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(fā)展的基礎(chǔ)。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(yǎng)。基于核心素養(yǎng)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(yǎng)學生科學觀念、科學思維、探究實踐、態(tài)度責任等科學素養(yǎng)，發(fā)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(chuàng)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(chuàng)新性使用新技術(shù)、新材料，極大地提高了實驗數(shù)據(jù)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(shù)字化實驗的價值得到認同。由于缺少軟硬件環(huán)境，大多數(shù)選手對于數(shù)字化實驗不熟悉，但通過大賽的推動，多數(shù)選手學習網(wǎng)絡上數(shù)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(shù)字化實驗展示內(nèi)容。教師在競賽中的實驗教學說課完整規(guī)范。絕大多數(shù)選手能夠結(jié)合2022年版《義務教育科學課程標準》的要求，精心設(shè)計說課內(nèi)容，說課環(huán)節(jié)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(jié)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(nèi)外水面平齊。所有選手的操作步驟都比較規(guī)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(shè)計對比實驗必須確保同樣質(zhì)量的溶液、食鹽，在此基礎(chǔ)上設(shè)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(jù)此得出全面而科學的結(jié)論。

（二）對實驗數(shù)據(jù)分析不透

數(shù)字化實驗使用了傳感器、數(shù)據(jù)處理設(shè)備等，具有將定性實驗升級為定量實驗的優(yōu)勢，師生可以即時獲得更加準確的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析也更加具象化。本次比賽中，選手對于數(shù)據(jù)的分析不細致、不深入、不系統(tǒng)，盲目追求結(jié)論，不利于發(fā)揮數(shù)字化實驗的優(yōu)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(yǎng)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(shù)首先包括說話的藝術(shù)，同人心交流的藝術(shù)?！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?shù)恼Z言運用使得實驗教學效果大打折扣。

（四）教師科學素養(yǎng)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(yǎng)要求卻較高。本次大賽中，個別選手科學素養(yǎng)不高，出現(xiàn)了知識性錯誤：有的選手將電池負極與負極相連，形成串聯(lián)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(jié)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(shè)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(zhì)量和促進科學教育發(fā)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(lǐng)學生嚴謹求實，養(yǎng)成正確的測量習慣和證據(jù)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(shè)計能力

實驗設(shè)計能力，是指通過對新課標的研讀、對教材中實驗內(nèi)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(guī)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(jù)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(jù)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(jù)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(shè)計中，教師要根據(jù)教學目標，靈活地選擇探究環(huán)節(jié)，開展實驗教學設(shè)計，引導學生對一些科學現(xiàn)象和研究問題做出猜想和假設(shè)，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(jù)科學實驗教學的規(guī)范和設(shè)計內(nèi)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(yǎng)、實驗過程的動態(tài)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(jù)實驗的內(nèi)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(guān)系，盡可能在直接觀察的基礎(chǔ)上，借助于科學儀器，開展間接觀察，獲取證據(jù)信息，為總結(jié)實驗結(jié)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(yǎng)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。基于核心素養(yǎng)提升的小學科學教師實驗教學能力提升，應系統(tǒng)施策，提升科學教師的實驗儀器使用能力、實驗設(shè)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(wǎng)等數(shù)字資源，促進自我專業(yè)發(fā)展和數(shù)字素養(yǎng)提升。各級教研部門應對科學教師開展包括《關(guān)于加強和改進中小學實驗教學的意見》、新課程標準在內(nèi)的通識性培訓，開發(fā)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(chǔ)，轉(zhuǎn)變實驗教學理念和認識，系統(tǒng)掌握科學學科教學知識，具備設(shè)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?？茖W教師要熟練使用各種技術(shù)工具、實驗設(shè)備和教育裝備、新技術(shù)，熟知科學現(xiàn)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(shè)計實驗時，要引導其圍繞核心概念組織實驗教學，提供證據(jù)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(xiàn)實生活、社會實踐之間的聯(lián)系，實現(xiàn)學生對核心概念的深度理解、有效建構(gòu)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(xiàn)場說課、在線研討、展示數(shù)字化實驗裝置等教研活動，關(guān)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(shù)手段優(yōu)化創(chuàng)新實驗設(shè)計，發(fā)揮優(yōu)秀實驗教學課例、優(yōu)秀教具、實驗說課的示范引領(lǐng)作用。要進一步發(fā)揮實驗能力大賽的競賽效應，嚴格執(zhí)行“介紹實驗器材—操作演示—介紹實驗步驟—描述實驗現(xiàn)象—說出實驗結(jié)論—整理實驗器材—填寫實驗報告”的基本流程，將比賽內(nèi)容融入平時的教學實踐，為科學教師搭建一個專業(yè)的成長平臺。在觀課評課活動中，要關(guān)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(guī)律和水平，注重激發(fā)學生認知沖突，創(chuàng)設(shè)真實情境，以驅(qū)動性問題引導學生像科學家一樣經(jīng)歷實驗探究的過程，獲取真實的證據(jù)和精準的數(shù)據(jù)。

（三）以研究促提升

要增強小學科學教師的核心素養(yǎng)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(nèi)容，鼓勵創(chuàng)新設(shè)計實驗，有機融合信息技術(shù)、增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實和數(shù)字化實驗儀器等技術(shù)手段，對教具進行數(shù)字化改造，促進學生的精準探究，開發(fā)系列化的STEM、創(chuàng)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(shè)計中，教師要根據(jù)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(fā)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(nèi)容納入學科教學基本規(guī)程，購置數(shù)字化實驗器材與設(shè)備，建立健全實驗教學常規(guī)管理制度和流程，做細實驗教學計劃、準備、實施和考核等環(huán)節(jié)管理，引導科學教師反思實驗教學效果，總結(jié)和創(chuàng)新實驗教學經(jīng)驗，改進實驗教學，確保實驗教學時間，保證實驗教學質(zhì)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(guān)鍵；語言要精辟、簡要、準確；操作要熟練、規(guī)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(chǔ)課程，肩負著發(fā)展學生科學能力、培養(yǎng)學生科學態(tài)度和社會責任、為其終身發(fā)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(yǎng)創(chuàng)新性科技人才具有重要的基礎(chǔ)意義。