提升科學教師實驗教學能力

◇張尊國（山東：泰安市教育科學研究院）

實驗是自然科學發展的基礎。實驗教學是一種更科學、合理的教學方法，是科學教學中不可缺少的部分。實驗教學能力是小學科學教師的基本能力和素養?；诤诵乃仞B培育的小學科學教學，要通過實驗教學落實2022年版《義務教育科學課程標準》提出的課程理念，培養學生科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任等科學素養，發揮科學課程的育人價值。

一、小學科學教師實驗教學能力分析

通過泰安市小學科學實驗教學能力大賽，可見實驗創新精彩紛呈。所有選手都能夠認真研究教材提供的實驗，對實驗裝置或器材進行改進，創新性使用新技術、新材料，極大地提高了實驗數據的準確性和實驗效果。例如：使用變溫油墨做熱實驗；使用固定裝置做影子實驗；自制封閉實驗裝置做風的形成實驗；選擇金屬制作的實驗裝置做熱脹冷縮實驗。在競賽中，數字化實驗的價值得到認同。由于缺少軟硬件環境，大多數選手對于數字化實驗不熟悉，但通過大賽的推動，多數選手學習網絡上數字化實驗教學資源和大賽組委會推送的學習資源，認同并基本完成數字化實驗展示內容。教師在競賽中的實驗教學說課完整規范。絕大多數選手能夠結合2022年版《義務教育科學課程標準》的要求，精心設計說課內容，說課環節完整翔實，教學反思真實有效。同時，競賽也暴露了教師實驗教學中存在的問題。

（一）對實驗原理探究不深

小學科學實驗不是“試驗”，而是對已有的科學結論進行驗證，但并不是機械地完成實驗的各個步驟。教師不僅要完成實驗教學任務，更應該研究實驗中隱含的科學原理，引導學生提出有價值的科學問題。例如：在研究空氣成分的實驗中，當蠟燭熄滅后，要往水盆中加水，使飲料瓶內外水面平齊。所有選手的操作步驟都比較規范，卻沒有說明其中的科學原理。再如：在食鹽溶解實驗教學中，設計對比實驗必須確保同樣質量的溶液、食鹽，在此基礎上設置是否攪拌、溶液溫度高低、是否研碎食鹽等對比實驗條件，并據此得出全面而科學的結論。

（二）對實驗數據分析不透

數字化實驗使用了傳感器、數據處理設備等，具有將定性實驗升級為定量實驗的優勢，師生可以即時獲得更加準確的數據，數據分析也更加具象化。本次比賽中，選手對于數據的分析不細致、不深入、不系統，盲目追求結論，不利于發揮數字化實驗的優勢。

（三）對教學語言運用不熟

著名教育家蘇霍姆林斯基說過：“教師的語言素養在極大程度上決定著學生在課堂上的腦力勞動的效率。教師的言語是一種什么也代替不了的影響學生心靈的工具。教育的藝術首先包括說話的藝術，同人心交流的藝術?！敝v授能力是教師的第一能力，其核心是語言能力。實驗教學不僅是操作，還需要教師精當講解與巧妙點撥。在比賽中，有的選手用語混亂，語言不嚴謹；有的聲音太小，像自言自語；有的語言平淡，缺乏激情。不當的語言運用使得實驗教學效果大打折扣。

（四）教師科學素養有待提升

小學科學知識深度不深，難度不大，但對教師的科學素養要求卻較高。本次大賽中，個別選手科學素養不高，出現了知識性錯誤：有的選手將電池負極與負極相連，形成串聯電路；有的選手用40ml水溶解10克食鹽得出了“一定量的水只能溶解一定量食鹽”的結論，完全忽略了溶解度；有的選手用氣球作為容器，稱量空氣的質量，忽略了不能忽略的空氣浮力造成的誤差。

二、小學科學教師實驗教學能力結構分析

小學科學教師實驗教學能力包括實驗儀器使用能力、實驗設計能力、實驗實施能力、課外實驗指導能力，是提高科學教學質量和促進科學教育發展的核心能力。

（一）實驗儀器使用能力

實驗儀器使用能力，是指熟練掌握測量儀器或工具的正確使用方法，以此來提升演示實驗的能力，引領學生嚴謹求實，養成正確的測量習慣和證據意識。在使用實驗儀器時，教師要精心準備，認真研究各種實驗儀器的使用方法和使用注意事項，反復操作，確保使用效果。

（二）實驗設計能力

實驗設計能力，是指通過對新課標的研讀、對教材中實驗內容的分析、對學情的探查、對實驗類別進行界定，并明確各類實驗的基本教學要求，合理地組織和開展實驗教學，探討實驗教學規律，促進實驗教學水平的提升。

小學科學實驗有多種不同的分類：根據實驗目的，可以分為探究性實驗、驗證性實驗、模擬實驗、制作類實驗等；根據實驗涉及的主要科學技能，可以分為觀察實驗、測量實驗、分類實驗；根據實驗教學組織形式，可以分為演示實驗、學生分組實驗、課外實驗。在實驗教學設計中，教師要根據教學目標，靈活地選擇探究環節，開展實驗教學設計，引導學生對一些科學現象和研究問題做出猜想和假設，然后再開展實驗，以證實猜想是否正確。

（三）實驗實施能力

實驗實施能力，是指根據科學實驗教學的規范和設計內容，有序開展實驗教學，并在此過程中做好實驗材料的準備與使用、學生實驗技能的指導與培養、實驗過程的動態評價與反饋，以落實實驗教學目標。小學科學教師在實驗實施過程中，要根據實驗的內容和任務，合理分配演示講解和學生動手實驗的時間，處理好教師主導和學生主體兩者的關系，盡可能在直接觀察的基礎上，借助于科學儀器，開展間接觀察，獲取證據信息，為總結實驗結論做好鋪墊。

（四）課外實驗指導能力

課外實驗指導能力，是指指導學生將課上實驗拓展到課外生活中，用一些簡單的儀器、材料開展科技綜合實踐活動，幫助學生提高動手實踐能力，培養學生的科學習慣和科學興趣，促使學生愛科學、學科學、用科學。

三、提升小學科學教師實驗教學能力

教師實驗教學能力的高低，影響著小學科學實驗教學的有效性?；诤诵乃仞B提升的小學科學教師實驗教學能力提升，應系統施策，提升科學教師的實驗儀器使用能力、實驗設計能力、實驗實施能力和課外實驗指導能力。

（一）以培訓促提升

小學科學教師要充分利用國家中小學智慧教育平臺和教育專網等數字資源，促進自我專業發展和數字素養提升。各級教研部門應對科學教師開展包括《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》、新課程標準在內的通識性培訓，開發并推送實驗教學的培訓資料與視頻資源。通過培訓，拓展其在教育心理學、科學哲學等學科理論等方面的知識基礎，轉變實驗教學理念和認識，系統掌握科學學科教學知識，具備設計和運用探究式教學、項目式教學、跨學科教學等新教學方法的教學實踐能力。科學教師要熟練使用各種技術工具、實驗設備和教育裝備、新技術，熟知科學現象背后深層次的科學原理，拓展實驗教學知識和技能，不斷更新自身知識體系。在培訓指導小學科學教師設計實驗時，要引導其圍繞核心概念組織實驗教學，提供證據支持。突出核心概念在真實情境中的應用，加強知識學習與現實生活、社會實踐之間的聯系，實現學生對核心概念的深度理解、有效建構和靈活應用。

（二）以活動促提升

組織開展實驗教學能力大賽、觀課評課、課例打磨、現場說課、在線研討、展示數字化實驗裝置等教研活動，關注科學教師實驗教學中對科學思想的挖掘和科學方法的提煉效果，分析實驗教學過程的科學性、簡明性、安全性，進一步明確實驗教學的目標，引導教師從簡單的實驗操作到綜合運用傳感器、單片機、激光切割、3D打印等技術手段優化創新實驗設計，發揮優秀實驗教學課例、優秀教具、實驗說課的示范引領作用。要進一步發揮實驗能力大賽的競賽效應，嚴格執行“介紹實驗器材—操作演示—介紹實驗步驟—描述實驗現象—說出實驗結論—整理實驗器材—填寫實驗報告”的基本流程，將比賽內容融入平時的教學實踐，為科學教師搭建一個專業的成長平臺。在觀課評課活動中，要關注實驗教學中教學知識的難度，切忌將小學科學實驗課上成初中理化生實驗課。要遵循小學生的認知規律和水平，注重激發學生認知沖突，創設真實情境，以驅動性問題引導學生像科學家一樣經歷實驗探究的過程，獲取真實的證據和精準的數據。

（三）以研究促提升

要增強小學科學教師的核心素養意識、學習者中心思維，引導小學科學教師深入開展實驗教學研究，不斷豐富實驗教學內容，鼓勵創新設計實驗，有機融合信息技術、增強現實、虛擬現實和數字化實驗儀器等技術手段，對教具進行數字化改造，促進學生的精準探究，開發系列化的STEM、創客、人工智能等特色實驗項目、校本課程和社團活動等配套教學資源。例如：在探究性實驗設計中，教師要根據學生的實際探究水平來定位實驗活動的探究水平，使探究實驗的開展成功、有效。這有利于學生科學探究能力的形成，有利于保護學生科學探究的積極性，適合學生的身心發展。小學科學教師可以深入研究實驗器材使用課，讓學生了解常見的實驗器具，知道簡單器具的功能和使用方法；利用身邊的材料和簡單器具，動手完成簡單任務，從而掌握使用實驗器材的方法和操作技能，幫助學生從生活走向科學，從科學走向社會，了解身邊的世界。

（四）以管理促提升

要按照課程標準和實驗教學目錄開足開好實驗課。將實驗教學作為課程體系的重要內容納入學科教學基本規程，購置數字化實驗器材與設備，建立健全實驗教學常規管理制度和流程，做細實驗教學計劃、準備、實施和考核等環節管理，引導科學教師反思實驗教學效果，總結和創新實驗教學經驗，改進實驗教學，確保實驗教學時間，保證實驗教學質量。小學科學教師要制定實驗教學方案，明確課外實驗指導要求，注重個人教學語言的錘煉和訓練。講解要與演示恰當配合：講解要抓住重點、難點和關鍵；語言要精辟、簡要、準確；操作要熟練、規范。引導學生在實驗中感受科學之美，促進學生積極參與、主動探究。

小學科學是一門綜合性基礎課程，肩負著發展學生科學能力、培養學生科學態度和社會責任、為其終身發展奠基的偉大使命。提高小學科學教師實驗教學能力，對于落實學科理念、培養創新性科技人才具有重要的基礎意義。