中學實驗教學改革路徑探索

■ 徐軍民 劉 琴 張志勇 宿寶林

黨的十八大以來，提高學生綜合能力素質(zhì)，著力提高教育質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，成為教育發(fā)展的不懈追求。教育部《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》 （教基〔2019〕16號）中明確要求全面深入貫徹落實黨的現(xiàn)代教育方針，把立德樹人作為根本任務，大力發(fā)展素質(zhì)教育，努力構(gòu)建與國家課程標準總體要求相適應的學科實驗教學課程體系。當前，更好地培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力已成為新時代教育的主題。在新時代背景下，不斷讓學生更好地融入社會，學會用身邊資源來認識和理解所學知識，不斷激發(fā)好奇心、求知欲和探索創(chuàng)新精神，樹立遠大理想，關心國家發(fā)展，關注社會變革，是當下教育的關注點。實驗教學課程是近年國家教育課程改革方案和國家課程標準明確規(guī)定的重要教學內(nèi)容，是培養(yǎng)各類創(chuàng)新人才的一條重要途徑?，F(xiàn)有學校基礎實驗受到課時、場地、器材、學生知識水平等多方面因素制約，再加上長期以來由于升學考試、教師缺編等各種原因?qū)е聦嶒灲虒W存在教學廣度和深度不夠、時空資源缺乏和學生探究創(chuàng)新能力較差等兩方面問題，學校急需改變這一現(xiàn)象。

安丘市青云雙語學校在實驗教學中注重實效，不斷強化培養(yǎng)學生理論實踐活動操作、情境實踐體驗、探索實踐求知、親身體驗感悟和自主創(chuàng)新思維創(chuàng)造等素養(yǎng)，不斷提升培養(yǎng)學生觀察思維能力、動手操作實踐能力、創(chuàng)造性邏輯思維能力和學生團隊協(xié)同合作能力，培養(yǎng)學生的實驗興趣愛好、創(chuàng)造精神、科學素養(yǎng)和意志品質(zhì)。在實踐中，探索出了一條“基礎”“拓展”“變革”三位一體實驗教學育人路徑，有效提升了初中實驗教育教學質(zhì)量。

一、實驗教學改革的基本內(nèi)容——“三位一體”實驗育人體系

對實驗教學現(xiàn)狀調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)雖然學生實踐能力在過去不斷改革中有所提升，但仍存在三個突出問題：一是基礎性實驗課程在落地國家實驗課程標準過程中存在內(nèi)容不全問題；二是實驗教學方式單一、動力不足問題；三是學生探究能力、創(chuàng)新思維較差，尤其是對國家、社會前沿知識與技術(shù)在實驗中的應用知之甚少?；谝陨蠁栴}，結(jié)合實際，學校在實驗教學方面探索出了“三位一體”實驗育人體系（如圖1所示）。

圖1 學?！叭灰惑w”實驗育人體系

“三位一體”實驗是指實驗教學開展“基礎”“拓展”“變革”三個不同類型的實驗?；A性、拓展性和變革性三類實驗在教學內(nèi)容上分別對應國家實驗課程、拓展實驗課程及體現(xiàn)科技前沿知識和最新技術(shù)成果的實驗課程（體驗課程），構(gòu)成了完備的實驗教學內(nèi)容體系。與之對應的教學方式分別側(cè)重于教師的教、學生的學和學生的體驗，價值指向為“面向?qū)W校人人發(fā)展”“面向?qū)W校、社會和家庭需要”“面向國家急需”而培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的優(yōu)秀學生。三者同時存在相互融合、共同促進的關系，形成一個實驗教學整體體系。

（一）基礎性實驗

基于提高學生基本綜合實驗素養(yǎng)和應對中考實際需求，對目前初中實驗教材中已經(jīng)涉及使用到的初中物理、化學、生物等多個學科實驗教材指定實驗進行分類整理匯總，概括為演示性實驗和探究性實驗。

根據(jù)不同實驗內(nèi)容及要求，設計《實驗操作手冊》，對實驗標準、實驗準備、實驗步驟、實驗實施、實驗數(shù)據(jù)收集及實驗評估等進行梳理，印刷成冊，師生人手一本，指導學生實驗使用。

針對演示性實驗，實驗教師專門制作演示實驗指導視頻，涉及的實驗全部錄制成微視頻，教師在課堂上與學生一同觀看，教師指導學生模擬實驗，學生熟知實驗相關要求，同時能用語言科學準確陳述實驗過程，鍛煉學生實驗表達能力，為探究性實驗奠定基礎。

探究性實驗主要是去實驗室動手操作，以小組為單位，根據(jù)實驗手冊和實驗視頻要求，分小組每個學生輪流動手實驗，相互進行實驗評價。學校專門制定《實驗操作規(guī)范》 《實驗評價細則》，不斷引導學生實驗操作的科學化。

（二）拓展性實驗

1.家庭拓展類實驗。我校教師從日常家庭生活實際中挖掘?qū)W生能夠用于實驗的素材，以家庭實驗項目學習的形式引導學生在家建立“微實驗室”“實驗家庭角”等實驗區(qū)域。通過引導學生操作豐富多彩的居家小實驗，使課堂實驗教學延伸到了學生家庭生活，不斷拓寬實驗學習空間，激發(fā)學生居家參與小實驗的興趣，拓寬他們發(fā)現(xiàn)問題的視野和提出家庭實驗中解決問題的視角。結(jié)合不同的學科知識，各實驗學科不斷開展豐富多彩的家庭實驗，如化學家庭小實驗“自制碳酸飲料”“紫薯來變臉”“‘生氣’的雞蛋”等，物理自制“吸塵器”“會吃雞蛋的瓶子”等，生物實驗教師團隊對節(jié)假日中關于家庭實驗實踐活動進行了整理，不斷對實驗課程資源進行整合利用。

2.課堂拓展類實驗。老師深入學科理論研究，挖掘現(xiàn)有教材的隱性實驗內(nèi)容，拓展不同實驗，創(chuàng)造一切學習機會，讓全體學生放手去做拓展新實驗。如，地理課上，教師為了更好地解釋抽象知識，自制實驗教具《太陽直射點移動演示儀》，通過動手模擬來更好理解所學知識。又如，物理課上，為了讓學生明確浮力產(chǎn)生原因，教師利用生活中常見的乒乓球?qū)Ψ桨高M行優(yōu)化，既讓學生們在實驗中動起來，又讓他們對所學知識有了更深刻的感受?；瘜W課上關于木炭吸附性實驗，由于固液混合導致現(xiàn)象不夠清晰，且時間過長，于是教師利用生活中常見棒棒冰殼對裝置進行了改進，既縮短時間，現(xiàn)象又非常明顯，關鍵是便于分組實驗，激發(fā)了學生創(chuàng)新的意識，讓學生感受到創(chuàng)新并不難，可來源于我們周圍生活。

3.社團拓展類實驗。各實驗學科分別組織形成了不同社團，根據(jù)不同的活動主旨，開展不同興趣的探究活動。如，“撬動地球”社團開展過天文臺觀測月球、日地月運行演示、地理實驗DIY、旅游路線設計模擬等。這些拓展實驗既促進了課堂實驗教學，鞏固課堂知識，又拓寬了學生的實驗視野?！捌綍r化學家”社團走進開放實驗室，利用氧化還原反應創(chuàng)新小實驗“交通燈”。他們對實驗進行不同設計、反復實驗、不斷分析總結(jié)，整個過程從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題，很好地提高和培養(yǎng)了學生勇于質(zhì)疑、探究、創(chuàng)新的科學素養(yǎng)，提升了利用所學知識對問題進行綜合處理的能力。

4.數(shù)字化拓展類實驗。有些實驗單純的宏觀現(xiàn)象導致得出的實驗結(jié)論不夠精準，實驗效果不明顯等特殊情況。教師選取若干實驗內(nèi)容進行一些數(shù)字化拓展改進，增補實驗時的空白，讓全體學生在實驗中共同見證微小細節(jié)變化，放大反應發(fā)生時的現(xiàn)象。這樣會有利于學生更清晰地分析實驗現(xiàn)象，進而得出實驗結(jié)論。如，化學課上關于氫氧化鈉與二氧化碳的反應無明顯現(xiàn)象，難以判斷反應是否發(fā)生。這時，利用數(shù)字化傳感器測出壓強、溫度、PH等數(shù)據(jù)的變化，可以準確判斷反應的發(fā)生，鍛煉師生積極利用各種科技手段主動進行科學探究的綜合能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

5.生態(tài)拓展類實驗。生態(tài)拓展類實驗主要是以生態(tài)實踐為主題進行實驗分類。如在冬暖式大棚提高果蔬產(chǎn)量社會實踐調(diào)查實踐活動中，我們拓展了“大棚實踐解釋溫室效應”“對不同農(nóng)作物需求不同化學肥料的調(diào)查”“光源對提高農(nóng)作物產(chǎn)量要求”等實驗，組織學生一起走進社會，走進“生態(tài)校園”，感受大自然的美好，有效提高實驗學生生態(tài)創(chuàng)新知識應用實踐能力，培養(yǎng)了學生的社會責任感。疫情特殊時期，學校通過云游科技、創(chuàng)新實踐，提供實驗創(chuàng)新網(wǎng)址，組織全校學生一起云游美麗中國、科技館等多樣化的空中生態(tài)實踐實驗活動。

（三）變革性實驗

1.物種標本制作。變革性實驗重視學生的勞動教育，在實驗過程中，讓學生將自己周圍的基本植物帶到學校實驗室。實驗期間，教師與學生們一起動手制作基本物種分類標本，分別分類梳理排列出植物葉、花、莖、果、根五種系列植物標本，定期組織進行實驗成果征集展示，培養(yǎng)學生們對農(nóng)業(yè)和物種的深刻認識，培養(yǎng)他們對保護大自然的深厚熱愛之感情，在日常生活中保護生物的多樣性，培養(yǎng)學生的動手實踐能力。

2.鄉(xiāng)村“農(nóng)作物”實驗。為了增強學生對農(nóng)作物的認識，在國家大力推進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的當下，學校將不同農(nóng)作物的功能、播種規(guī)律及嫁接等方面的知識，通過實驗的形式讓學生明確科學技術(shù)在生活中的應用。通過與學生進行互動，增強學生熱愛土地、關注農(nóng)村的熱情。

3.人工智能版實驗。隨著人工智能等新技術(shù)逐漸走入人們?nèi)粘Ｉ?，學校通過組織開展微機編程、3D激光打印、機器人等專業(yè)課程，引導在校實驗學生參加各項專業(yè)技能訓練大賽，通過各種比賽評獎促進教學、以賽提學等路徑培養(yǎng)學生的人工智能技術(shù)能力和素養(yǎng)。

二、“三位一體”實驗育人路徑的實踐探索

實驗育人路徑從教師“教”和學生“學”兩個角度入手。

（一）參加優(yōu)質(zhì)培訓，構(gòu)建和諧團隊

學校以“青云課改大講堂”作為培訓學習的主陣地，精心策劃學習主題，有目的地組織開展各類學術(shù)研討會和培訓教育等活動。還聘請教育專家教授等對國家課程標準、學科教師核心技術(shù)素養(yǎng)、課堂教學方法改革理論實踐等問題進行專門技術(shù)專題培訓指導，邀請相關專業(yè)教育技術(shù)人員對學校教師全體團隊成員進行技術(shù)培訓，提高教師從事數(shù)字化教育實驗的相關專業(yè)技能，為推進數(shù)字化教育實驗教學改革提供有力幫助。團隊成員不斷通過外出交流學習，提升專業(yè)素養(yǎng)。將學習到的優(yōu)秀教學成果經(jīng)驗、基于課程標準的先進教學方法理念的應用于我校的實驗改革，取得了較好的實驗成效。學校通過“請進來，走出去”雙管齊下的專業(yè)師資素養(yǎng)培訓方式，全面提升了教師自身的學科核心素養(yǎng)。

為了提高團隊技能，學校積極開展了各種實驗技能大賽、實驗講課大賽。通過講課、賽課、公開課、觀摩課、示范課等各種實驗比賽活動，讓團隊成員積極參與、開展互動理論交流及研討，既有效地提高綜合業(yè)務專業(yè)知識能力，又有效地提升了團隊實驗技能。團隊成員不斷參加上級教育部門的各種優(yōu)課、微課和實驗精品課評選活動。在競賽評選活動中，教師專業(yè)知識與能力迅速提高?？傊?，開展各類實踐活動，整體提升了團隊整體實驗素養(yǎng)。

（二）加強基礎性、拓展性、變革性實驗教學研究，提高實驗教學理論廣度和研究深度

立足基礎性實驗，梳理出基礎性實驗教學標準及實驗操作規(guī)范，主題探究內(nèi)容主要圍繞學生學業(yè)水平考試做準備，以學生實際需求來獲得學生長久的興趣和專注力。基礎性實驗對培養(yǎng)學生實驗興趣，提高學生實驗動手能力打下堅實基礎。

在基礎性實驗的基礎上，通過開展以“學科素養(yǎng)”分類的家庭拓展類實驗、以“創(chuàng)新內(nèi)容”分類的課堂拓展類實驗、以“社團名稱”分類的社團拓展類實驗、以“學科主題”分類的數(shù)字化拓展類實驗、以“實踐主題”分類的大自然拓展類實驗等“五大類”拓展性實驗，有效地解決了實驗教學內(nèi)容廣度小和深度不夠，空間與時間缺乏等問題。

在行動研究中，開展面向國家急需的變革性實驗。響應振興農(nóng)業(yè)要求，開展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)實驗；培養(yǎng)智能時代的人，開展人工智能教育；響應振興工業(yè)，開展新工業(yè)技術(shù)體驗。強化變革性實驗研究，解決了學生實踐能力差，創(chuàng)新思維培養(yǎng)路徑單一的問題。

（三）開展課題研究，破解實驗難題

針對學校實驗工作的實際情況，各學科的實驗團隊會定期組織召開實驗學科專題論壇，引領全校實驗教師積極參與基于實驗問題研究解決的小課題理論研究，如《自行車中的物理“小原理”》 《物理實驗教學中電路圖的研究》 《地理教學“生活化”研究》《初中研學活動在生物實驗教學中的研究》 《初中化學優(yōu)化實驗設計方案的實踐與研究》等，破解了在實際教學研究中遇到的實驗教學難題。實驗團隊先后研究梳理設計出可以提高學校課堂教學效率的50多個小實驗問題，并進行小組大課題理論研究，更好地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。

（四）運用“三自主”實驗方法，提高學生探究水平

通過開展實驗研究與實踐，學生對自己身邊的學科問題越來越有興趣，新發(fā)現(xiàn)也越來越多，探究問題的欲望也越來越高。為了更好地培養(yǎng)學生動手實驗實踐創(chuàng)新能力、提升學生的學科素養(yǎng)，團隊研究采用了“三自主”動手實驗教學方法（如圖2所示），指導學生動手實驗，該方法依據(jù)當前實驗學科的基本實驗程序提出，即“自主提問題做假設、自主設計做方案、自主實驗做分析”。

圖2 學?！叭灾鳌睂嶒灧椒?/p>

如疫情期間即使在空中課堂上，我們也采用此方法展開實驗。先引導學生自主提出問題做假設、自己設計方案，通過線上組內(nèi)交流討論，確定方案的科學性，然后要求不同基礎的學生都要參與實驗，自主實施實驗并分析，從而獲取證據(jù)，得出結(jié)論。整個過程都體現(xiàn)了學生的自主性，體現(xiàn)了思維的進階型。為了更好地解釋有關現(xiàn)象，有的學生還利用身邊的物品對實驗進行了模擬與創(chuàng)新，充分培養(yǎng)了學生的自主綜合運用實驗分析技能，同時提升了自主創(chuàng)新意識與創(chuàng)新思維。

（五）建立實驗學習星級評價機制，以評促成長

實驗教學中采用五星級評價及過程和終結(jié)評價制度，注重學生成長過程，關注日常學習習慣養(yǎng)成，突出思考、發(fā)問、總結(jié)、改進。引進氚云管理平臺，啟用“低代碼開發(fā)”方式，實現(xiàn)學生一生一“碼”，做到評價數(shù)據(jù)無縫銜接，平臺信息互通，實現(xiàn)即時評價與反饋。將學情數(shù)據(jù)與星級掛鉤計入綜合素質(zhì)和評先樹優(yōu)，激發(fā)學生自主成長。

（六）借助新技術(shù)，運用不同手段完成實驗任務

該項目從傳統(tǒng)的實驗教學走向基于現(xiàn)代化的技術(shù)創(chuàng)新，注重推動數(shù)字化實驗設計技術(shù)的推廣應用，拓展了實驗設計的創(chuàng)新研究視角。校內(nèi)演示實驗和探究實驗手段，在實驗過程中，主要是教師指導學生現(xiàn)場演示和以學生小組實驗形式組織學生參與實驗，體現(xiàn)了由認知到實踐的過渡;借助信息技術(shù)手段遠程實驗，充分利用各種現(xiàn)代電子信息網(wǎng)絡技術(shù)手段，實現(xiàn)實驗教學的可視化和智能化;大數(shù)據(jù)技術(shù)介入，通過與科大訊飛平臺合作，引進大數(shù)據(jù)平臺助力實驗教與學的針對性和實效性，通過數(shù)據(jù)對比與分析，確保實驗教學的科學性。為有效應對新冠疫情，實驗教師組織開通“空中實驗教學課堂”，開展線上“空中實驗教學”指導工作。采取了“培訓策略、視頻策略、動手策略、競賽策略、評價策略”五項教學策略方式開展“空中實驗教學”，對課堂教學、教研、實踐教學方式等都進行了重大創(chuàng)新。

三、成效與總結(jié)

“三位一體”實驗育人體系與實踐路徑落實了國家實驗課程標準要求，重構(gòu)了基礎性、拓展性和變革性三類實驗課程融合互補促進的實驗內(nèi)容體系，打造了以國家基礎實驗課程為主，校本拓展實驗課程和變革性實驗課程為輔的實驗育人環(huán)境，賦能了師生在三種實驗中解決問題的能力，促進了傳統(tǒng)實驗教學與拓展創(chuàng)新實驗的有機融合，提高了實驗教學的質(zhì)量和效果?！叭灾鳌睂嶒灧椒ㄍ七M并嫁接現(xiàn)代教育技術(shù)手段，順應國家政策呼喚，扭轉(zhuǎn)了師生在實驗教學過程中動力不足的局面，創(chuàng)新了培養(yǎng)創(chuàng)新人才的方式方法，提升了師生實驗素養(yǎng)和學校辦學質(zhì)量。為了更好地落實實驗教學改革，今后還要在理論研究方面進一步加深，關注國內(nèi)外前沿理論；探索實踐層面需要更專業(yè)化研究與實施；加強項目推廣和宣傳，讓實驗教學更好地服務于人和社會的發(fā)展，真正實現(xiàn)實驗育人的價值。