一枚舊洗衣機上的定時旋鈕，一節(jié)摩托車的12V蓄電池，三組舊三輪車的尾燈……這些來自廢品站的零部件，還能派上什么用場？四川省宜賓市來復鎮(zhèn)中心小學校四年級學生王梓竹在科學教師蕭兵指導下，竟讓它們“搖身一變”，組合成一臺可供課堂教學的“雙控切換紅綠燈演示器”。
“學生反復思考、動手實驗，最終制作成功。這個過程中，她不僅親手驗證了書本上的科學原理，更對科學研究產(chǎn)生了濃厚興趣。這正是實驗教學的意義所在。”蕭兵說。
對中小學而言，實驗教學不僅是《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》的重要教學內(nèi)容，更是提升青少年科學素養(yǎng)、培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑。對此，教育部早在2019年就發(fā)布了《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》。在此基礎上，教育部日前又發(fā)布《中小學實驗教學基本目錄（2023年版）》（以下簡稱《基本目錄》），詳細羅列了小學、初中、高中16個學科對應的900多項實驗與實踐活動。
當下，中小學實驗教學開展狀況如何？還面臨哪些難題？如何才能通過實驗教學，激發(fā)青少年崇尚科學、探索未知的興趣？
培養(yǎng)動手能力、創(chuàng)新思維，離不開實驗教學
談起創(chuàng)新人才培養(yǎng)，中國科學院院士、陜西師范大學原校長房喻感觸頗深。他認為，青少年時期的科學興趣培養(yǎng)、動手能力歷練，有助于一個人形成求實求真的做事風格，養(yǎng)成創(chuàng)新的思維習慣。
那么，如何激發(fā)孩子的科學興趣、培養(yǎng)動手能力？“實驗教學是很重要的抓手。”北京師范大學科學教育研究院院長鄭永和表示，“實驗教學不僅可以幫助學生體驗科學探究的樂趣、加深對概念的理解、養(yǎng)成科學的思維方式，還能提高他們的動手實踐能力，培養(yǎng)勇于質(zhì)疑、樂于創(chuàng)新的科學態(tài)度。”
北京教育學院科學教育研究中心主任周玉芝對此深表贊同。她認為，實驗教學是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的重要載體，核心素養(yǎng)包括創(chuàng)新實踐、技術應用、批判質(zhì)疑、理性探究等，不是光靠做題就能培養(yǎng)出來的，一定要突出實踐導向，強調(diào)手腦結合。她指出，雖然在2018國際學生評估項目（PISA2018）中，我國四省市學生的數(shù)學、科學關鍵能力素養(yǎng)位列79個參測國家（地區(qū)）第一名，但現(xiàn)實中，我國中小學生在動手實踐、問題解決、創(chuàng)新創(chuàng)造等方面的能力仍比較欠缺。因此，加強中小學實驗教學顯得尤為迫切。
在實際教學中，實驗教學如何發(fā)揮育人功能？浙江省鎮(zhèn)海中學物理教研組長應俊以物理學科為例解釋道：“首先，物理教材中的大部分理論知識都有配套實驗，學生們通過形象、具體的實驗操作，可以實際驗證這些抽象理論，更好地理解和掌握相關理論知識，同時提高自己的動手操作能力。其次，教師可以把實驗器材中的原理和設計思想挖掘出來作為教學資源，鼓勵學生自己設計實驗方案，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和能力都很有好處。此外，在實際探究中，學生能切身體會到實驗過程的艱辛和成功的來之不易，有助于他們養(yǎng)成嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態(tài)度。”
師資、硬件需跟上，莫讓實驗教學成為“紙上談兵”
“當前，國家高度重視中小學實驗教學，并將其作為工作重點深入推進。但現(xiàn)實中，中小學實驗教學還存在一系列現(xiàn)實問題。”鄭永和表示。
“在應試思維影響下，目前老師們對實驗教學的重視程度還遠遠不夠。”因為工作需要，周玉芝常常進入中小學化學課堂一線調(diào)研。她發(fā)現(xiàn)，即便是在公開課上，一些授課教師和學生也并不熟悉實驗操作流程。“上課重講授、輕實操的現(xiàn)象較為普遍，有的老師甚至直接讓學生用觀看實驗視頻代替動手操作。他們覺得只看視頻也一樣能讓學生拿高分，自己還能節(jié)省備課精力，為何還要‘多此一舉’？”
實驗室場地、設備、化學藥品等資源不足，也限制了實驗教學的正常開展。周玉芝告訴記者，自己在某經(jīng)濟發(fā)達城市十多所初中調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當?shù)赜布l件較好的學校，也只配有一間化學實驗室，十幾個班的學生最快三周才能輪到一次使用機會。有的學校實驗室設施陳舊，通風條件差，一些實驗室甚至存在安全隱患。同時，不少化學教師向她反映，由于安全管理等原因，實驗室化學藥品常出現(xiàn)短缺，導致許多實驗教學無法按計劃開展。
在經(jīng)濟薄弱地區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校，實驗教學資源和人員不足的問題更加突出。一名鄉(xiāng)鎮(zhèn)小學的科學教師透露，學校實驗室建成十多年，沒有專職實驗員維護，加上經(jīng)費緊張，設施器材陳舊，很難滿足新課標實驗教學的要求。此外，由于師資緊張，科學教師長期由其他學科教師兼任，近年來才聘任了專職科學教師。但這些新教師大多也并非科學相關專業(yè)出身，對科學課程內(nèi)容和實驗掌握不充分，實驗教學開展難度較大。
鄭永和指出，當前實驗教學評價科學性不足，也是實驗教學容易淪為“紙上談兵”的原因之一。“目前，實驗教學評價多聚焦于實驗操作流程，主要考查實驗操作的規(guī)范性和熟練度，涉及實驗設計、實驗分析、合作探究、創(chuàng)新思維的內(nèi)容很少，無法準確反映學生的實驗能力與科學素養(yǎng)，難以發(fā)揮評價的診斷、激勵和促進作用。有針對性的實驗教學評價體系亟待開發(fā)。”
做好實驗教學，教師需更加“走心”
如何才能讓實驗教學落地起效，讓孩子們真正從實驗環(huán)節(jié)體悟科學奧妙、激發(fā)創(chuàng)新活力？
鄭永和表示，相關政府部門和學校應加大資金投入，健全實驗教學資源體系。學校實驗室應配齊配足儀器設備，完善儀器維護和管理制度；增加實驗室空間建設，創(chuàng)新實驗室管理機制，提高實驗室使用效率，由專業(yè)學科教師擔任實驗室管理工作。同時，在信息化的當下，應創(chuàng)新科學實驗教學裝備，特別要重視研發(fā)低成本、融入信息技術的學科實驗，以及跨學科實踐所需的數(shù)字化實驗裝置。
周玉芝建議，既要引導相關學科教師更重視實驗教學環(huán)節(jié)，也要為教師提升實驗教學能力給予更多支持。“許多老師，尤其是畢業(yè)后剛?cè)肼毜那嗄杲處煟约憾疾粫稣n本里的實驗，也搞不明白實驗的關鍵點，更別說教好學生了。因此要加強教師實驗教學方面的教研、培訓。”此外，周玉芝還呼吁，教育行政部門可牽頭組建專業(yè)實驗教學資源研發(fā)團隊，建立跨學校實驗教學資源共享平臺，通過網(wǎng)絡平臺及時分享實驗教學的最新素材、課例等，為教師上好實驗課提供信息資源保障。
在日常教學中，一線教師如何憑借現(xiàn)有資源條件，上好一堂實驗課？
鄭永和指出，教師應落實新課標要求，以《基本目錄》為依托，創(chuàng)新優(yōu)秀實驗教學經(jīng)驗。一是總結凝練實驗教學數(shù)字化進程中取得較好效果的典型成果；二是在“低成本實驗”“生活小實驗”“家庭實驗”等方面開發(fā)更易操作的實驗資源，鼓勵自制教具、研究符合新課標理念的教學策略；三是加強探究性實驗，引導學生開展主題式、項目式實驗學習，激發(fā)學生的探究興趣和創(chuàng)新思維，促進知識建構與遷移，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新意識。
事實上，各地教師已開展了不少“走心”嘗試，積累了一些關于實驗教學的優(yōu)秀做法。
在浙江省鎮(zhèn)海中學，應俊和同事們利用常見物品、器材，自制了不少物理實驗教具，讓實驗操作更簡單、演示效果更顯著。比如觀察桌面微小形變的實驗，借助固定在鐵架臺上的激光筆，學生就能通過觀察激光筆遠處投影的變化，直觀感受到“桌面形變”的存在。
作為一所鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校，四川省宜賓市來復鎮(zhèn)中心小學校近年來利用當?shù)刈匀粭l件資源，因地制宜開展了一系列農(nóng)業(yè)實驗活動。比如組織養(yǎng)蠶活動讓學生觀察蠶的繁殖變化、探究綠豆芽生長條件和發(fā)芽率之間的關系、嘗試種植小麥了解植物生長發(fā)育過程……
“上好一堂實驗課，需要教師聚焦核心素養(yǎng)的培育，結合相關學科知識，引導學生展開對問題的設計與研討。這對教師來說并不容易，但如果每一位教師都有這樣的追求，相信科學教育生態(tài)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)一定會迎來積極轉(zhuǎn)變。”鄭永和表示。