一枚舊洗衣機上的定時旋鈕，一節摩托車的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）》的重要教學內容，更是提升青少年科學素養、培養創新人才的重要途徑。對此，教育部早在2019年就發布了《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，激發青少年崇尚科學、探索未知的興趣？
培養動手能力、創新思維，離不開實驗教學
談起創新人才培養，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、動手能力歷練，有助于一個人形成求實求真的做事風格，養成創新的思維習慣。
那么，如何激發孩子的科學興趣、培養動手能力？“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、養成科學的思維方式，還能提高他們的動手實踐能力，培養勇于質疑、樂于創新的科學態度。”
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，實驗教學是培養學生核心素養的重要載體，核心素養包括創新實踐、技術應用、批判質疑、理性探究等，不是光靠做題就能培養出來的，一定要突出實踐導向，強調手腦結合。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學、科學關鍵能力素養位列79個參測國家（地區）第一名，但現實中，我國中小學生在動手實踐、問題解決、創新創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，實驗教學如何發揮育人功能？浙江省鎮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，對培養學生的創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，有助于他們養成嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態度。”
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。但現實中，中小學實驗教學還存在一系列現實問題。”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研。她發現，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，自己在某經濟發達城市十多所初中調研發現，當地硬件條件較好的學校，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短缺，導致許多實驗教學無法按計劃開展。
在經濟薄弱地區和鄉鎮學校，實驗教學資源和人員不足的問題更加突出。一名鄉鎮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出身，對科學課程內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范性和熟練度，涉及實驗設計、實驗分析、合作探究、創新思維的內容很少，無法準確反映學生的實驗能力與科學素養，難以發揮評價的診斷、激勵和促進作用。有針對性的實驗教學評價體系亟待開發。”
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節體悟科學奧妙、激發創新活力？
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，創新實驗室管理機制，提高實驗室使用效率，由專業學科教師擔任實驗室管理工作。同時，在信息化的當下，應創新科學實驗教學裝備，特別要重視研發低成本、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節，也要為教師提升實驗教學能力給予更多支持。“許多老師，尤其是畢業后剛入職的青年教師，自己都不會做課本里的實驗，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實驗教學資源研發團隊，建立跨學校實驗教學資源共享平臺，通過網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，創新優秀實驗教學經驗。一是總結凝練實驗教學數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，激發學生的探究興趣和創新思維，促進知識建構與遷移，培養實踐創新意識。
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秀做法。
在浙江省鎮海中學，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。
作為一所鄉鎮學校，四川省宜賓市來復鎮中心小學校近年來利用當地自然條件資源，因地制宜開展了一系列農業實驗活動。比如組織養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芽率之間的關系、嘗試種植小麥了解植物生長發育過程……
“上好一堂實驗課，需要教師聚焦核心素養的培育，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，相信科學教育生態和創新人才培養一定會迎來積極轉變。”鄭永和表示。