未來實(shí)驗(yàn)室：指向科學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)實(shí)踐

陳容

摘 要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的重要途徑，而依托現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室開展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與新課程改革的步伐不相匹配，建立未來實(shí)驗(yàn)室是科學(xué)教育發(fā)展的迫切需要?；诎踩浴⒔Y(jié)構(gòu)性、功能性與開放性原則，設(shè)計(jì)與建立具有“多元”“開放”“數(shù)智”“生活”特性的未來實(shí)驗(yàn)室，輔助教師在實(shí)施科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中促學(xué)生科學(xué)觀念的生成、科學(xué)思維的提高、探究實(shí)踐的開展、態(tài)度與責(zé)任的體悟，指向?qū)W生科學(xué)核心素養(yǎng)的綜合發(fā)展。

關(guān)鍵詞：未來實(shí)驗(yàn)室；小學(xué)科學(xué)教學(xué)；核心素養(yǎng)

近年，國家日益重視全民科學(xué)素質(zhì)發(fā)展，2021年出臺《全民科學(xué)素質(zhì)行動規(guī)劃綱要》；次年，教育部修訂《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，明確包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任在內(nèi)的小學(xué)科學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。小學(xué)科學(xué)課程中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的重要途徑，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展呼吁義務(wù)教育科學(xué)必須關(guān)切科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與使用。在硬件方面，實(shí)驗(yàn)室原配備的科學(xué)儀器難以全方面滿足新的課程與教學(xué)需求。如何結(jié)合新課標(biāo)的要求，讓科學(xué)實(shí)驗(yàn)室成為學(xué)生實(shí)現(xiàn)自主探索的場所，在安全、嚴(yán)謹(jǐn)、多元的實(shí)驗(yàn)操作中加深對知識的理解，促進(jìn)科學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展，成為科學(xué)教師應(yīng)當(dāng)關(guān)注的議題，“未來實(shí)驗(yàn)室”應(yīng)運(yùn)而生。

未來實(shí)驗(yàn)室是指以《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》為指導(dǎo)，為滿足未來教育的需求，以信息技術(shù)為支撐，以科學(xué)儀器、科學(xué)場景、科學(xué)交互平臺等為核心要素，以深度開放為手段，以全面提升科學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)為目標(biāo)，全面融合科學(xué)、數(shù)字與社會空間的新形態(tài)實(shí)驗(yàn)室。

未來實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)應(yīng)遵循安全性、結(jié)構(gòu)性、功能性、開放性的設(shè)計(jì)原則，形成以下特性：

一、“多元”未來實(shí)驗(yàn)室促科學(xué)觀念的生成

對高效學(xué)習(xí)的認(rèn)識，不應(yīng)只聚焦在學(xué)習(xí)的動作，而忽視或輕視了學(xué)習(xí)場景的效用，即學(xué)習(xí)發(fā)生的環(huán)境對學(xué)習(xí)效率的影響。通過對未來實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分區(qū)、組合與文化構(gòu)建，形成基本的學(xué)習(xí)場景，將使學(xué)習(xí)效率得到快速提高，有利于學(xué)生科學(xué)觀念的生成與內(nèi)化。

實(shí)驗(yàn)室的多元分區(qū)。未來實(shí)驗(yàn)室在空間上可分為互動教學(xué)區(qū)、器材存儲區(qū)、閱讀區(qū)、制作區(qū)和作品展示區(qū)等。

實(shí)驗(yàn)室的多元組合。校企組合，深化教改，實(shí)踐育人。設(shè)計(jì)兼具訓(xùn)練與教學(xué)功能的未來實(shí)驗(yàn)室，如木工實(shí)驗(yàn)室、車模訓(xùn)練室和建模實(shí)驗(yàn)室，促進(jìn)學(xué)生動手動腦，提升科技競賽能力。

實(shí)驗(yàn)室的多元文化。秉持融合理念，在文化融合中堅(jiān)持“創(chuàng)新”“綠色”“開放”“共享”。打造一條具有“創(chuàng)新”色彩的文化長廊，懸掛科學(xué)家事跡的掛圖，讓學(xué)生感受科學(xué)家敢于探索、崇尚真理的創(chuàng)造歷程；創(chuàng)造“綠色”主題的場景，融合綠色科技和生態(tài)農(nóng)業(yè)，展示學(xué)生綠色發(fā)展宣傳畫，設(shè)立動植物和諧發(fā)展的“生態(tài)區(qū)”，讓學(xué)生感受科學(xué)的應(yīng)用價值；營造“開放”“共享”的學(xué)科交流氛圍，提供學(xué)生分享科學(xué)創(chuàng)作作品的平臺。

二、“開放”未來實(shí)驗(yàn)室促科學(xué)思維的提高

實(shí)驗(yàn)室開放工作是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要的內(nèi)容，未來實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)應(yīng)具有開放性的視野。

實(shí)驗(yàn)專題研究的開放。開放實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，鼓勵學(xué)生自主選擇感興趣的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)專題探究，拓寬思路，給予學(xué)生充足的獨(dú)立思考的時間和空間，真正意義上將學(xué)生推到實(shí)驗(yàn)的主導(dǎo)者，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，極大調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

實(shí)驗(yàn)人員的開放。在“雙減”下，充分利用430素質(zhì)托管時間，允許志趣相投的學(xué)生跨班級組隊(duì)，預(yù)約進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，加強(qiáng)班際交流，營造良好的學(xué)習(xí)氛圍，建立和諧的教學(xué)新生態(tài)。同時，開放型實(shí)驗(yàn)室也能促進(jìn)教師專業(yè)素養(yǎng)的提高，教師能靈活利用時間進(jìn)行教研，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)水平的再發(fā)展與再創(chuàng)造。

實(shí)驗(yàn)儀器的開放。教育裝備是“用、建、配、管、研”，用好實(shí)驗(yàn)裝備才是關(guān)鍵。未來實(shí)驗(yàn)室中，教師在講解指導(dǎo)點(diǎn)到為止，在實(shí)驗(yàn)材料的選擇上，讓學(xué)生自主選擇，學(xué)生依托自動管理的系統(tǒng)，自選實(shí)驗(yàn)儀器，真正在操作中形成合理的實(shí)驗(yàn)方法，有序的實(shí)驗(yàn)步驟，了解和掌握多樣實(shí)驗(yàn)儀器的功能作用，同時促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成儀器整理的習(xí)慣，樹立愛護(hù)器材的意識。

三、“數(shù)智”未來實(shí)驗(yàn)室促探究實(shí)踐的開展

實(shí)驗(yàn)室采用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)與5G等先進(jìn)技術(shù)的不斷迭代和成熟，將基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、硬件、軟件等進(jìn)行有效聯(lián)通，做到實(shí)驗(yàn)室的人、物、環(huán)境三位一體，實(shí)現(xiàn)資源和信息互聯(lián)共享，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室資源最大化合理利用，打造校內(nèi)創(chuàng)新研究的開展平臺。

分析智能化。實(shí)驗(yàn)室智能化管理成為實(shí)驗(yàn)室未來發(fā)展的主要話題。物聯(lián)網(wǎng)讓實(shí)驗(yàn)室會“反饋”：一方面，實(shí)驗(yàn)室的智能化管理，為學(xué)生提供良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；另一方面，實(shí)驗(yàn)室的智能化管理，為學(xué)生提供服務(wù)與監(jiān)督。

傳感器的教學(xué)應(yīng)用。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室能發(fā)揮出巨大作用，引入傳感器等數(shù)字儀器，學(xué)生經(jīng)歷對比傳統(tǒng)儀器與數(shù)字化儀器，感悟數(shù)字化儀器的便利性、可視化程度較高。數(shù)字化儀器不僅能增強(qiáng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，大幅減少傳統(tǒng)儀器的誤差；還能使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可視、可測，減少將人作為測量工具伴隨的個體誤差，從而促進(jìn)學(xué)生從感性認(rèn)知邁向理性認(rèn)知。

信息資源共享。“數(shù)字化云資源實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”，以“平臺＋終端＋服務(wù)”為基礎(chǔ)的研發(fā)理念，整合海量資源，融合云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感等新一代信息技術(shù)，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息服務(wù)及神經(jīng)元等融入學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理的各個應(yīng)用領(lǐng)域。

四、“生活”未來實(shí)驗(yàn)室促態(tài)度與責(zé)任的體悟

從根本上說，我們研究自然是由于自然知識饋贈給我們預(yù)測和改變自然的能力。教師有普及科學(xué)和科學(xué)教育的責(zé)任，學(xué)生作為人類命運(yùn)共同體的一員，應(yīng)該秉承科學(xué)態(tài)度，有改善社會生活的責(zé)任。

以科學(xué)態(tài)度改善生活?？茖W(xué)態(tài)度體現(xiàn)在保持好奇心和探究熱情、樂于探究和實(shí)踐、有基于證據(jù)和邏輯發(fā)表自己見解的意識，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、樂于分享。學(xué)校依托未來實(shí)驗(yàn)室，錄制了一系列關(guān)于科普宣傳的視頻和廣播資源。例如：科學(xué)指導(dǎo)“課間餐”的選擇，結(jié)合食物中的六大營養(yǎng)和2023年中國居民平衡膳食寶塔為學(xué)生課間加餐提供科學(xué)指導(dǎo)；科學(xué)助力班級文化建設(shè)，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的植物生長所需條件及植物向光性等知識，為班級綠化角進(jìn)行科學(xué)選址。

以社會責(zé)任引領(lǐng)生活。在科學(xué)方面，以社會參與的角度剖析責(zé)任擔(dān)當(dāng)，引導(dǎo)學(xué)生熱愛并尊重自然，具有綠色生活方式和可持續(xù)發(fā)展理念及行動。在不斷“走出去”“帶回來”之中，構(gòu)建理想新生活。試點(diǎn)學(xué)校毗鄰河涌，河涌水質(zhì)及河涌旁環(huán)境是科學(xué)學(xué)習(xí)的素材，學(xué)生爭當(dāng)小河長，對水質(zhì)、水中污染物等進(jìn)行觀察記錄，并取樣帶回實(shí)驗(yàn)室研究，思考水質(zhì)凈化方法，撰寫研究報告，提出改進(jìn)方法并送相關(guān)部門，滿足社會的需求，努力為實(shí)現(xiàn)“一灣溪水綠，兩岸荔枝紅”做出一份貢獻(xiàn)。

綜上所述，未來實(shí)驗(yàn)室的建立與教育裝備的完善，客觀上可以更好地從軟、硬件方面提升小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。在實(shí)施科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，科學(xué)教師應(yīng)以發(fā)展學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)為教學(xué)出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)與教材內(nèi)容匹配運(yùn)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化裝備與課堂教學(xué)的有效融合，使學(xué)生在操作中提高探索能力，綜合發(fā)展學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。

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