实验教学既是生物学课程的重要组成部分，也是培养学生科学探究能力和实践能力的重要途径。《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》要求开齐开足开好国家课程标准规定实验，切实扭转忽视实验教学的倾向
［1］。尽管在诸如优质课评比、现场教学竞赛、展示课和示范课等活动中，实验教学呈现出多样化和创新性的特点，但在日常教学活动中，生物学实验教学的开展却受到种种因素的限制，这一现象值得我们深思和关注。
为调研生物学教学中存在的问题，笔者采取教研交流活动等方式，深入访谈了重庆市多个区县的初中生物学教师，在此基础上编制了“初中生物学实验教学实施情况调研”调查问卷，针对分组实验的开出情况、未能开出实验的原因、实验室和实验员的配备等问题进行调研。通过“问卷星”将“初中生物学实验教学实施情况调研”调查问卷发放于“重庆市初中生物学教师交流群（2 000人）”中，本次问卷共回收有效样本103份。其中，17份来自主城市区学校，47份来自区县城区学校，39份来自乡镇学校。
调研结果显示：实验设施（43%）和实验时间（64%）是影响初中生物学实验开出率的最主要因素，
表1为选取的部分代表性实验的实际开出情况。在实验设施齐备的情况下，实验教学花费的时间只有与取得的教学效果相平衡，教师才会更积极地投身于实验教学活动中。目前，实验设施相关的研究成果较多，故笔者决定从时间成本的角度分析初中生物学实验教学中面临的困难并提出相应的对策。
1 实验教学的时间成本分析
1.1 实验准备环节
相对于讲授或视频教学，实验教学首先要准备实验器材，这是实验教学时间成本的主要部分。以较简单的“制作并观察植物细胞临时装片”为例，64%的教师准备实验的时间在3 h以上，而其他实验的准备时间往往更久。对于初中生物学实验而言，准备实验的时间通常包括以下部分。
（1） 实验仪器准备：在日常情况下，实验仪器存放于仪器柜中，准备实验时需要将其摆放至实验台上，部分仪器还涉及组装、测试。根据实验器材的数量，一般一个实验需要准备1～2 h。
（2） 实验材料准备：在生物学实验中，常规的生理盐水、蒸馏水、碘液、酒精等材料，在准备过程中会涉及配制或分装环节，会消耗一定时间。更大的问题是——很多材料不能长期存放，需要临时获取或制备，如洋葱、小鱼、池塘水、草履虫、蚯蚓、鼠妇、种子、叶片、天竺葵、鸡蛋、小鼠、蚂蚁、馒头、青霉、花生、酵母菌、培养基、水蚤、桃花、根毛等。材料的来源多种多样，常规的在超市、菜市场、宠物商店等处即可购得，或是提前网购，复杂的则需要花费数小时进行制备，甚至需要提前数天进行培养。如果是多班级分组实验，则部分材料还需要考虑中途补充、持续照顾等因素，而这无疑会耗费大量时间。另外，某些特殊材料的获取难度，是相关实验开出率较低的关键因素。
（3） 预实验：很多生物学实验的结果，会因实验材料的不同而发生变化。同时，实验材料的选择又受地域、季节等环境因素的影响。为了确保实验效果，教师可在实验教学前进行预实验，以了解实验效果。根据实验的不同，其时间短则1 h之内，长则不可预料，尤其是部分周期较长且有失败可能的实验。
1.2 实验教学环节
根据笔者的调研结果发现，超过半数（54%）的教师表示，课时不足是无法开展实验教学的主要因素之一。相较于传统的讲授或视频教学，实验教学耗费的时间无疑更多。鉴于生物学课程的课时安排已经相当紧张，再分配额外时间来进行实验教学已无可能。
（1） 实验课时安排：在教学实践中，特定的实验内容经常被独立出来，作为单独的实验课程在实验室中进行；而很多实验内容其实只是课堂教学的一个环节，如观察人体基本组织、蚯蚓和种子结构等。如果将这些实验单独设置为实验课，可能会导致课堂时间的浪费；反之，若将它们融入课堂教学中，并在实验室内进行实验教学，则当这类课程增多时，可能会出现多个班级同时需要使用实验室的冲突。而在教室内进行实验教学，则可能需要考虑实验器材的搬运和保管等问题。
（2） 实验教学效果：学生在实验技能方面存在差异，这直接导致他们在完成同一实验时所花费的时间和达到的实验效果各不相同。尽管如此，一个不争的事实是，实验教学相较于传统的讲授或视频教学，无疑需要更多的时间投入，这对教师在课堂上的时间管理能力以及教学环节的设计能力等提出了更高的要求。
（3） 长周期实验设计：在生物学实验教学中，部分实验需要较长的实验周期，如细菌和真菌的培养、种子的萌发等，往往无法在单节课堂时间内完成并观察到结果。这类实验通常需要在前一节课开始，并在数天后才能观察到实验结果。然而，各班级的教学进度存在差异，有时实验结果显现时课程已经在讲授其他内容。笔者调查发现：60%的教师选择不开展这类实验的主要原因是实验周期过长，与教学进度难以匹配。
1.3 实验整理环节
实验课程结束之后，实验器材的整理也是一项重要工作，同样需要耗费大量的工作时间。
（1） 器皿的清洗与回收：盛装过药品的容器，使用过的载玻片、盖玻片，实验台上的弃物杯，用过的培养皿等，尽管学生已经清洗，但仍需要教师进行复查和整理。清洗过的器皿需要晾干后才能入柜存放，因此还会多次往返实验室。而类似于“测定某种食物中的能量”中用过的铁圈和锥形瓶，其清洗难度较大，需要花费的时间和精力远远超出一般器皿。
（2） 仪器的检查与维护：显微镜是生物学实验中最重要和最常用的仪器之一，并不是所有学生都会按规定取放和安装显微镜。在一轮实验之后，镜头的松动、损坏、缺失，未按规定装箱，压片夹、反光镜的脱落，忘记取下的玻片等问题，都有可能出现。在整理器材时，则需要逐台检查、维护，才能确保实验教学顺利开展，此过程也需要耗费不少的时间。
（3） 表册的记录与填报：通常，学校会为实验仪器设备配备对应的管理平台。在实验过程中，用过的仪器设备、消耗掉的实验材料均需要利用平台进行记录，损坏的物品需要报损，有时候还涉及师生的签字等一系列程序，耗费的时间依各学校的具体规定而有所不同。
1.4 实验室的日常管理
在生物学实验室的日常管理中，为确保实验室的正常运转，笔者通常要亲自或委托他人对实验室的各种设施进行维护，包括修理桌面灯具、水管、培养箱、冰箱、多媒体设备等。除此之外，还需要定期清点并补充实验室所需的耗材，以及采购必要的实验设备。这些管理工作同样需要投入大量的时间和精力。
理论上，实验准备和实验整理工作应由专业的生物学实验员负责。然而，根据笔者的调查，近1/2（49%）的学校并未配备专职生物学实验员。在配备了生物学实验员的学校中，44%的学校将生物学实验员的工作量视为平均课时的1/2以下。这种较低的工作量认定，降低了生物学实验员对实验教学工作的积极性。此外，通过访谈发现，部分学校的生物学实验员存在专业性不足、工作效率较低等问题，很难胜任复杂的实验准备工作。这些因素的存在，进一步增加了实验准备的时间成本。
2 缩短实验教学时间成本的对策
2.1 采用一次性器材
基于我国当前工业化发展水平，许多实验器材的生产和运输成本相对较低，甚至远远低于清洗和回收的劳动成本。例如，在高中的生物学实验室中，一次性塑料滴管和培养皿就因其固有的便利性而逐渐取代了传统的玻璃制品。
对于初中生物学实验而言，很多玻璃器具的清洁工作耗时费力，如果能够使用一次性的替代品，将大大节省课堂教学和课后整理的时间，对于提高教学效率和降低劳动强度均具有显著优势。
2.2 购买成品实验材料
以“检测不同环境中的细菌和真菌”实验为例，笔者调查发现其开出率仅为11%。主要难点在于，培养基的配制和准备，不仅对实验室的设备条件和教师的技能有较高要求，而且花费的时间成本也在5 h以上。
如果购买现成的培养基替代自行配制品，不但实验难度将大幅度降低，甚至会低于基础的“练习使用显微镜”实验。所以说，针对这类实验，采取购买成品实验材料来代替自行制备，以此降低实验准备时间，不失为明智的选择。
2.3 开发实验器材包
若能够开发一种包含特定实验所需的一次性材料套装，且使用后无须回收，那么在准备实验时，教师只需确保显微镜、放大镜等常规设备准备好即可。至于其他低成本器材，教师可以在线订购相应数量的实验套装，并将其直接放置在实验桌上使用即可。
在工厂端，这些实验材料套装可以被批量生产并进行包装，从而显著降低实验准备的时间成本。同时，标准化的实验材料包（套装）还能提升实验的成功率和结果的可靠性。然而，这一方案涉及复杂的系统工程，可能需要较长时间的发展，才能逐步实现。
2.4 采用虚拟实验室
虚拟实验室在节约实验时间方面具有显著优势：在计算机模拟环境中进行实验操作，无须等待实验器材的准备和设置，大大减少了传统实验中的准备时间。此外，虚拟实验室支持随时随地进行实验，不受地理位置和实验场地限制，使得实验过程更加高效。
实验的重复性和可逆性让学生能够快速重做实验，深入理解实验原理，而无须重复耗费实验准备时间
［2］。这些特点使得虚拟实验室成为提高实验效率、节约宝贵时间的重要工具。
但虚拟实验与真实实验相比，缺乏真实环境所特有的复杂性和不确定性，在培养学生的批判性思维、质疑和创新精神方面存在欠缺，对学生动手能力的锻炼不够充分，且对教室内多媒体设备的配置和管理提出了较高的要求。因此，虚拟实验室只能作为特定情况下的替代方案。
2.5 加强制度建设
实验课程的顺利开展，离不开生物学实验员和生物学教师的积极参与。
合理配备生物学实验员，制定明确的岗位标准和职责，开展系统的岗前培训，并根据实验的复杂程度和工作时间给予合理的岗位认定，能够有效提升生物学实验员的工作积极性。同时，优化实验开出登记制度，简化生物学实验耗材的采购流程，设立小额采购绿色通道，特别是对于需要频繁使用新鲜实验耗材的生物学实验而言，能够显著降低因记录和报销流程带来的时间成本。
3 结语
生物学科作为自然科学的重要组成部分，其实验教学是其核心环节之一。实验教学的实施不仅依赖于仪器和材料的配备，还需要国家教育政策的支持、学校的贯彻落实、对实验教学成果的肯定以及广大生物学教师的积极投入。这些因素的共同作用，决定了生物学实验教学的实际开展质量。
降低实验的时间成本仅是提升实验教学中的实验开出率的途径之一，更关键的是要实现实验教学的总体成本与教学成效之间的合理平衡，唯其如此，才能真正促使一线生物学教师在日常教学中愿做实验、常开实验。
重庆市教育科学规划2024年度教学改革研究专项课题“基于新教材的初中生物学实验视频教学与细节分析”(K24ZG1250284)
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