《农村初中生物实验教学与信息技术的高效整合研究》开题报告
2013-03-19 18:14阅读：
南通市教育科学“十二五”规划课题
“农村初中生物实验教学与信息技术的高效整合研究” 开题报告
江苏省如东县大豫镇兵房初级中学
顾红星
2012年6月19日
一、问题的提出：
随着江苏省“四配套工程”的实施，改变了以往农村初中生物实验“口头做”的现象，从此，每所初中都基本能开足、开齐生物实验课，也配有了专职的生物实验老师。但从近几年的生物实验教学来看，传统生物实验课有着一定的局限性，部分实验农村初中不能正常实验。如何借助“信息技术”与“信息技术学科整合”来解决这一现象，能促使农村初中生物实验教学与信息技术能高效整合？这一课题的提出有着非常的意义。
从新课改的背景来说，本课题的提出顺应了深入践行课程改革的需要：生物实验教学与信息技术整合能够改变师生教与学的方式，彻底改变传统生物实验“口头做”的现象，能丰富学生的视野，更好地提高学生学习的主动性、积极性与创造性以及动手操作的能力。
从学科性质来说，本课题的提出顺应了初中生物实验教学的需要：生物实验多数是微观、连续
且十分复杂的实验，具有实验过程快速等特点，学生难以细致观测，只能抽象推断变化过程。另外，部分生物实验需要较长时间才能完成，如植物栽培、种子萌发、动物饲养等实验短时间内难以完成。计算机模拟实验教学是一种全新的实验教学方法，它是教师或学生以计算机作为载体，借助计算机程序而展开的
“实验
”。教师利用软件技术模拟许多实验仪器无法做的实验或代替现有实验仪器进行模拟实验，可以实现将复杂的问题简单化，将漫长或瞬间的生命过程变成可控、有序的演示过程。同时，教师还利用信息技术将实验过程录制下来制成电影文件，再在播放时运用多媒体控制器进行拆分、反复回放、慢镜头播放或定格观察，然后结合文字和语音解释，就可使学生清楚、直观地观测到实验的每一个细节，效果特别好。
从学校的实际情况来说，本课题的提出顺应了农村初中内涵发展的需要。目前随着学校硬件设施的配备到位，师资力量的逐步增强，各个农村初中都在实践高效教学，学校可以通过课题研究来促进学校各方面的发展与提高。
从本课题组成员的认识来说，课题组成员大都是生物实验教学专兼职老师，早年就从事生物实验高效教学研究。主持人顾红星较早就尝试探索“信息技术与生物教学整合”的实践，2005年顾红星老师的论文《浅谈现代信息技术和初中生物教育的整合》在“2005年度南通市现代教育技术论文评比”中获二等奖；同年《合理利用现代信息技术，开发初中生物教学资源》发表于《中国基础教育》第五期。
二、核心概念及其界定
初中生物实验教学：在生物学教学活动中，以实验作为重要教学内容的教学，称为生物学实验教学。具体说是指根据生物学的教学目的、学生的认识水平、教学条件，有目的地安排、设计一些类似科学实验的模式、程序，在规定的较短时间内进行实验操作，以达到实验目的要求的教学实践活动。生物实验教学的结果如何将势必会影响到生物教学质量的提高。
信息技术：“信息技术”是信息社会使用频率最高的词之一。人们对信息技术的定义，因使用的目的、范围、层次不同所以表述的也各不同。信息技术有狭义和广义之分。狭义的理解认为：可以从三个方面介绍：（1）将信息技术等同于计算机技术；（2）信息技术是计算机与通信技术的结合；（3）信息技术是计算机技术加通信技术加控制技术。广义的理解认为:信息技术是指完成信息的获取、传递、加工、再生和使用等功能的技术。本研究中的信息技术主要是指现代信息技术在初中生物实验教学中的应用。
信息技术与课程整合：信息技术与课程整合，就是指把信息技术作为促进学生自主学习的认知工具和情感激励工具，利用信息技术所提供的自主探索、多重交互、合作学习、资源共享等学习环境，把学生的主动性、积极性充分调动起来，使学生的创新思维与实践能力在整合过程中得到有效的锻炼。信息技术与课程整合的研究与实践至今为止，已广泛深入到各学段每一个课程。
高效：教学高效性的评价机制较多，本课题立足于两个方面，一是实验效果高效，主要体现在实验任务达标率高，二是实验过程高效，主要体现学生参与实验面广，实验过程充满着幸福与快乐、充满着老师的启迪与关怀。
初中生物实验教学与信息技术的高效整合：本课题界定的观点就是通过将信息技术有效地融合于生物实验的教学过程来，营造一种新型实验环境，实现一种既能保证生物实验的现实性、直观性，可操作性，又能充分体现学生在信息技术的环境下，主体地参与生物实验，以实验与技术的整合为契机，高效地分析生物实验现象、获取生物实验的结果，最终形成形象、直观的实验报告。在整合的实验教学模式下感知实验的快乐、感受知识的问候。
三、国内外同一研究领域现状
“信息技术在农村初中生物实验教学中的运用”已成为国内外众多教育者研究的课题，国内外的许多专家和学者对信息技术与课程整合进行了大量的研究。
l、该领域在国外的研究现状
美国教育技术CEO论坛第四年度(2001)报告则明确指出:“21世纪的能力素质”应包括以下5个方面:基本学习技能;信息素养;创新思维能力;人际交往与合作精神;实践能力。面向21世纪培养人才的能力及素质的有效教育途径就是进行信息技术与学科的整合。美国较早地提出信息技术与课程整合，于1996年成立了专门的组织进行评价和监控中小学信息技术与课程整合的进展情况，1997大规模开展信息技术与课程整合研究，主要集中在培训教师掌握信息技术的基本技能，帮助教师转变角色，鼓励教师在教学中充分利用信息技术，并利用信息技术进行教学。1998年对学生学习成果评测，以了解信息技术在教学中的作用，总结以前的研究结果。1999年信息技术的重点转移到教师的培训上。2000年信息技术与课程整合研究进一步深化，重点鼓励社会、教师、家长和学生等各个方面都参与到信息技术与课程中来，利用信息技术所提供的各种条件建构一个全新的学习环境，以培养具备21世纪技能的人才。现在，美国的信息技术与课程整合由模式探索转入环境建构的阶段。
美国在信息技术与生物试验教学整合方面做出了大量的研究，劳伦斯伯克利实验室制作了一个名为“整体青蛙”
(Thewholefrogprojeet)的虚拟实验室http://wWW-itg，lbl.gov/ITG.hm.pg.does/whole.frog)。它包括演示实验录像、交互式青蛙解剖指导、虚拟青蛙解剖工具包和虚拟青蛙组装游戏这几个部分。其中，演示实验录像能精确地再现过去用真实动物所做的实验，可观察到解剖的每个阶段;交互式青蛙解剖指导是一个有用的解剖准备工具，它利用图片和动画引导学生逐步地完成实验过程，每一步实验学生都可以参与交互练习;虚拟青蛙解剖工具包是整个实验室最有特色的部分，它利用核磁共振成像技术制成数字青蛙模型，形成三维立体图像，并能让被解剖的青蛙在三维空间内按指定方向旋转，使学生能从不同的角度观察青蛙的不同部位，甚至能看见真实实验中很难看清的解剖结构。
英国现在正推广计算机实验数据采集系统，该系统能完成实验数据自动采集，并能根据实验者的要求进行各种数据分析，绘制成图像，还能导出实验数据库，以方便实验者利用其他工具进行数据分析。
法国对信息技术与学科教学的整合要求教师使用信息技术，对学生进行培训，让学生在各学科教学中都接触一些专门的软件，让学生利用的新的手段、技术去获取知识，从因特网上获得有价值的学习资料，让信息技术更好地成为学生的学习工具。
2、该领域在国内的研究现状
1998年，全国一中小学计算机研究中心的研究人员借鉴西方发达国家的提法，第一次提出了“课程整合”课题组，并将其列入“九五”重点课题的子课题进行立项。1999年1月，全国中小学计算机研究中心在北京师范大学组织召开了有数十所学校参加了“计算机与各学科课程整合”项目开题会，“课程整合”项目开始走向有组织的研究阶段。
2000年10月教育部部长陈至立在颁布的《基础教育课程改革纲要<</SPAN>试行)》中提出〔8]:“要大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式，学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具”。自从2000年以来，全国各地都在积极推进信息技术与课程整合的理论与实践工作，一些省、市的中学在信息技术与学科整合方面取得了令人欣喜的成果。许多专家和学者对信息与生物课程整合进行了大量的研究，如:北京师范大学李琼《信息技术在生物教学中应用模式的研究与实践》从理论和实践上论述了信息技术与课程整合的必要性、重要性和迫切性、根据系统论的方法和教学设计的思想，提出了信息技术在生物教学中的应用模式。但是国内对信息技术与生物实验教学整合的研究却比较少，只找到两篇相关的文章其1、《电教媒体在生物实验教学中的作用》的作者主要从三个方面阐述了多媒体技术在生物实验教学中的应用:利用电教媒体优化实验操作步骤的讲解;利用电教媒体指导学生进行实验;利用电教媒体指导学生观察实验结果。并且通过实践证明，将电教媒体科学地运用于初中生物实验教学，是提高初中生物实验教学质量的有效途径。2、《信息技术在生物实验教学中的应用探讨》的作者提出信息技术的应用可以拓展教学的空间，搭建师生交互的平台，营造浓郁的教学氛围和课堂环境，最后提出如何恰当的运用现代信息技术优化生物实验教学仍是广大生物教师需要探讨的问题。
总之，信息技术与生物实验教学整合在世界范围内已经取得了阶段性的成果，其价值和意义得到了初步的认同。但是，对于从哪些方面进行整合，如何进行整合等问题尚未进行明确的阐述。
四．课题研究的理论依据
1、新课标理论
《基础教学课程改革纲要（试行）》第十一条明确提出“大力推进信息在教学过程中的应用”，并对这种应用的立足点作了明确的阐述，“促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式，学生的学习方式和师生互动方式的变革”，“充分发挥信息技术的优势为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有利的学习工具”。
2、构建主义学习理论强调以学生为中心，要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动构建者。构建主义的教学理论则要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动构建主义的帮助者、促进者：要求教师应当在教学过程中采用全新的教育思想与教学结构全新的教学方法和全新的教学设计。而基于网络环境的学习符合了构建主义学习观的要求。
3、现代教学设计理论
多媒体教育系统，把多种媒体信息集成于一体，并与其他教育要素（教师、学生等）共同作用，构成合理的教育系统结构，使整体功能大于各部分功能之和，达到系统优化的目标。信息加工的学习理论认为，人是能动的信息加工者，人的认识是由外界刺激和认识主体内部心理过程相互作用的结果，学习过程可解释为每个人根据自己的态度、需要、兴趣和爱好并利用过去的知识与经验对当前的学习内容作出主动地有选择的信息加工过程。由于信息的多媒体化，为学习者多种感官参与并发挥作用。
4、主体教育理论
强调尊重学生的主体地位，发挥学生在学习过程中的自觉性、自主性和创造性，以培养学生的创新精神，最终培养学生成为能进行自我教育的社会主体。
五、研究的目的和意义
随着江苏省“四配套工程”的实施，改变了以往农村初中生物实验“口头做”的现象，从此，每所初中都基本能开足、开齐生物实验课，也配有了专职的生物实验老师。但从近几年的生物实验教学来看，传统生物实验课有着一定的局限性，部分实验农村初中不能正常实验。现今，以多媒体和网络为核心的信息技术已成为拓展人类的创造性工具。利用信息技术多媒体课件的模拟功能，能够把一些抽象的理论内容，不易观察清楚，难于操作的或现实中不可能直接操作的实验内容，通地二维或三维动画形式，进行信息处理和图像输出，在显示屏幕上进行微观放大、宏观缩小、瞬间变慢，在技术上保证了生物实验的高效性。同时，可以利用信息技术的技术性最终形成较传统方式更形象、生动的实验报告，以拓深实验效果。
1、通过本课题的研究，可以为初中更好地开展生物实验教学提供直接帮助，提升初中生物实验教学水平，同时也可为其他各学科与信息技术整合的研究提供参考。
2、通过本课题的研究，可以促使教师增强研究意识，提高研究水平，提升保育质量，从而逐步形成具有个性的教育教学风格。
六、研究的目标、内容与重点
研究的目标：
1.通过研究，调动学生学好生物的主动性和积极性，培养学生的各种能力以及从事科学研究应当具备的严格的科学态度，科学的思维方法，严谨的科学作风，使学生一步步地学会生物学研究中基本的科学方法。
2.通过研究，努力探索初中生物实验教学与信息技术整合的有效路径。
3.通过研究，初步形成校本化的生物实验课模式。
4.通过研究，切实转变教与学的方式，提升教师的科研素养与水平。
5、通过研究，努力探索信息技术与初中生物实验教学相整合的路径与方法，总结归纳信息技术条件下的初中生物实验教学的教学模式与评价方式，设计一批初中生物实验课的教学课件等，为广大初中生物教师的实验教学提供丰富的实践经验。
研究的基本内容：
1.初中生物实验教学信息技术与整合的文献综述研究
2.初中生物实验教学信息技术与整合的现状调查研究
3.初中生物实验教学信息技术与整合的有效路径研究
4.初中生物实验教学信息技术与整合的教学模式研究
5.初中生物实验教学信息技术与整合的案例研究
6.初中生物实验教学信息技术与整合的评价体系研究
研究的重点：
1.初中生物实验教学信息技术与整合的教学模式研究
2.初中生物实验教学信息技术与整合的案例研究
3.初中生物实验教学信息技术与整合的评价体系研究
七、研究的过程与方法：
本课题研究拟分三个阶段(2011～2013)
1.课题准备阶段（2011年10月—2012年3月）
（1）查阅相关资料，了解有关本课题的研究动态。
（2）撰写课题申报评审书，开辟课题研究博客，准备申报立项。
（3）形成课题研究方案与课题论证报告，组织课题论证。
2.课题实施阶段（2012年4月—2013年4月）
（1）探索师生在计算机网络环境下开展实验课的模式，初步形成适合农村初中学情的整合实验课模式
（2）课题实践与反思，撰写实验教学论文
（3）积累文字、声像研究资料、构建虚拟实验资源库
3.
课题终结阶段（2013年5月—2013年6月）
撰写课题终期研究报告，总结、展示课题研究成果。
研究方法：
我校“农村初中生物实验教学与信息技术的高效整合”
的研究课题将坚持以构建主义为原则，以初中生物实验要求为整合目标，以学生的实验活动为中心，在理论与实践相结合、信息化与工具性、知能并重、整体性等原则,主要采用下列方法进行课题研究。
1、实验教学实践法
要有明确的实验目的，要进行实验设计（要有实验阶段），要对实验过程进行控制，要收集有关信息和数据，要对实验资料进行分析统计，总结提炼、形成实验成果，以验证假设。
2、行动研究法
以解决实际问题为目的的研究，运用理论解决实际问题。在自然条件下，进行实践，并对实践进行不断的反思，通过计划、实践、观察、反思四个步骤进行。
3、文献法
通过收集、调查、和分析，比较文献来获得资料，从而全面正确了解掌握所要研究的问题。
4、案例研究法
对代表性的实验进行传统实验与整合实验的案例分析，权衡利弊、得失，形成一定特色的高效整合案例。多方研讨，总结形成我校的生物实验与信息技术整合的实验模式。
八、主要观点与可能的创新之处
主要观点：
本课题的主要观点是分析和研究在江苏省“四配套”硬件投入环境下、信息技术与学科整合的条件下，农村初中如何实现生物实验的高效性，力求经过实践与探讨，形成适合农村校情、学情的生物实验新模式，力争建立两者整合下的生物实验电子资料库与生物电子教学设计集，能解决虚拟生物实验环境下的机、生的交互性，真正发挥信息技术的辅助作用。
1、整合后，新型的生物实验教学模式将更大效度在发挥信息技术的功用，留存传统的实验操作性。
2、整合后，实验教学的评价模式将不在单一。
3、整合后，实验成果的展示将更加生动、形象。
可能的创新之处：
1．从选题上来看：
信息技术课程整合的研究与实践并非新鲜事物，但在农村初中特定的硬、软件条件下，进行生物实验教学与信息技术的整合研究，且立足“高效”，有一定的研究价值。
2、从研究思路和方法来看：
将尝试运用文献法、行动研究法、实验案例分析法等方法，研究目标明确，具有很强的可操作性。
3、从研究的预期成果来看：
（1）整合后实验模式的科学性：
农村初中随着生物实验的普遍开设，在信息技术与学科整合应用的环境下，有些手工操作无法实现的实验，可以借助信息技术的优越性进行新型的实验教学。本课题将对此进行研究，力争探讨出新型的生物实验模式。
（2）整合后实验评价的创新性：
传统的生物实验评价仅仅是教师的口头、笔头评价，形式单一，不够形象，不能很好地激发学生进行实验的积极性，不能最大限度让学生体验到实验成功的成就感，本课题将研究实验评价的创新性，力争创设更多的评价模式，如“人机互动评价”、“课件体验评价”、“网络积件评价”等新型评价模式。
（3）整合后实验成果展示的形象性：
传统的实验成果大多是以文字报告的形式呈现，不够形象、生动。本课题研究将探讨生物实验结果展示的形象性，探讨生物实验结果展示的新型模式。
九、研究的预期成果：
1、2011年10月 开辟课题研究博客，制定具体研究方案
2、2012年5月
探索师生在计算机网络环境下开展实验课的模式，初步形成适合我校学情的整合实验课模式（教学设计与反思）
3、2013年2月
课题实践与反思（实验教学论文、积累文字、声像研究资料、构建虚拟实验资源库）、强化实验教学管理（面向师生、面向管理人员）的措施与成效
4、2013年6月
形成适合农村初中学情的全新教学模式（课例录像）、结题报告
十、课题组成员及分工
姓名
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工作单位
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专业技术职务
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研究专长
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课题组中的分工
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顾红星
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如东县大豫镇兵房初级中学
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中学一级教师
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信息技术、生物实验
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主持课题的全面实施，收集相关数据，撰写实验报告和结题报告
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顾海兵
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如东县大豫镇兵房初级中学
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中学一级教师
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信息技术研究
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声像研究资料、教学积件的制作、构建虚拟实验资源库
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徐一平
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如东县大豫镇兵房初级中学
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中学一级教师
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生物实验研究
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实验老师
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黄宇飞
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如东县大豫镇兵房初级中学
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中学一级教师
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生物实验研究
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实验老师
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王晓芳
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如东县大豫镇兵房初级中学
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中学二级教师
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生物实验研究
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实验老师
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施启芳
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如东县大豫镇兵房初级中学
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中学一级教师
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生物实验研究
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实验老师
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茅晔华
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如东县大豫镇兵房初级中学
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中学二级教师
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生物实验研究
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实验老师
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季林
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如东县大豫镇兵房初级中学
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中学二级教师
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生物教学研究
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实验老师、报告、反思
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十一、完成研究任务的可行性分析
1.课题组核心成员情况：
本课题的负责人顾红星老师多年来从事信息技术教学与整合研究，在原巩王初中任教信息技术时还兼任生物教学工作，兼任学校的生物实验管理员，曾参加过“南通市四配套生物实验室师资”
省级培训，有较强的生物实验教学能力与多媒体制作技能。“十一五”期间，顾红星老师有多篇信息技术运用的论文公开发表，现任如东县信息技术中心组成员，南通市信息技术协会会员。徐一平老师从教已有二十几年，现为学校专职生物实验管理员，对传统生物实验的开展有着非常丰富的实践经验。季林老师为南通大学生物学科本科毕业生，对初中生物学习有着系统的理论基础。其余生物实验老师都为多年兼职生物老师，也有着较丰富的生物实验教学经验。顾海兵老师为学校信息技术老师，工作以来，制作的多媒体课件或专题网站多次获奖，能为课题的实施提供坚实的技术支持。
2.研究基础：
如东县大豫镇兵房初中是2009年原巩王初中和兵房镇中两所初中合并后的新初中。合并后，新兵房初中软、硬件水平更上一层楼，现有一个标准的生物室、一个生物实验准备室，两个网络教室，四个多媒体教室，2009年通过江苏省教育现代化现场验收，2011年被南通市教育局评为“南通市教育技术优秀学校”。学校一贯重视生物实验教学，重视各科“高效课堂模式”的构建与实践。主持人顾红星较早就尝试探索“信息技术与生物教学整合”的实践，2005年顾红星老师的论文《浅谈现代信息技术和初中生物教育的整合》在“2005年度南通市现代教育技术论文评比”中获二等奖；同年《合理利用现代信息技术，开发初中生物教学资源》发表于《中国基础教育》第五期。
3.保障条件：
学校领导向来十分重视教育科研工作，并以科研兴校、科研兴教作为学校办学的理念之一，学校主管校长和负责教育科研的副校长亲自过问本课题的申报，能全程指导课题的实施，并表示无论从研究资料的获得、研究经费的筹措，还是研究时间和研究人员的保障等，都将给予充分的优先考虑。
学校为了给教师提供学习的环境，订阅了各种生物教学与实验教学杂志：如《生物教学》、《中学生物教学》、《理化生实验室》等，还有每年购置的各种学习光盘素材与资源，都为课题的实施提供了保障。
学校2011年被评为“南通市教育装备工作优秀学校”，学校现有网络教室两个，多媒体教室4个，软件制作室1个，标准生物实验室1个，这些为课题的顺利开展研究与实施提供了硬件支撑。对本课题的实验研究学校也将按需投入各项经费。
