實驗在科學(xué)教育中具有不可替代的育人價值，是開展科學(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)類課程中，都倍加強調(diào)實驗在發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)中的重要地位，并且將實驗作為“探究實踐”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)中開展科學(xué)探究的設(shè)計者、組織者、指導(dǎo)者和評價者，其實驗教學(xué)素養(yǎng)將直接影響實驗探究教學(xué)的效果，乃至科學(xué)教學(xué)整體的質(zhì)量水平?？梢哉f，實驗教學(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，國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于新時代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》，明確要求“加強科學(xué)教育和實驗教學(xué)”；同年，教育部發(fā)布了《關(guān)于加強和改進(jìn)中小學(xué)實驗教學(xué)的意見》，強調(diào)“提高教師實驗教學(xué)能力”。在實施人才強國戰(zhàn)略、建設(shè)創(chuàng)新型國家的新時代背景下，科學(xué)教師如何提升自己的實驗教學(xué)素養(yǎng)，成為我國當(dāng)下基礎(chǔ)教育科學(xué)課程與教學(xué)改革中值得關(guān)注和探討的話題。
樹立正確的實驗教學(xué)觀
正確的實驗教學(xué)觀是科學(xué)教師能否積極開展實驗教學(xué)的方向性指南，對科學(xué)教師的教學(xué)行為起著決定性作用。實驗教學(xué)觀是指科學(xué)教師對科學(xué)實驗及其實驗教學(xué)總的看法和根本觀點，主要包括以下幾方面——
科學(xué)實驗的本質(zhì)。能夠認(rèn)識到科學(xué)實驗既是科學(xué)實踐活動，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，也是一種物化的理性活動。
科學(xué)實驗的價值觀。能夠認(rèn)識科學(xué)實驗是科學(xué)認(rèn)識的來源和基礎(chǔ)，是檢驗科學(xué)認(rèn)識真理性的根本標(biāo)準(zhǔn)和科學(xué)發(fā)展的直接動力。要明白，沒有科學(xué)實驗，就沒有科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展，也就沒有現(xiàn)代科學(xué)。
科學(xué)教學(xué)實驗的功能。科學(xué)教師應(yīng)該認(rèn)識到，沒有實驗就不可能有效開展科學(xué)探究，就沒有真正意義上的科學(xué)教學(xué)。在實際教學(xué)工作中，不少科學(xué)教師對實驗及其教學(xué)存在認(rèn)識上的誤區(qū)，比如認(rèn)為“做實驗不如畫實驗，畫實驗不如講實驗，只要能讓學(xué)生獲得高分就行”“做實驗主要是為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好地理解所學(xué)的科學(xué)知識”“做實驗主要是培養(yǎng)學(xué)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(xué)教師尚未形成正確的實驗教學(xué)觀，從而嚴(yán)重影響了探究教學(xué)的實施效果，不利于對學(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(xué)的重要基礎(chǔ)和前提。與對自然科學(xué)理論基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和掌握相比，許多科學(xué)教師對實驗的認(rèn)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(xué)水平的關(guān)鍵。實驗方法論是關(guān)于實驗方法在科學(xué)認(rèn)識中產(chǎn)生、形成和發(fā)展的理論，科學(xué)教師要熟練掌握實驗方法及其在科學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)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(shù)據(jù)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(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。實驗安全知識主要包括科學(xué)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(fā)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(fā)、鑒別物質(zhì)、制作臨時裝片、采集與制作標(biāo)本、動物解剖、器皿連接、連接簡單電路等。
在科學(xué)教學(xué)實踐中提升實驗教學(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——
實驗教學(xué)模式創(chuàng)新。科學(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、組織學(xué)生的實驗探究活動，并進(jìn)行有針對性的指導(dǎo)。例如，在實驗設(shè)計、實驗觀察、實驗測定、變量控制、實驗記錄、實驗數(shù)據(jù)分析與處理、實驗結(jié)論及知識建構(gòu)等實驗探究過程中，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，勇于動手操作，針對學(xué)生可能產(chǎn)生的問題或困難，給予及時的幫助和指導(dǎo)，讓學(xué)生在實驗探究活動中拓展思維，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。
實驗教學(xué)用具或?qū)嶒瀮x器的改進(jìn)創(chuàng)新。這要求教師靈活運用身邊的一切事物，積極開發(fā)實驗教學(xué)資源，創(chuàng)新實驗的思路與方法，形成實驗創(chuàng)新思維，如收斂思維、發(fā)散思維、聯(lián)想思維、組合思維等。在一些實驗教學(xué)中，存在實驗現(xiàn)象不明顯、操作不易成功、實驗成本較高、實驗耗時長或?qū)嶒灢话踩瓤陀^因素，這就要求科學(xué)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(shè)備、裝置進(jìn)行改進(jìn)，甚至完全創(chuàng)新。
實驗手段與技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新。主要包括信息技術(shù)與實驗教學(xué)的整合，基于手持技術(shù)的實驗改革創(chuàng)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(shù)據(jù)并迅速進(jìn)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(shù)字化傳感技術(shù)的手持技術(shù)實驗等現(xiàn)代技術(shù)手段，提高實驗教學(xué)效果。因此，科學(xué)教師要與時俱進(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)與實驗教學(xué)的有機融合。
實驗教學(xué)設(shè)計的創(chuàng)新。教師要深刻領(lǐng)會學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實驗教學(xué)內(nèi)容，基于核心素養(yǎng)制定合理、優(yōu)化的實驗教學(xué)目標(biāo)，精心設(shè)計實驗探究活動，最大限度調(diào)動學(xué)生的探究積極性，不斷提升學(xué)生的實驗興趣和水平，幫助學(xué)生由“感覺興趣”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，通過實驗探究活動培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，訓(xùn)練科學(xué)思維，發(fā)展實驗探究能力。
基于跨學(xué)科的實驗創(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，也是實驗教學(xué)改革創(chuàng)新的熱點，是科學(xué)教師實驗教學(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)樹立跨學(xué)科教學(xué)理念，結(jié)合學(xué)生生活實際，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)計綜合性實驗，解決真實生活中的實際問題，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。
實驗教學(xué)評價創(chuàng)新。教師要及時、適時地評價學(xué)生在實驗探究活動中的表現(xiàn)情況，充分發(fā)揮實驗教學(xué)評價的激勵功能?？茖W(xué)教師要善于觀察學(xué)生在實驗探究活動中的表現(xiàn)，包括探究實驗設(shè)計方案、參與態(tài)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(jié)論、交流分享與評價等情況，發(fā)現(xiàn)和表揚學(xué)生的閃光點，以發(fā)展的眼光、科學(xué)的評價理念為學(xué)生指明學(xué)習(xí)和實踐的方向，呵護(hù)學(xué)生對科學(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)動機。
創(chuàng)新是一個民族的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力。實驗教學(xué)肩負(fù)著培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重任，亟待深化改革、強化科學(xué)教師實驗?zāi)芰ㄔO(shè)。各地各校要大力開展科學(xué)教師實驗專項培訓(xùn)，全面提升教師實驗教學(xué)素養(yǎng)，真正扭轉(zhuǎn)實驗教學(xué)的困境，從源頭上解決創(chuàng)新人才培養(yǎng)的諸多問題。
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來源 | 本文刊于《教育家》2023年1月刊第1期，原標(biāo)題《深化實驗教學(xué)改革，重在提升教師實驗教學(xué)素養(yǎng)》
文 | 林長春 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
編輯 | 曹霽
設(shè)計 | 朱強
統(tǒng)籌 | 周彩麗
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