提升科学教师实验教学能力

◇张尊国（山东：泰安市教育科学研究院）

实验是自然科学发展的基础。实验教学是一种更科学、合理的教学方法，是科学教学中不可缺少的部分。实验教学能力是小学科学教师的基本能力和素养。基于核心素养培育的小学科学教学，要通过实验教学落实2022年版《义务教育科学课程标准》提出的课程理念，培养学生科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等科学素养，发挥科学课程的育人价值。

通过泰安市小学科学实验教学能力大赛，可见实验创新精彩纷呈。所有选手都能够认真研究教材提供的实验，对实验装置或器材进行改进，创新性使用新技术、新材料，极大地提高了实验数据的准确性和实验效果。例如：使用变温油墨做热实验；
使用固定装置做影子实验；
自制封闭实验装置做风的形成实验；
选择金属制作的实验装置做热胀冷缩实验。在竞赛中，数字化实验的价值得到认同。由于缺少软硬件环境，大多数选手对于数字化实验不熟悉，但通过大赛的推动，多数选手学习网络上数字化实验教学资源和大赛组委会推送的学习资源，认同并基本完成数字化实验展示内容。教师在竞赛中的实验教学说课完整规范。绝大多数选手能够结合2022年版《义务教育科学课程标准》的要求，精心设计说课内容，说课环节完整翔实，教学反思真实有效。同时，竞赛也暴露了教师实验教学中存在的问题。

（一）对实验原理探究不深

小学科学实验不是“试验”，而是对已有的科学结论进行验证，但并不是机械地完成实验的各个步骤。教师不仅要完成实验教学任务，更应该研究实验中隐含的科学原理，引导学生提出有价值的科学问题。例如：在研究空气成分的实验中，当蜡烛熄灭后，要往水盆中加水，使饮料瓶内外水面平齐。所有选手的操作步骤都比较规范，却没有说明其中的科学原理。再如：在食盐溶解实验教学中，设计对比实验必须确保同样质量的溶液、食盐，在此基础上设置是否搅拌、溶液温度高低、是否研碎食盐等对比实验条件，并据此得出全面而科学的结论。

（二）对实验数据分析不透

数字化实验使用了传感器、数据处理设备等，具有将定性实验升级为定量实验的优势，师生可以即时获得更加准确的数据，数据分析也更加具象化。本次比赛中，选手对于数据的分析不细致、不深入、不系统，盲目追求结论，不利于发挥数字化实验的优势。

（三）对教学语言运用不熟

著名教育家苏霍姆林斯基说过：“教师的语言素养在极大程度上决定着学生在课堂上的脑力劳动的效率。教师的言语是一种什么也代替不了的影响学生心灵的工具。教育的艺术首先包括说话的艺术，同人心交流的艺术。”讲授能力是教师的第一能力，其核心是语言能力。实验教学不仅是操作，还需要教师精当讲解与巧妙点拨。在比赛中，有的选手用语混乱，语言不严谨；
有的声音太小，像自言自语；
有的语言平淡，缺乏激情。不当的语言运用使得实验教学效果大打折扣。

（四）教师科学素养有待提升

小学科学知识深度不深，难度不大，但对教师的科学素养要求却较高。本次大赛中，个别选手科学素养不高，出现了知识性错误：有的选手将电池负极与负极相连，形成串联电路；
有的选手用40ml水溶解10克食盐得出了“一定量的水只能溶解一定量食盐”的结论，完全忽略了溶解度；
有的选手用气球作为容器，称量空气的质量，忽略了不能忽略的空气浮力造成的误差。

小学科学教师实验教学能力包括实验仪器使用能力、实验设计能力、实验实施能力、课外实验指导能力，是提高科学教学质量和促进科学教育发展的核心能力。

（一）实验仪器使用能力

实验仪器使用能力，是指熟练掌握测量仪器或工具的正确使用方法，以此来提升演示实验的能力，引领学生严谨求实，养成正确的测量习惯和证据意识。在使用实验仪器时，教师要精心准备，认真研究各种实验仪器的使用方法和使用注意事项，反复操作，确保使用效果。

（二）实验设计能力

实验设计能力，是指通过对新课标的研读、对教材中实验内容的分析、对学情的探查、对实验类别进行界定，并明确各类实验的基本教学要求，合理地组织和开展实验教学，探讨实验教学规律，促进实验教学水平的提升。

小学科学实验有多种不同的分类：根据实验目的，可以分为探究性实验、验证性实验、模拟实验、制作类实验等；
根据实验涉及的主要科学技能，可以分为观察实验、测量实验、分类实验；
根据实验教学组织形式，可以分为演示实验、学生分组实验、课外实验。在实验教学设计中，教师要根据教学目标，灵活地选择探究环节，开展实验教学设计，引导学生对一些科学现象和研究问题做出猜想和假设，然后再开展实验，以证实猜想是否正确。

（三）实验实施能力

实验实施能力，是指根据科学实验教学的规范和设计内容，有序开展实验教学，并在此过程中做好实验材料的准备与使用、学生实验技能的指导与培养、实验过程的动态评价与反馈，以落实实验教学目标。小学科学教师在实验实施过程中，要根据实验的内容和任务，合理分配演示讲解和学生动手实验的时间，处理好教师主导和学生主体两者的关系，尽可能在直接观察的基础上，借助于科学仪器，开展间接观察，获取证据信息，为总结实验结论做好铺垫。

（四）课外实验指导能力

课外实验指导能力，是指指导学生将课上实验拓展到课外生活中，用一些简单的仪器、材料开展科技综合实践活动，帮助学生提高动手实践能力，培养学生的科学习惯和科学兴趣，促使学生爱科学、学科学、用科学。

教师实验教学能力的高低，影响着小学科学实验教学的有效性。基于核心素养提升的小学科学教师实验教学能力提升，应系统施策，提升科学教师的实验仪器使用能力、实验设计能力、实验实施能力和课外实验指导能力。

（一）以培训促提升

小学科学教师要充分利用国家中小学智慧教育平台和教育专网等数字资源，促进自我专业发展和数字素养提升。各级教研部门应对科学教师开展包括《关于加强和改进中小学实验教学的意见》、新课程标准在内的通识性培训，开发并推送实验教学的培训资料与视频资源。通过培训，拓展其在教育心理学、科学哲学等学科理论等方面的知识基础，转变实验教学理念和认识，系统掌握科学学科教学知识，具备设计和运用探究式教学、项目式教学、跨学科教学等新教学方法的教学实践能力。科学教师要熟练使用各种技术工具、实验设备和教育装备、新技术，熟知科学现象背后深层次的科学原理，拓展实验教学知识和技能，不断更新自身知识体系。在培训指导小学科学教师设计实验时，要引导其围绕核心概念组织实验教学，提供证据支持。突出核心概念在真实情境中的应用，加强知识学习与现实生活、社会实践之间的联系，实现学生对核心概念的深度理解、有效建构和灵活应用。

（二）以活动促提升

组织开展实验教学能力大赛、观课评课、课例打磨、现场说课、在线研讨、展示数字化实验装置等教研活动，关注科学教师实验教学中对科学思想的挖掘和科学方法的提炼效果，分析实验教学过程的科学性、简明性、安全性，进一步明确实验教学的目标，引导教师从简单的实验操作到综合运用传感器、单片机、激光切割、3D打印等技术手段优化创新实验设计，发挥优秀实验教学课例、优秀教具、实验说课的示范引领作用。要进一步发挥实验能力大赛的竞赛效应，严格执行“介绍实验器材—操作演示—介绍实验步骤—描述实验现象—说出实验结论—整理实验器材—填写实验报告”的基本流程，将比赛内容融入平时的教学实践，为科学教师搭建一个专业的成长平台。在观课评课活动中，要关注实验教学中教学知识的难度，切忌将小学科学实验课上成初中理化生实验课。要遵循小学生的认知规律和水平，注重激发学生认知冲突，创设真实情境，以驱动性问题引导学生像科学家一样经历实验探究的过程，获取真实的证据和精准的数据。

（三）以研究促提升

要增强小学科学教师的核心素养意识、学习者中心思维，引导小学科学教师深入开展实验教学研究，不断丰富实验教学内容，鼓励创新设计实验，有机融合信息技术、增强现实、虚拟现实和数字化实验仪器等技术手段，对教具进行数字化改造，促进学生的精准探究，开发系列化的STEM、创客、人工智能等特色实验项目、校本课程和社团活动等配套教学资源。例如：在探究性实验设计中，教师要根据学生的实际探究水平来定位实验活动的探究水平，使探究实验的开展成功、有效。这有利于学生科学探究能力的形成，有利于保护学生科学探究的积极性，适合学生的身心发展。小学科学教师可以深入研究实验器材使用课，让学生了解常见的实验器具，知道简单器具的功能和使用方法；
利用身边的材料和简单器具，动手完成简单任务，从而掌握使用实验器材的方法和操作技能，帮助学生从生活走向科学，从科学走向社会，了解身边的世界。

（四）以管理促提升

要按照课程标准和实验教学目录开足开好实验课。将实验教学作为课程体系的重要内容纳入学科教学基本规程，购置数字化实验器材与设备，建立健全实验教学常规管理制度和流程，做细实验教学计划、准备、实施和考核等环节管理，引导科学教师反思实验教学效果，总结和创新实验教学经验，改进实验教学，确保实验教学时间，保证实验教学质量。小学科学教师要制定实验教学方案，明确课外实验指导要求，注重个人教学语言的锤炼和训练。讲解要与演示恰当配合：讲解要抓住重点、难点和关键；
语言要精辟、简要、准确；
操作要熟练、规范。引导学生在实验中感受科学之美，促进学生积极参与、主动探究。

小学科学是一门综合性基础课程，肩负着发展学生科学能力、培养学生科学态度和社会责任、为其终身发展奠基的伟大使命。提高小学科学教师实验教学能力，对于落实学科理念、培养创新性科技人才具有重要的基础意义。