“實驗教學(xué)是國家課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的重要教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑。”然而，長期以來，受多方面因素的制約，實驗課在中小學(xué)的開展情況不容樂觀。補齊科學(xué)教育中的“實驗”短板，成為亟待破解的重要議題。為此，本刊邀請專家針對相關(guān)問題展開了討論。
當(dāng)前，我國中小學(xué)科學(xué)教育中普遍存在哪些“實驗”短板？實驗課為何難以激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究熱情？
鄭永和：實驗是形成系統(tǒng)的科學(xué)研究方法和理論體系的關(guān)鍵途徑，是有著獨特育人價值的實踐活動，是科學(xué)教育的靈魂，是綜合素養(yǎng)培育不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
然而，當(dāng)前中小學(xué)科學(xué)教育的實驗教學(xué)十分薄弱，在科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的關(guān)鍵功能未得到充分發(fā)揮。2021年國家義務(wù)教育科學(xué)學(xué)習(xí)質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果表明，學(xué)生參與科學(xué)課的動手實驗和實踐調(diào)查的機會較少：與2017年相比，四年級學(xué)生在科學(xué)課上動手做實驗的比例提升了2.2個百分點，達到83.2%，但仍有16.8%的學(xué)生未動手做實驗；八年級學(xué)生在物理、生物課上動手做實驗的比例分別提高了6.3個、17個百分點，達到82.5%、69.8%，但從未動手做實驗的學(xué)生比例仍舊很高。2021年教育部基礎(chǔ)教育教學(xué)指導(dǎo)委員會（以下簡稱“教指委”）科學(xué)教學(xué)專委會組織的小學(xué)科學(xué)教師調(diào)查表明，47.6%的教師探究教學(xué)水平處于低或較低水平。
造成科學(xué)教育實驗教學(xué)薄弱、難以激發(fā)學(xué)生好奇心和探究熱情的原因是多方面的。
一是素養(yǎng)導(dǎo)向的評價不足。我國目前的教學(xué)評價總體上仍以知識記憶為核心，在實踐操作能力、科學(xué)探究技能和高階思維能力等素養(yǎng)方面的評價重視不夠，評價方法還有較大局限。學(xué)校、教師、家長和學(xué)生受升學(xué)壓力和功利目標(biāo)驅(qū)使，偏重于刷題、記憶等應(yīng)試訓(xùn)練。此外，實驗教學(xué)費時費力，面對相同的教學(xué)內(nèi)容，進行學(xué)生探究實驗所需的授課時間必然增加，面對緊張的課時，教師自然會轉(zhuǎn)而選用更節(jié)約時間的講授式教學(xué)方法。
二是對實驗教學(xué)的重要性認(rèn)識不清、教學(xué)能力有待提升。一方面，許多教師以“講”實驗和“看”實驗的方式進行實驗教學(xué)，即使讓學(xué)生“做”實驗，教師也是只關(guān)注實驗操作的規(guī)范性和實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，忽視了實驗對學(xué)生思維訓(xùn)練、情意培養(yǎng)、能力提升方面的價值。另一方面，教師隊伍職業(yè)素養(yǎng)不足，在設(shè)計和實施實驗教學(xué)時存在困難。教指委科學(xué)教學(xué)專委會調(diào)查數(shù)據(jù)表明，小學(xué)科學(xué)教師隊伍中，僅有27.5%為理科專業(yè)背景，僅有29.9%為專任科學(xué)教師。同時，近1/4小學(xué)科學(xué)教師沒有參加年度教研培訓(xùn)活動。教師的主觀態(tài)度、客觀能力以及專業(yè)發(fā)展機會都限制了高質(zhì)量實驗教學(xué)的開展和提升。
三是實驗教學(xué)保障條件落后、教學(xué)資源不足。中小學(xué)實驗教學(xué)資源緊缺的問題嚴(yán)重，農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)此類問題尤為突出。2021年教指委科學(xué)教學(xué)專委會調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，超六成小學(xué)科學(xué)教師所在學(xué)校沒有專職實驗員進行教學(xué)支持，17%的小學(xué)科學(xué)教師所在學(xué)校沒有實驗室，56.1%的教師所在學(xué)校僅有1個實驗室，僅有13.8%的學(xué)校有2個實驗室。實驗室中生均實驗設(shè)備資產(chǎn)值不足，實驗設(shè)備儀器的損耗無法及時得到補充，超過63％的教師反映實驗器材缺乏，學(xué)生真正親自動手的實驗較少，實驗室沒有起到應(yīng)有的作用。
羅星凱：學(xué)生創(chuàng)新精神、實踐能力培養(yǎng)滯后于時代的要求，是我國中小學(xué)教育普遍存在的短板；科學(xué)教育因為被寄予厚望，短板尤顯突出，更亟待彌補；科學(xué)課程特有或者說必有的“實驗”，不僅被視為重要的教育教學(xué)手段，而且是不可或缺的教育教學(xué)內(nèi)容，更是直接指向?qū)W生創(chuàng)新精神、實踐能力培養(yǎng)的教育教學(xué)目標(biāo)，補短板自然責(zé)無旁貸。而且在中小學(xué)科學(xué)教育中，“實驗教學(xué)”及與之配套的實驗室建設(shè)與管理機制，早已形成體系，積累的資源較為豐富，在時代需求面前理應(yīng)擔(dān)當(dāng)大任。從這個角度深入考察不難發(fā)現(xiàn)，“實驗”本身就是我國中小學(xué)科學(xué)教育中的短板，突出表現(xiàn)在其實際地位遠(yuǎn)低于應(yīng)受的重視，以及實際作為遠(yuǎn)低于應(yīng)有的價值。
長期以來，實驗教學(xué)在科學(xué)教育中的地位是非常特殊的，人們普遍認(rèn)為科學(xué)教育要重視實驗教學(xué)是再明白不過的道理，它的作用與地位“怎么強調(diào)也不過分”?？茖W(xué)課程與教學(xué)改革，也都寄希望于從實驗教學(xué)中尋找突破口，解決學(xué)生創(chuàng)新精神、實踐能力培養(yǎng)短板問題，并且往往伴隨著加大實驗室建設(shè)的投入。然而，與此形成鮮明對照的是實驗教學(xué)在教育教學(xué)中實際地位的尷尬。在中小學(xué)，用教師“講實驗”“畫實驗”代替學(xué)生做實驗的現(xiàn)象，至今依然常見。究其原因，急功近利的教育政績觀、功利主義的教育價值觀影響最為根本，難辭其咎；而另一個重要原因，則來自對“實驗”的教育教學(xué)本質(zhì)及其在科學(xué)教育中價值認(rèn)識的不足，以及相對固化的實驗教學(xué)模式。
眾所周知，“實驗”離不開“做”，但對“做”的理解，則很大程度上決定了學(xué)生實驗學(xué)習(xí)的深度和質(zhì)量。一說到“做”，自然想到的就是動手，這無疑是“實驗”的基礎(chǔ)，而且實驗學(xué)習(xí)中要有足夠的學(xué)生動手做的活動，既符合兒童天性，又凸顯“實驗”的獨特作用。但是，動手做遠(yuǎn)不是“做”的全部內(nèi)容甚至主要內(nèi)容，更不是目的。中小學(xué)科學(xué)教育中，實驗教學(xué)目標(biāo)指向的是學(xué)生認(rèn)知過程和結(jié)果的質(zhì)量的提高，不是為了實驗而實驗。“做”實驗的活動，應(yīng)該理解為科學(xué)學(xué)科的“實踐”學(xué)習(xí)，是不僅需要動手，而且需要動腦，更需要動心的科學(xué)探究實踐過程。否則，其教育效益將與相關(guān)的實驗設(shè)備和學(xué)習(xí)時間投入不相匹配。
例如，在以基本實驗知識獲取和技能習(xí)得為核心的實驗教學(xué)模式下，菜譜式實驗項目設(shè)置和照方抓藥式學(xué)習(xí)活動就成了常態(tài)。學(xué)生在如此實驗情境下所做的完全有可能是機械學(xué)習(xí)，也就是另一種形式的死記硬背。
最可惜的是，實驗學(xué)習(xí)情境對天性好奇好動、求知欲旺盛的少年兒童本獨具吸引力，但在孩子們看來，我們費時費力組織的聚焦實驗知識和技能的實驗學(xué)習(xí)，只不過是用一些準(zhǔn)確度和可靠性都非常有限的專用器材煞有介事地重復(fù)或“驗證”那些流傳至今已逾百年的簡化版科學(xué)實驗。在知識和技能中心的實驗教學(xué)思想指導(dǎo)下，即使將“驗證”通通改為“探究”，即使將實驗結(jié)論或結(jié)果藏起來不說，也難以讓學(xué)生的好奇心不減、探究熱情不降，更不用說提升他們的學(xué)習(xí)興趣了。
中小學(xué)實驗課應(yīng)該“教”什么？怎樣構(gòu)建新樣態(tài)、多樣態(tài)，真正在“實驗”中育人，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力？
裴新寧：新技術(shù)的高速發(fā)展正改變著科學(xué)研究的方式，不斷對科學(xué)教育改進提出新要求。但是，讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)是通過系統(tǒng)的觀察和實驗對我們周圍現(xiàn)象和事物的研究，依然是學(xué)校科學(xué)教育的基本任務(wù)之一。21世紀(jì)前夕，聯(lián)合國教科文組織提出了科學(xué)教育的“實踐取向”，即強調(diào)實驗作為育人情境的多功能性，將學(xué)習(xí)的身體過程、認(rèn)知過程、情意過程、社會過程有機統(tǒng)一，充分支持學(xué)生的主動探索和創(chuàng)造性解決問題能力的培養(yǎng)。20年過去，國內(nèi)外科學(xué)教育實踐、學(xué)習(xí)科學(xué)研究和科學(xué)發(fā)展研究均證明，上述觀點是恰當(dāng)?shù)摹?/p>
“實踐取向”為我們提供了反思實驗教學(xué)的框架。鑒于當(dāng)下我國學(xué)?？茖W(xué)教育及實驗教學(xué)的短板，實驗教學(xué)要重視“教”給學(xué)生以下關(guān)鍵知識和能力：幫助學(xué)生掌握基本的實驗技能和技術(shù)，了解基本的科學(xué)過程，認(rèn)識工具手段與科學(xué)發(fā)現(xiàn)、科學(xué)進步的關(guān)系；掌握重要的科學(xué)方法，形成基本的科學(xué)實踐能力（提出問題、建立假設(shè)、證據(jù)檢驗、科學(xué)解釋、數(shù)學(xué)與計算思維、科學(xué)建模、科學(xué)論證等），以充分拓展學(xué)生對科學(xué)現(xiàn)象和問題的概念性理解；培養(yǎng)求實求證的科學(xué)態(tài)度、涵育科學(xué)精神品質(zhì)；訓(xùn)練問題解決、批判性思考能力，指導(dǎo)創(chuàng)新創(chuàng)造。
為此，需要創(chuàng)新學(xué)?？茖W(xué)教育，構(gòu)建實驗教學(xué)的新樣態(tài)。具體有幾點建議——
第一，加強中小學(xué)科學(xué)實驗室建設(shè)，建立從科學(xué)探究、技術(shù)應(yīng)用到工程實現(xiàn)一體化的現(xiàn)代實驗室體系。完善實驗教學(xué)的質(zhì)量監(jiān)督保障機制。重點保障農(nóng)村地區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)開展實驗教學(xué)，促進科學(xué)教育資源均衡配置。學(xué)校要面向全體學(xué)生開放實驗室，讓學(xué)生有充分的動手實驗機會。設(shè)立跨學(xué)科主題的科學(xué)探究項目，設(shè)置校內(nèi)系列實驗、家庭實驗、教室實驗角，大力營造科學(xué)探究的氛圍。
第二，以提高實驗的認(rèn)知參與性為抓手，創(chuàng)新實驗教學(xué)模式，提升實驗教學(xué)成效。可嘗試的有效策略有三點。一是與關(guān)鍵科學(xué)實踐相結(jié)合，改進演示實驗。比如，在“預(yù)測—觀察—解釋”教學(xué)框架下，教師利用演示呈現(xiàn)不同的事件，引導(dǎo)學(xué)生進行預(yù)測，提出和優(yōu)化解釋，并開展基于證據(jù)的論證。二是將實驗嵌入科學(xué)探究過程，促進知識整合。比如“利用實驗情境引發(fā)學(xué)生思考、提出自己的想法”。然后教師提供新觀念，讓學(xué)生觀察實驗或自己做實驗，基于證據(jù)對不同觀念加以分辨，鼓勵學(xué)生反思和梳理探究過程中各種觀念的線索及交織，深化對現(xiàn)象本質(zhì)的理解。三是與有效學(xué)習(xí)模式結(jié)合。利用設(shè)計學(xué)習(xí)（Learning by Design）、基于問題的學(xué)習(xí)（Problem-based Learning）、有效失?。≒roductive Failure）等“學(xué)以致用”模式，設(shè)計實驗教學(xué)，讓學(xué)生自主創(chuàng)建實驗方案，嘗試創(chuàng)意物化。上述這些新方式的實驗教學(xué)均可以利用計算機支持的環(huán)境來加強。此外，還可以在實驗學(xué)習(xí)過程中融入新技術(shù)手段，比如利用動態(tài)可視化強化科學(xué)建模、科學(xué)論證等科學(xué)實踐，擴展高階思維訓(xùn)練，支撐學(xué)生創(chuàng)新能力的進階。
第三，建立實驗教學(xué)多方協(xié)同聯(lián)動機制，促進實驗資源的共建共享。鼓勵學(xué)校及學(xué)區(qū)建立科學(xué)探索中心，開發(fā)不同特色的實驗課程體系，為學(xué)生的實驗探究建立連貫支持。國家或地方建立中小學(xué)科學(xué)實驗智慧平臺，開辟科學(xué)實驗數(shù)字虛擬空間，設(shè)計豐富主題的實驗活動，開發(fā)和優(yōu)選多種形式的數(shù)字資源及學(xué)習(xí)方案，輻射并推動全國中小學(xué)優(yōu)質(zhì)實驗資源的共建共享。充分利用全國科普教育基地的科技設(shè)施資源和專業(yè)力量，支撐教師實驗教學(xué)能力提升，共同推進創(chuàng)新人才培養(yǎng)。
第四，探索靈活多樣的科學(xué)實驗教學(xué)評價方式，以數(shù)字化賦能實驗教學(xué)評價轉(zhuǎn)型。結(jié)合學(xué)生在實驗中的學(xué)習(xí)過程，運用表現(xiàn)性評價、信息技術(shù)支持的伴隨式評價考查學(xué)生的基本技能、科學(xué)方法、科學(xué)實踐及實驗設(shè)計、態(tài)度品質(zhì)等素養(yǎng)能力。將科學(xué)實驗納入學(xué)期考核、初高中學(xué)業(yè)水平測試以及創(chuàng)新潛能評估。
羅星凱：2001年起實施的國家基礎(chǔ)教育課程改革，中小學(xué)科學(xué)課程，無論采用分科還是綜合的形式，都強調(diào)科學(xué)探究學(xué)習(xí)。經(jīng)過20多年新課程實驗，科學(xué)探究作為一種教育的理念，早已深入人心，但作為一種教與學(xué)的方式，則遠(yuǎn)沒有得到很好的落實。2022年新修訂的義務(wù)教育科學(xué)相關(guān)學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)，除了無一例外地將探究作為核心素養(yǎng)繼續(xù)加以強調(diào)外，多數(shù)還將實踐提到了核心素養(yǎng)的高度?；陧椖俊⒒谡鎸崋栴}解決的學(xué)科與跨學(xué)科實踐學(xué)習(xí)撲面而來，成為每一位中小學(xué)科學(xué)教師要面對的真正挑戰(zhàn)。
如此挑戰(zhàn)面前，“實驗”自然再次被寄予厚望。但如果不能回歸初心，回到其教育功能的原點思考其育人作用的發(fā)揮，并以科學(xué)學(xué)科和跨學(xué)科實踐為主線，構(gòu)建“實驗”育人新體系，在一次次的新課程改革中，“實驗”將仍然會被寄予厚望但卻一再令人失望。
作為沉底一線的科學(xué)教師教育工作者，我和同事們在繼承和發(fā)揚老一輩實驗育人教育思想的過程中欣喜地發(fā)現(xiàn)，過去34年間，我們所承擔(dān)的師資人才培養(yǎng)對象從物理教師拓展到了科學(xué)教師再到科技教師，課程與教學(xué)重心也從實驗教學(xué)發(fā)展到了科學(xué)探究再到探究科技，但通過“實驗”育人之創(chuàng)新精神、實踐能力的初心始終沒變，也不需要變；探索實踐中迸發(fā)的軟硬件創(chuàng)意，積淀成至今仍然閃閃發(fā)光的資源。
為此要特別感恩著名物理教育家朱正元先生實驗教學(xué)思想的啟迪，以及師長們的繼承、傳播和發(fā)揚，讓幾代人受益匪淺?！皦瘔薰蕻?dāng)儀器，拼拼湊湊做實驗”，聽起來好像只適合那個一窮二白、資源匱乏的年代，殊不知，為了壇壇罐罐不僅當(dāng)?shù)昧藘x器，而且效果超越買來的儀器；為了拼拼湊湊不僅能做得了實驗，而且做出更精彩的實驗，除了特別的創(chuàng)意和將創(chuàng)意物化的本領(lǐng)，更少不了為育人有條件要上、沒有條件創(chuàng)造條件也要上的師者仁心。如此身教，比不知多少言教都更具育人價值和實效。
實際上，也正是這樣的思想開創(chuàng)了科學(xué)教育中一種樸實無華的風(fēng)氣，在教師隊伍中帶出了一個致力于創(chuàng)制低成本、高智慧和高教育價值的教學(xué)資源的自制教具愛好者群體。學(xué)科融合、跨學(xué)科實踐、項目式學(xué)習(xí)、STEM教育、創(chuàng)客教育，這些別人眼里的挑戰(zhàn)，在自制教具愛好者那里早已是教與學(xué)的常態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、實踐能力的目標(biāo)，甚至都無須專門提及。
如果硬要說那些都是舶來品，則有必要普及一個基本的事實，那就是它們經(jīng)陶行知、朱正元這樣的先賢傳入中國后也早已本土化，并且得到發(fā)揚光大。只不過作為教育工作者，我們都要提醒自己，在埋頭腳下的時候，也需要時不時遙望星空，避免走遠(yuǎn)了之后忘記為什么出發(fā)。
中小學(xué)的實驗教學(xué)如何走出學(xué)校課堂、實驗室，鏈接社會大課堂、搭建大平臺？
鄭永和：面對科學(xué)教育實驗教學(xué)薄弱環(huán)節(jié)，建議以落實新課標(biāo)為契機，高度重視科學(xué)實驗教學(xué)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的基礎(chǔ)性作用，在學(xué)校層面加強課程方案的統(tǒng)籌設(shè)計，從評價、教師、保障等多個層面統(tǒng)籌布局、綜合施策，全面鏈接社會大課堂，搭建社會資源發(fā)揮作用的大平臺，通過加強教師隊伍建設(shè)和調(diào)動社會力量，全面提升實驗教學(xué)能力。
一是加強學(xué)校層面課程方案的頂層設(shè)計。對小學(xué)科學(xué)、信息科技、勞動以及綜合實踐等課程進行系統(tǒng)規(guī)劃，強化學(xué)科協(xié)同育人功能，通過適當(dāng)?shù)膶W(xué)科融合，緩解實驗課時不足的問題。做好課內(nèi)外實驗教學(xué)的銜接設(shè)計，利用課后、周末的科學(xué)活動實施大量與核心課程相關(guān)聯(lián)的主題實驗教學(xué)，通過暑期、寒假開展以深化核心課程學(xué)習(xí)為目標(biāo)的深度實驗教學(xué)。通過教學(xué)時間分配的頂層設(shè)計，統(tǒng)籌組織好科學(xué)教育的實驗教學(xué)。學(xué)生考核評價適當(dāng)增加過程性、能力性和應(yīng)用性考察，突出實驗?zāi)芰蛯嵺`能力，關(guān)注科學(xué)實驗對科學(xué)興趣、科學(xué)信念的影響。
二是加強師資隊伍建設(shè)。加大科學(xué)教師培養(yǎng)力度，提升科學(xué)教師隊伍培養(yǎng)的質(zhì)量與數(shù)量。重視科學(xué)教師專業(yè)發(fā)展，將提升科學(xué)教師的實驗教學(xué)信念和能力作為關(guān)鍵目標(biāo)，加大實驗教學(xué)在科學(xué)教師培訓(xùn)中的力度。強調(diào)實驗教學(xué)的結(jié)構(gòu)性和進階性，促進教師的實驗教學(xué)設(shè)計系統(tǒng)化規(guī)劃。提高教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力，充分發(fā)揮信息技術(shù)在實驗教學(xué)中對現(xiàn)象呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、結(jié)果分析等方面的價值，為教師高質(zhì)、高效實驗教學(xué)的開展提供支撐。提升科學(xué)教師鏈接社會資源的能力，帶領(lǐng)學(xué)生走進田間地頭、企業(yè)生產(chǎn)線、科研現(xiàn)場，拉近學(xué)生與科學(xué)家、工程師、科研工作的距離，用生動的現(xiàn)實生活和科研實踐激發(fā)學(xué)生對科學(xué)實驗和創(chuàng)新實踐的興趣和動機，拓寬鄉(xiāng)村地區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)學(xué)生獲得優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)資源的渠道。
三是促進社會資源和科技資源向?qū)嶒灲虒W(xué)轉(zhuǎn)化。搭建社會資源服務(wù)中小學(xué)科學(xué)教育的大舞臺，為科技界服務(wù)青少年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供平臺。明確國家重大科研項目、重大科技工程的科普責(zé)任，形成社會多元化建設(shè)實驗教學(xué)資源的生態(tài)，借鑒“天宮課堂”“科普大篷車”等模式，推動科研機構(gòu)、科技館、高校實驗室普遍設(shè)立面向青少年的科普實驗活動。建立國家實驗室、大科學(xué)設(shè)施等面向?qū)W校常態(tài)化開放與服務(wù)機制。建立以學(xué)校為主體，家庭、社會共同參與的多主體協(xié)同促進科學(xué)教育機制。鼓勵教師利用日常生活中的常見器材開展實驗教學(xué)，建立當(dāng)?shù)靥厣Y源（如校外活動場所、生態(tài)環(huán)境基地、農(nóng)村生產(chǎn)基地、科技館、博物館、科技企業(yè)等實踐場所及其設(shè)施）融入科學(xué)教育的機制，建設(shè)校外科學(xué)實驗基地，讓學(xué)生體會科學(xué)與人類社會生產(chǎn)、生活之間的緊密聯(lián)系。
