深化實驗教學改革，重在提升教師實驗教學素養

林長春 | 重慶市兒童發展與教師教育研究中心主任，重慶師范大學科技教育與傳播研究中心教授

實驗在科學教育中具有不可替代的育人價值，是開展科學探究的重要手段。因此，在義務教育及高中階段的科學、物理、化學、生物等科學類課程中，都倍加強調實驗在發展學生核心素養中的重要地位，并且將實驗作為“探究實踐”或者“科學探究”的重要手段和關鍵環節。

科學教師作為課堂教學中開展科學探究的設計者、組織者、指導者和評價者，其實驗教學素養將直接影響實驗探究教學的效果，乃至科學教學整體的質量水平。可以說，實驗教學素養是科學教師核心教學素養中最重要的組成部分，且具有顯著的學科特征。2019年，國務院辦公廳印發了《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》，明確要求“加強科學教育和實驗教學”；同年，教育部發布了《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》，強調“提高教師實驗教學能力”。在實施人才強國戰略、建設創新型國家的新時代背景下，科學教師如何提升自己的實驗教學素養，成為我國當下基礎教育科學課程與教學改革中值得關注和探討的話題。

樹立正確的實驗教學觀

正確的實驗教學觀是科學教師能否積極開展實驗教學的方向性指南，對科學教師的教學行為起著決定性作用。實驗教學觀是指科學教師對科學實驗及其實驗教學總的看法和根本觀點，主要包括以下幾方面——

科學實驗的本質。能夠認識到科學實驗既是科學實踐活動，也是一種重要的科學方法；既是一種探索性、創造性的感性物質活動，也是一種物化的理性活動。

科學實驗的價值觀。能夠認識科學實驗是科學認識的來源和基礎，是檢驗科學認識真理性的根本標準和科學發展的直接動力。要明白，沒有科學實驗，就沒有科學的產生和發展，也就沒有現代科學。

科學教學實驗的功能。科學教師應該認識到，沒有實驗就不可能有效開展科學探究，就沒有真正意義上的科學教學。在實際教學工作中，不少科學教師對實驗及其教學存在認識上的誤區，比如認為“做實驗不如畫實驗，畫實驗不如講實驗，只要能讓學生獲得高分就行”“做實驗主要是為了提高學生的學習興趣，更好地理解所學的科學知識”“做實驗主要是培養學生的實驗技能”，等等。這些觀點都不同程度地反映出一些科學教師尚未形成正確的實驗教學觀，從而嚴重影響了探究教學的實施效果，不利于對學生探究能力的培養，也不利于學生掌握基本的科學方法、發展科學思維。

具備扎實的實驗知識與熟練的實驗技能

扎實的實驗知識與熟練的實驗技能是開展實驗教學的重要基礎和前提。與對自然科學理論基礎知識的學習和掌握相比，許多科學教師對實驗的認識和知識掌握明顯不足，在實驗技能方面更是存在不少短板。

實驗知識主要包括實驗儀器與藥品知識、實驗方法論知識和實驗安全知識。其中，掌握實驗方法論知識是提高教師實驗教學水平的關鍵。實驗方法論是關于實驗方法在科學認識中產生、形成和發展的理論，科學教師要熟練掌握實驗方法及其在科學實驗教學中的應用，如實驗觀察方法、實驗變量控制方法、測定方法、實驗記錄方法、實驗數據處理的表格化和線圖化方法等。實驗儀器與藥品知識主要包括基本實驗儀器的名稱、構造、規格、用途、操作原理，化學藥品的顏色、狀態、主要化學性質以及存放、取用等知識。實驗安全知識主要包括科學實驗中易燃、易爆、有毒和腐蝕性藥品的使用、貯存，以及一些安全操作和防止事故發生（如防止玻璃割傷、觸電、中毒）等方面的知識。

實驗技能主要指實驗基本工具和基本儀器的使用技能，以及實驗基本操作技能。常見的實驗儀器和工具主要有酒精燈、刻度尺、量筒、天平、秒表、溫度計、彈簧測力計、電流表、電壓表、放大鏡、顯微鏡、地圖和地球儀、指南針、星圖等；實驗基本操作技能主要有收集和制取某種氣體、配制溶液、分離混合物、過濾、蒸發、鑒別物質、制作臨時裝片、采集與制作標本、動物解剖、器皿連接、連接簡單電路等。

在科學教學實踐中提升實驗教學創新能力

這是科學教師教學創造性的重要體現，主要包括以下幾方面——

實驗教學模式創新。科學教師要根據不同的教學內容和教學目標，精心設計、組織學生的實驗探究活動，并進行有針對性的指導。例如，在實驗設計、實驗觀察、實驗測定、變量控制、實驗記錄、實驗數據分析與處理、實驗結論及知識建構等實驗探究過程中，引導學生積極思考，勇于動手操作，針對學生可能產生的問題或困難，給予及時的幫助和指導，讓學生在實驗探究活動中拓展思維，領悟科學本質，學習科學方法，培養科學態度。

實驗教學用具或實驗儀器的改進創新。這要求教師靈活運用身邊的一切事物，積極開發實驗教學資源，創新實驗的思路與方法，形成實驗創新思維，如收斂思維、發散思維、聯想思維、組合思維等。在一些實驗教學中，存在實驗現象不明顯、操作不易成功、實驗成本較高、實驗耗時長或實驗不安全等客觀因素，這就要求科學教師因地制宜、因陋制簡、土法上馬，尋找實驗的代用品或者對實驗儀器、設備、裝置進行改進，甚至完全創新。

實驗手段與技術應用的創新。主要包括信息技術與實驗教學的整合，基于手持技術的實驗改革創新等。比如，為了避免一些實驗不安全因素或不可控因素，或者方便獲得實驗數據并迅速進行有效分析，教師可以運用微型實驗、計算機模擬實驗或基于數字化傳感技術的手持技術實驗等現代技術手段，提高實驗教學效果。因此，科學教師要與時俱進，不斷更新現代化教育理念，學習先進技術，大膽使用新儀器、新技術，推進新技術與實驗教學的有機融合。

實驗教學設計的創新。教師要深刻領會學科課程標準，結合實驗教學內容，基于核心素養制定合理、優化的實驗教學目標，精心設計實驗探究活動，最大限度調動學生的探究積極性，不斷提升學生的實驗興趣和水平，幫助學生由“感覺興趣”向操作興趣、探究興趣發展，最終進階為創造興趣。同時，通過實驗探究活動培養學生的科學態度，訓練科學思維，發展實驗探究能力。

基于跨學科的實驗創新。這是當前中小學科學課程改革發展的新趨勢，也是實驗教學改革創新的熱點，是科學教師實驗教學素養的重要組成部分。在新的人才培養理念和需求下，科學教師應樹立跨學科教學理念，結合學生生活實際，挖掘STEM教育因素，融合物理、化學、生物，以及工程、技術、數學等學科，設計綜合性實驗，解決真實生活中的實際問題，培養學生的跨學科學習能力、創造性高階思維能力和創新精神。

實驗教學評價創新。教師要及時、適時地評價學生在實驗探究活動中的表現情況，充分發揮實驗教學評價的激勵功能。科學教師要善于觀察學生在實驗探究活動中的表現，包括探究實驗設計方案、參與態度、小組合作、實驗操作技能、實驗記錄、實驗信息處理分析與探究結論、交流分享與評價等情況，發現和表揚學生的閃光點，以發展的眼光、科學的評價理念為學生指明學習和實踐的方向，呵護學生對科學的好奇心與求知欲，形成積極可持續的科學學習動機。

創新是一個民族的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力。實驗教學肩負著培養創新人才的重任，亟待深化改革、強化科學教師實驗能力建設。各地各校要大力開展科學教師實驗專項培訓，全面提升教師實驗教學素養，真正扭轉實驗教學的困境，從源頭上解決創新人才培養的諸多問題。