深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，重在提升教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng)

林長(zhǎng)春 | 重慶市兒童發(fā)展與教師教育研究中心主任，重慶師范大學(xué)科技教育與傳播研究中心教授

實(shí)驗(yàn)在科學(xué)教育中具有不可替代的育人價(jià)值，是開(kāi)展科學(xué)探究的重要手段。因此，在義務(wù)教育及高中階段的科學(xué)、物理、化學(xué)、生物等科學(xué)類(lèi)課程中，都倍加強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)在發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)中的重要地位，并且將實(shí)驗(yàn)作為“探究實(shí)踐”或者“科學(xué)探究”的重要手段和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

科學(xué)教師作為課堂教學(xué)中開(kāi)展科學(xué)探究的設(shè)計(jì)者、組織者、指導(dǎo)者和評(píng)價(jià)者，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng)將直接影響實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的效果，乃至科學(xué)教學(xué)整體的質(zhì)量水平?？梢哉f(shuō)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)教師核心教學(xué)素養(yǎng)中最重要的組成部分，且具有顯著的學(xué)科特征。2019年，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于新時(shí)代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確要求“加強(qiáng)科學(xué)教育和實(shí)驗(yàn)教學(xué)”；同年，教育部發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見(jiàn)》，強(qiáng)調(diào)“提高教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力”。在實(shí)施人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的新時(shí)代背景下，科學(xué)教師如何提升自己的實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng)，成為我國(guó)當(dāng)下基礎(chǔ)教育科學(xué)課程與教學(xué)改革中值得關(guān)注和探討的話(huà)題。

樹(shù)立正確的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀

正確的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀是科學(xué)教師能否積極開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方向性指南，對(duì)科學(xué)教師的教學(xué)行為起著決定性作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀是指科學(xué)教師對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)總的看法和根本觀點(diǎn)，主要包括以下幾方面——

科學(xué)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)。能夠認(rèn)識(shí)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)既是科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，也是一種重要的科學(xué)方法；既是一種探索性、創(chuàng)造性的感性物質(zhì)活動(dòng)，也是一種物化的理性活動(dòng)。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)的價(jià)值觀。能夠認(rèn)識(shí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)認(rèn)識(shí)的來(lái)源和基礎(chǔ)，是檢驗(yàn)科學(xué)認(rèn)識(shí)真理性的根本標(biāo)準(zhǔn)和科學(xué)發(fā)展的直接動(dòng)力。要明白，沒(méi)有科學(xué)實(shí)驗(yàn)，就沒(méi)有科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展，也就沒(méi)有現(xiàn)代科學(xué)。

科學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能?？茖W(xué)教師應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)就不可能有效開(kāi)展科學(xué)探究，就沒(méi)有真正意義上的科學(xué)教學(xué)。在實(shí)際教學(xué)工作中，不少科學(xué)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)及其教學(xué)存在認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，比如認(rèn)為“做實(shí)驗(yàn)不如畫(huà)實(shí)驗(yàn)，畫(huà)實(shí)驗(yàn)不如講實(shí)驗(yàn)，只要能讓學(xué)生獲得高分就行”“做實(shí)驗(yàn)主要是為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好地理解所學(xué)的科學(xué)知識(shí)”“做實(shí)驗(yàn)主要是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能”，等等。這些觀點(diǎn)都不同程度地反映出一些科學(xué)教師尚未形成正確的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀，從而嚴(yán)重影響了探究教學(xué)的實(shí)施效果，不利于對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)，也不利于學(xué)生掌握基本的科學(xué)方法、發(fā)展科學(xué)思維。

具備扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)與熟練的實(shí)驗(yàn)技能

扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)與熟練的實(shí)驗(yàn)技能是開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要基礎(chǔ)和前提。與對(duì)自然科學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握相比，許多科學(xué)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)和知識(shí)掌握明顯不足，在實(shí)驗(yàn)技能方面更是存在不少短板。

實(shí)驗(yàn)知識(shí)主要包括實(shí)驗(yàn)儀器與藥品知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)安全知識(shí)。其中，掌握實(shí)驗(yàn)方法論知識(shí)是提高教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)方法論是關(guān)于實(shí)驗(yàn)方法在科學(xué)認(rèn)識(shí)中產(chǎn)生、形成和發(fā)展的理論，科學(xué)教師要熟練掌握實(shí)驗(yàn)方法及其在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，如實(shí)驗(yàn)觀察方法、實(shí)驗(yàn)變量控制方法、測(cè)定方法、實(shí)驗(yàn)記錄方法、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的表格化和線(xiàn)圖化方法等。實(shí)驗(yàn)儀器與藥品知識(shí)主要包括基本實(shí)驗(yàn)儀器的名稱(chēng)、構(gòu)造、規(guī)格、用途、操作原理，化學(xué)藥品的顏色、狀態(tài)、主要化學(xué)性質(zhì)以及存放、取用等知識(shí)。實(shí)驗(yàn)安全知識(shí)主要包括科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(fā)生（如防止玻璃割傷、觸電、中毒）等方面的知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)技能主要指實(shí)驗(yàn)基本工具和基本儀器的使用技能，以及實(shí)驗(yàn)基本操作技能。常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)儀器和工具主要有酒精燈、刻度尺、量筒、天平、秒表、溫度計(jì)、彈簧測(cè)力計(jì)、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(shí)驗(yàn)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(guò)濾、蒸發(fā)、鑒別物質(zhì)、制作臨時(shí)裝片、采集與制作標(biāo)本、動(dòng)物解剖、器皿連接、連接簡(jiǎn)單電路等。

在科學(xué)教學(xué)實(shí)踐中提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新能力

這是科學(xué)教師教學(xué)創(chuàng)造性的重要體現(xiàn)，主要包括以下幾方面——

實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新?？茖W(xué)教師要根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，精心設(shè)計(jì)、組織學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，并進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)。例如，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)觀察、實(shí)驗(yàn)測(cè)定、變量控制、實(shí)驗(yàn)記錄、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)論及知識(shí)建構(gòu)等實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，勇于動(dòng)手操作，針對(duì)學(xué)生可能產(chǎn)生的問(wèn)題或困難，給予及時(shí)的幫助和指導(dǎo)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中拓展思維，領(lǐng)悟科學(xué)本質(zhì)，學(xué)習(xí)科學(xué)方法，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)用具或?qū)嶒?yàn)儀器的改進(jìn)創(chuàng)新。這要求教師靈活運(yùn)用身邊的一切事物，積極開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的思路與方法，形成實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思維，如收斂思維、發(fā)散思維、聯(lián)想思維、組合思維等。在一些實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，存在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯、操作不易成功、實(shí)驗(yàn)成本較高、實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)或?qū)嶒?yàn)不安全等客觀因素，這就要求科學(xué)教師因地制宜、因陋制簡(jiǎn)、土法上馬，尋找實(shí)驗(yàn)的代用品或者對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備、裝置進(jìn)行改進(jìn)，甚至完全創(chuàng)新。

實(shí)驗(yàn)手段與技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新。主要包括信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合，基于手持技術(shù)的實(shí)驗(yàn)改革創(chuàng)新等。比如，為了避免一些實(shí)驗(yàn)不安全因素或不可控因素，或者方便獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并迅速進(jìn)行有效分析，教師可以運(yùn)用微型實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)或基于數(shù)字化傳感技術(shù)的手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)等現(xiàn)代技術(shù)手段，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。因此，科學(xué)教師要與時(shí)俱進(jìn)，不斷更新現(xiàn)代化教育理念，學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，大膽使用新儀器、新技術(shù)，推進(jìn)新技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)融合。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。教師要深刻領(lǐng)會(huì)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，基于核心素養(yǎng)制定合理、優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，最大限度調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究積極性，不斷提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和水平，幫助學(xué)生由“感覺(jué)興趣”向操作興趣、探究興趣發(fā)展，最終進(jìn)階為創(chuàng)造興趣。同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，訓(xùn)練科學(xué)思維，發(fā)展實(shí)驗(yàn)探究能力。

基于跨學(xué)科的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新。這是當(dāng)前中小學(xué)科學(xué)課程改革發(fā)展的新趨勢(shì)，也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革創(chuàng)新的熱點(diǎn)，是科學(xué)教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分。在新的人才培養(yǎng)理念和需求下，科學(xué)教師應(yīng)樹(shù)立跨學(xué)科教學(xué)理念，結(jié)合學(xué)生生活實(shí)際，挖掘STEM教育因素，融合物理、化學(xué)、生物，以及工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科，設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)，解決真實(shí)生活中的實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造性高階思維能力和創(chuàng)新精神。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)創(chuàng)新。教師要及時(shí)、適時(shí)地評(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中的表現(xiàn)情況，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)的激勵(lì)功能?？茖W(xué)教師要善于觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中的表現(xiàn)，包括探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、參與態(tài)度、小組合作、實(shí)驗(yàn)操作技能、實(shí)驗(yàn)記錄、實(shí)驗(yàn)信息處理分析與探究結(jié)論、交流分享與評(píng)價(jià)等情況，發(fā)現(xiàn)和表?yè)P(yáng)學(xué)生的閃光點(diǎn)，以發(fā)展的眼光、科學(xué)的評(píng)價(jià)理念為學(xué)生指明學(xué)習(xí)和實(shí)踐的方向，呵護(hù)學(xué)生對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，形成積極可持續(xù)的科學(xué)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂，是一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)肩負(fù)著培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重任，亟待深化改革、強(qiáng)化科學(xué)教師實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)。各地各校要大力開(kāi)展科學(xué)教師實(shí)驗(yàn)專(zhuān)項(xiàng)培訓(xùn)，全面提升教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng)，真正扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困境，從源頭上解決創(chuàng)新人才培養(yǎng)的諸多問(wèn)題。