上海市中学数字化实验教学现状抽样调查与分析，本文主要内容关键词为：抽样调查论文,上海市论文,实验教学论文,现状论文,中学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1006—9860(201 3)01—0088—06
实验教学是基础教育教学活动的一个重要环节[1]，但受到时间、空间、设备器材等多方面的束缚，传统的实验教学模式越来越难满足教学发展的需求[2]。随着信息技术的发展和教学理念的改进，实验教学活动在实验设计、实验流程、实验指导、实验评价等方面不断发展[3][4]。近年来，很多国内外中小学开始将先进的信息技术与实验教学进行结合，尝试利用数字化实验设备和新型的实验教学手段来弥补和突破传统实验教学的不足[5]。根据上海市二期课改规划[6]，2002年在全市部分中学开展数字化实验的试点教学活动，2007年开始向全市所有普通中学推广使用数字化实验系统，即数字化信息系统实验室(Digital Information System laboratory,DISlab)[7－10]。上海市教育管理部门为此投入了大量的教育装备购置经费，并开展了相关教学培训工作。在此背景下，本文以数据分析理论为基础，对上海市Q、F两区所属中学的学生和教师进行了抽样调查，分析了当前数字化实验教学现状，以期为教育管理部门提供决策参考。
一、调研情况概述
本文对上海市Q、F两个行政区的中学就数字化实验教学情况进行了详细调研，调查时间范围为2012年3－4月，共收到有效调查问卷866份，其中学生问卷812份，教师问卷54份。
参与调研的学生人数为812人，其中男生占44％，女生占56％，与在校学生的性别比例相近。学生所在学校分布情况中，初中占0.25％，普通高中或完中占5.91％，区实验性示范性高中占38.3％，市实验性示范性高中占55.54％。学生所在年级分布中以高二学生所占比例为最大。
参与调研的教师人数为54人，其中男性为27人，女性为27人，性别比例均衡。教师以市实验性示范性高中、普通高中和完中教师为主。此次调研的教师中，年龄在30岁以下的占16.67％，30－40岁的占53.7％，40－50岁的29.63％，中青年教师居多。教师的教龄分布情况中，教龄在0－5年的占12.96％，6－10年的占29.63％，11－20年的占38.89％，20年以上的占18.52％，统计数据说明6－10年和11－20年教龄的教师占多数，大部分教师具有丰富的教学经验。被调研教师的数字化实验系统教学时间在1年以下的占9.26％，1－3年的占11.11％，3－5年的占25.93％，5年以上的占53.7％。统计数据表明：3－5年和5年以上的教师比例最大，具有丰富的数字化实验教学经验。被调研教师中，普通教师占79.63％，教研组长占11.11％，兼管理工作的占9.26％，此数据说明超过90％的教师都是从事一线教学工作的。
二、调研题目设计量表
此次学生调研问卷包含23个问题，其中22个选择题，1个问答题。从参与调研学生的基本背景、数字化实验学习情况、反馈教师数字化实验教学情况、使用虚拟实验或仿真实验软件情况和建议等五个方面15个维度进行了题目设计，具体设计量表见表1。
教师调研问卷包含27个问题，其中26个选择题，1个问答题。从参与调研教师的基本背景、实验教学情况、虚拟实验或仿真实验软件使用情况和建议等四个层面20个维度进行了题目设计，具体设计量表见表2。
三、学生数字化实验学习情况分析
(一)学生学习情况
在学生使用数字化实验系统进行实验操作的学科分布情况调查中，物理学科占92.86％，化学学科占2.71％，生物学科占0.99％，地理学科占1.48％，数学学科占1.97％。此项调查结果说明，目前数字化实验系统主要应用于物理实验教学，但化学、生物、地理和数学等学科也有少量教学活动开展。
学生认为适合开展数字化实验教学活动的学科中，物理占69.33％，化学占7.76％，生物占8.62％，地理占5.54％，数学占8.74％。此项调查反映近30％的学生认为物理以外的其他学科也适合使用数字化实验系统。
学生对于物理实验的喜欢程度调查中，“很喜欢”为34.36％，“喜欢”为33.25％，“较喜欢”为25％，总计92.61％，说明绝大部分学生喜欢物理实验课程。表示“不喜欢”的学生为7.39％，说明还是有较少部分学生厌烦实验操作。
关于学生完成物理基础教材中的数字化实验的情况，只有42.12％的学生表示教材上的每个学生实验都完成了，还有55.17％的学生反映只完成了部分学生实验，1.35％的学生只看老师操作自己不动手，还有1.35％的学生不做实验也不看老师操作。调查结果从侧面反映出，很多数字化实验课程没有按照教学大纲要求完成。通过与一线教师访谈，一方面有的学校为了应对高考，压缩物理实验教学课时，将实验课时调整为理论学习课时，因此没有按照教学大纲要求完成所有的学生实验。还有一些教师反映有的学校没有配齐学生实验所需的数字化实验设备，导致部分学生实验无法正常开展。
关于学生熟悉数字化实验的程度，有46.13％的学生表示可以独立完成基础教材中的实验，48.15％的学生需要个别帮助才可以完成，只有5.54％的学生表示不能独立完成大多数实验。此项数据说明绝大部分学生都能够比较独立地完成实验操作。
关于学生动手进行实验操作的调查中，41.57％的学生表示每个实验都自己动手做，45.07％的学生表示大多数实验都动手去做，10.84％的学生表示只动手做少数实验，2.34％的学生只看别人做，自己不动手。此调查数据表明大部分学生都会动手进行实验操作，但有近13％的学生很少动手操作。
关于数字化实验过程不同环节的关注程度，有42.12％的学生表示对数字化实验的实验器材、实验现象和实验过程三个要素都感兴趣，另有13.18％的学生关注实验器材，23.03％对实验现象感兴趣，21.67％重视实验过程。此数据说明近一半的学生关注数字化实验的每个环节，对数字化实验充满浓厚的兴趣。
在实验过程中，主动动手做实验的学生占38.42％，经常配合同学做实验的占53.33％，旁观和消极应付实验的学生占8.25％。这说明大部分学生还是积极参与实验操作的。
在实验过程中如果遇到问题，72.04％的学生会请教老师给予指导，21.67％的学生会自己尝试解决问题，5.05％的学生会忽略问题，1.23％的学生会放弃实验。这说明大部分学生在实验操作过程中对指导教师存在一定依赖性，缺乏解决问题的信心。
关于实验课程对于理论学习的作用，有63.67％的学生表示实验课对理论学习有较大帮助，34.61％的学生表示实验课对理论学习有帮助，认为没有帮助的占1.72％。此数据说明绝大多数学生认为实验课是理论学习的一个重要的不可或缺的支撑。
关于数字化实验对于掌握课堂知识作用的调查，36.82％的学生表示可以掌握80％以上的知识内容，55.05％的学生表示掌握了60％－80％的知识内容，仅有8.13％的学生表示只掌握了低于60％的课堂知识。此数据说明，超过90％的学生通过数字化实验课程掌握了60％以上的课堂知识，大大促进了学生理论知识的学习。
通过数字化实验课程学习提高能力方面，93.23％的学生认为动手能力得到提高，78.33％的学生表示观察能力提高，78.57％的学生反映提高了分析与解决问题能力，只有5.05％的学生表示没有提高能力。此调查说明，数字化实验课程对学生的动手能力、观察能力和分析与解决问题能力的提高有很大的帮助。
(二)学生反馈教师教学情况
关于教师对于数字化实验的重视程度，80.30％的学生反映任课教师对实验很重视并且操作规范，11.58％的教师重视实验课但积极性不高，8.13％的教师对实验课应付了事。此数据说明，从学生观察角度看，大部分教师认真履行了二期课改的指导意见并重视本学科的实践教学活动，但也有部分教师为了应对高考，对实验课程的教学活动不积极。
关于分组实验前教师的讲解和示范环节，82.51％的学生表示需要这一教学环节，6.65％的学生表示不需要，10.84％的学生认为无所谓。此调查数据说明大部分学生需要教师进行实验前的详细讲解和示范操作。
与之对应，学生反馈的信息中，81.77％的教师在分组实验前会给学生进行数字化实验过程的演示操作，16.13％的教师偶尔会演示，2.09％的教师很少演示。与学生的要求相比，教师应该加强分组实验前的讲解和演示环节。
关于教师设计教材以外的实验，55.17％的学生反映教师会设计一些课外数字化实验进行演示并教学生操作，32.64％的学生反映教师偶尔会设计课外实验，12.19％的学生反映教师从不演示课外实验。
(三)学生使用虚拟实验或仿真实验软件情况
近年来虚拟实验软件或仿真实验软件开始在教学活动中出现和应用。为此，我们对这一新型数字化实验系统进行调研。调查数据显示，有69.95％的学生表示使用过虚拟实验软件或仿真实验软件，30.05％的学生表示没有使用过。
关于虚拟实验软件或仿真实验软件的应用科学情况调查，物理学科占90.52％，化学学科占32.51％，生物学科占26.85％，地理学科占16.5％，数学学科占14.53％，物理学科使用得最多。
关于虚拟实验软件或仿真实验软件辅助学习的需求调查，91.63％的学生认为需要这类软件来辅助学习，8.13％的学生表示不需要。此数据说明绝大部分学生还是希望使用虚拟实验软件或仿真实验软件来辅助学科知识学习的。
(四)学生建议
关于学生提出的建议，将近一半的学生希望能多做实验，提高实验课的课时。他们认为通过实验操作，大大激发了他们的学习兴趣，有利于掌握学科知识。部分学生希望数字化实验能在其他学科进行推广普及，实验课程提高了学生对学科知识的感性认识。
四、教师数字化实验教学情况分析
(一)教师教学情况
关于数字化实验设备能否符合课程标准设定的教学要求调查，33.33％的教师认为已配置到位，符合要求；51.85％的教师认为已部分配置，还有些实验不能做；5.56％的教师认为配置情况不理想，难以符合要求；9.26％的教师认为实验教学情况比较糟糕，令人担忧。这些数据说明，有部分学校的数字化实验设备还没有完全配置到位，需要进一步投入购置资金配备相关实验课程所需的数字化实验设备。
关于使用数字化实验系统从事哪门学科的教学工作调查，物理学科占100％，其他学科(如化学、生物)还没有开展相关实验课程。关于适合数字化实验系统开展教学活动的学科，98.15％的教师认为物理学科比较适合，1.85％的教师认为数学学科也适合。
对于教师熟悉数字化实验系统各模块和功能的程度，27.78％的教师熟悉度高于80％，61.11％的教师熟悉度在60％－80％之间，11.11％的教师熟悉度低于60％。关于教师熟悉数字化实验系统专用软件的程度，55.56％的教师熟悉度高于80％，31.48％的教师熟悉度在60％－80％之间，12.96％的教师熟悉度低于60％。关于教师熟悉数字化实验系统通用软件的程度，31.48％的教师熟悉度高于80％，42.59％的教师熟悉度在80％－100％之间，25.93％的教师熟悉度低于60％。关于教师参加数字化实验系统的培训调查，68.52％的教师表示参加过，31.48％的教师没有参加过培训。以上关于教师熟悉数字化实验系统的程度和培训情况的调查工作说明还有相当一部分教师没有达到数字化实验教学要求的熟悉度，需要更多的专业培训活动来帮助一线教师进一步了解数字化实验系统的产品知识和操作规范。
关于传统实验与数字化实验的关系，98.15％的教师表示不能完全舍弃传统实验，只有1.85％的教师表示应该舍弃传统实验。92.59％的教师认为两者应该进行有机融合，只有7.41％的教师认为不需要融合。此项调查说明，大部分教师还是认为传统实验与数字化实验应该进行有机融合，发挥各自优势，为学科知识的学习更好地服务。
对于教师设计和开发教材以外的数字化实验内容，只有5.56％的教师表示经常设计和开发，59.26％的教师表示偶尔设计，35.19％的教师表示从不设计。此数据说明目前数字化实验教学内容都是以教材为主，教师缺乏教学创新的动力。教育管理部门应该就此类教学创新工作给予更多鼓励。
在数字化实验教学过程中，44.44％的教师认为体验过程比实验结论重要，51.85％的教师认为体验过程和实验结论同等重要，只有1.85％的教师认为实验结论比体验过程重要。对于学生的实验过程，46.30％的教师关注学生的实验过程，53.70％的教师同时关注学生的实验过程和实验结果。此项数据说明大部分教师已开始关注实验过程的具体操作，重视过程体验，教学观念有了大幅提高。
关于数字化实验过程中教师扮演的角色问题，12.96％的教师认为是教学计划的设计者，16.67％的教师认为是教学的组织者和管理者，14.81％的教师认为是教学过程的参与者和调控者，55.56％的教师认为应该是学生学习的促进者和引导者。
(二)教师使用虚拟实验或仿真实验软件情况
关于虚拟实验软件或仿真实验软件的使用情况，68.52％的教师表示使用过，31.48％的教师表示没有使用过。关于虚拟实验软件或仿真实验软件的学科使用情况，96.3％的教师表示在物理学科使用过，化学学科为7.41％，生物学科为3.7％，地理学科为5.56％，数学学科为1.85％。此调查数据说明虚拟实验软件主要应用于物理学科，其他学科有少量使用。对于教学工作中是否需要虚拟实验软件或仿真实验软件这一问题，88.89％的教师认为需要这类软件进行辅助教学，11.11％的教师则表示不需要。此数据反映大部分教师希望使用虚拟实验软件或仿真实验软件应用于教学实验活动。
(三)教师建议
根据调查问卷反馈，绝大部分教师都迫切需要成熟的教学案例，以帮助他们更好地改进自己的数字化实验教学模式或教学方法，提高教学质量。部分教师希望增加理论知识的专业培训，以便更深入地掌握数字化实验系统的使用步骤和操作流程。还有部分教师期望通过高考改革促进教学模式和教学方法的变革，摒弃题海战术和传统教学模式。
很多教师强烈建议提高现有数字化实验系统的开放性，以便教师和学生设计和开发教材以外的实验内容。而现有数字化实验系统处于封闭状态，教师和学生很难利用现有设备进行实验设计和创新。还有一些教师建议将传统实验与数字化实验进行有机融合，优势互补，提高教学效果。部分教师建议保证实验课的课时，很多学校为了应对高考，分配给实验课的课时较少，教师无法在很少的时间内完成相关教学任务。
五、结论和建议
本文抽样调查了上海市Q、F两个行政区所属部分中学的数字化实验教学情况，对数字化实验教学中的主要问题从学生、教师两个层面和学科应用、熟悉程度、动手能力、能力培养、教学态度、教学内容、教学效果等多个维度进行了深入的调研和分析，并辅以面对面深入访谈方式，描绘了上海市数字化实验教学现状的基本轮廓和特征。根据调研数据分析可知，上海市大部分中学的数字化实验教学工作按照二期课改的要求进行了贯彻落实，达到了教育主管部门的要求。但现实中还存在一些问题，如数字化实验教学内容完成率不高、教师对数字化实验系统的熟悉度较低、实验教学模式因循守旧等，需要在今后的教学实践活动中不断改进，也希望教育主管部门为一线教师提供更多的教学培训和支持措施，将上海市的实验教学水平推向新的高度和水平。
本文在分析调查结果的基础上，结合专家和一线教师访谈内容，提供以下建议供参考：
(一)创新教学模式，提高科学素养
数字化实验教学是信息技术在中学实验教学活动中的具体应用。信息技术与实际教学活动的融合逐渐加深。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010－2020年)》也强调了信息技术对教育发展的革命性影响[11]。《教育信息化十年发展规划(2011－2020年)》也指出“以信息化引领教育理念和教育模式的创新，充分发挥教育信息化在教育改革和发展中的支撑与引领作用”[12]。数字化实验教学这一新型教学活动也将会改变现有教学模式，推动教学模式创新，开展探究式和启发式教学，形成以学习者为中心的教学新模式，为学生提供更多的个性化学习服务。通过数字化实验教学新模式，潜移默化地培养学生的科学素养，训练学生问题探究的思维方式，从而提高学生的创新能力。
(二)开放接口，共享资源
根据一线教师和学生反馈的调研情况和建议，绝大部分教师和大部分学生都希望现有的数字化实验系统能够开放其应用接口，实现实验数据、实验设备等教育资源的共享。目前市场上大部分数字化实验产品(DISlab)从数据采集模块到数据分析软件都是接口封闭或伪开放式的，并且这些产品的应用接口也缺乏统一的技术标准。各套封闭的数字化实验系统(DISlab)成为了一个个信息孤岛，任课教师和学生很难将实验数据等教育资源方便地进行共享操作，也很难利用现有的数字化实验系统进行创新设计和二次开发，降低了教学效率，抑制了一线教师和学生的教学积极性和教学创新能力。教育管理部门、科研机构和数字化实验产品制造商应通过有效协商制定统一、开放的数字化实验系统应用接口的技术标准，制造商按照此技术标准进行产品设计和研制，为一线教学活动提供开发、标准化的数字化实验教育装备，促进教育资源的有效共享。
(三)增加一线教师的专业培训
通过调研，只有27.78％的教师对数字化实验系统熟悉度超过80％，这样就很难满足中学实验教学的要求，更无法达到二期课改的核心目标。虽然教育主管部门和数字化实验装备提供商组织了数字化实验装备培训活动，但一线教师对数字化实验系统的熟悉度还是达不到教学要求，调查数据反映31.48％的教师没有参加过培训。因此，需要增加一线教师的数字化实验系统的专业培训，以提高他们对数字化实验系统各功能模块和应用软件的熟悉度。只有熟悉数字化实验系统，一线教师才能更好地完成实验教学任务。
(四)提供更多的成熟教学案例
2007年上海科学技术出版社出版的二期课改正式教材高中物理一年级第一册中首次包含了数字化实验教学内容，并在上海市所有高中普及使用。对于数字化实验系统这一近年来开始应用的新兴教学装备，一线教师的教学模式和教学方法需要与之配合和调整，他们需要成熟的数字化实验教学案例来观摩和学习，从而改进自己的教学模式和教学方法。虽然教育主管部门已开展过多次数字化实验教学经验交流活动或讲座，但调查数据反映很多一线教师普遍认为缺乏成功的教学案例及相关资料。因此，需要进一步增加数字化实验教学经验交流活动或讲座的次数，并且受众面要进一步扩大，提高一线教师的参加率，满足一线教师对成功教学案例的迫切需求。
(五)传统实验与数字化实验的有机融合
数字化实验具有测量精度高、计算速度快、数据的图形化显示等显著优点，甚至用户只需要用鼠标点击一下计算机软件的菜单就可以完成一个实验流程。但现有的数字化实验案例常缺失对实际对象的直观感受、错误操作尝试和学生对实验数据统计分析的训练。而传统实验需要用户使用不同的实验器材进行实验环境的搭建，并采用传统的实验仪器对相关实验数据进行测量和记录，实验结果误差较大，有的实验结果还很难测量，实验数据需要人工进行统计和分析。传统实验培养了学生对实验对象的直观了解，可以进行超出课本要求的操作尝试，训练学生对实验数据的分析能力。总之，两类实验都各有优势和缺陷。调查数据显示92.59％的教师认为两者应该进行有机的融合。通过融合传统实验与数字化实验，可以实现两者的优势互补，更好地为实验教学服务。
在现有研究的基础之上，我们团队将进一步探索实验教学新模式和研制标准化的实验类学科工具，促进实验教学水平的快速提升。
本文得到了上海市教育科学规划办苏忱主任、上海市教育技术装备部罗一华主任、上海市普陀区教育局李学红局长等专家的悉心指导，在此表示衷心感谢！
收稿日期：2012年10月4日