教師，而生物學科因為其特殊的學科地位讓其實驗教學顯得更加棘手。本文構建單次博弈的“實驗困境”模型，從獨特的視角找到了一些存在的原因，但是由于實驗教學本身的復雜性，一些外在影響因素以及教學中實際存在的多次博弈情況，實驗教學的落實依然還需要多方面的努力。希望通過新教材的使用以及新高考方案的實施，生物實驗課能夠重新煥發生機與活力。