中小學實驗課程的價值意蘊

丁偉 | 華東師范大學教師教育學院副教授

習近平總書記在黨的二十大報告中強調，必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略。教育是科技興旺、國家強盛的基石。科技興旺的根本要靠科技人才，科技人才的培養歸根結底要靠高質量教育。基礎教育是科技教育發展的戰略重點，是科技人才培根鑄魂的關鍵時期。

正確定位并高度重視中小學實驗課程的育人功能

建立既扎根又超越學科知識的育人課程體系，是基礎教育追求的目標，也是建設高質量基礎教育體系的核心內容。目前中小學科學教育中存在的關鍵現實問題，是忽視了實驗課程的功能，不清楚如何通過實驗課程將學科知識理論轉化為學習者的核心素養。高質量的科學教育依賴于高效的教學方式和學習方式，單純地靠教師傳遞講授和學生惰性接受的學習方式并不能實現最理想的教育效果，需要結合以“實踐活動”為基本學習方式的實驗課程，將理論知識與實踐應用相融合。《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》強調變革育人方式，突出實踐，注重“做中學”，引導學生參與學科探究活動，經歷發現問題、解決問題、建構知識、運用知識的過程，體會學科思想和方法。

實驗活動是科學知識和技術應用的基本習得方式

實驗是自然科學研究最重要、最基本的方法之一。實驗過程中，通過借助科學儀器等拓展人類感知覺器官的工具設備，可以對所探究問題的答案提出猜想、設計方案、控制變量，研究自變量對因變量的影響，基于證據推理來回答問題，揭示問題的本質。《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》明確，科學、生物、地理、物理、化學等自然科學學科，應以實驗活動為基本教學方式和學習方式。這些學科的學習不僅包含在教室里學習學科知識的理論課程，還包含在實驗室里通過學生親自動手操作應用科學技術的實驗課程，二者相輔相成，不可分割。中小學實驗課程不僅加強了教科書上的知識內容與真實實驗情境的聯系，還能夠有效促進學生對課程知識理論的深入理解并轉化為科學問題解決的能力。

中小學實驗課程是學生在教師指導下，在物理、化學、生物、地理等自然科學學科實驗室里，根據課程標準的要求和教科書中的內容，應用學科知識和科學方法對特定問題展開探究，經歷現象觀察、儀器測量、證據分析、推斷結論等基本環節的科學實踐課程。目的在于增加學生從事科學實驗的體驗和見識，培養學生初步運用科學實驗方法觀察、探索客觀物質運動現象和規律的基本能力，體驗并學會像科學家一樣從事科學研究的工作方式和思維范式，養成基于科學實驗活動來理解科學知識和掌握科學技術的基本學習習慣。

實驗活動不僅可以讓學生學會應用科學知識，鞏固和擴展課堂上學過的理論內容，遵循科學規范，運用實驗技術，從事科學探究，同時還可以激發學生的學習熱情和興趣，陶冶科學品性，建立科學觀念，培育科學素養。

中小學實驗課程是高質量基礎教育的重要組成

中小學實驗課程和理論課程共同實現全面育人宗旨。實驗課程是將“培養什么樣的人”和“如何培養人”的教育理想從觀念轉化為現實的中介。基礎教育中有關自然科學的課程，都包含了理論內容與實驗內容。作為完整學科課程的重要組成部分，實驗課程具有動態性、生長性，可以將系統的科學知識轉化并改造成中小學生的個體經驗，落實全面育人。

實驗活動創生了促進中小學生知識理解的真實情境。在任何情境里，一個因素就其本身而言可能是沒有意義的，它的意義事實上由它和既定情境中的其他因素之間的關系所決定，學習者的概念建構或意義產生是通過感知系統與實驗活動的全部要素相互作用而形成的。因此，在真實場景下實施的實驗課程，可以促進學生對科學抽象概念和原理的理解，提升學生學以致用的能力，激發學生的學習熱情，把教科書中惰性的知識轉化為靈動的思想和解決問題的能力，為學生將來從事科學研究打下堅實的專業基礎。實驗課程中，學習者運用科學知識，借助實驗工具，能動地作用于客觀實驗對象，獲得感性直觀的認識，繼而在教師的引導下對感性材料進行加工，對實驗證據抽象概括，把握事物的本質，以科學觀念的方式確立下來，將感性認識升華為理性認識。

實驗活動促進高效學習。實驗課程是學習者在實驗室的真實情境下親身經歷和體驗的科學實踐，實驗活動之后留下的具有學習者個人特色的內容，既可以是感知覺的認識，也可以是經過反思后的經驗。學習者對已有體驗、經歷加工的深度和廣度，直接影響著學習者獲得學科知識的質量。積累基本實驗活動經驗，不僅能夠幫助學習者理解掌握抽象的科學知識，還可以讓學習者有機會認識和應用科學技術方法。因此，中小學實驗課程是發展高質量科學教育的重要組成。學生既要通過理論課程學習科學知識，又要通過實踐課程應用科學知識，二者相輔相成，學以致用，才能實現高效學習。

中小學實驗課程是科技創新人才專業發展的堅實基礎

自然科學的學習離不開專業領域的實驗活動。在實驗課程中，學生須使用一系列學科專業基本概念、術語、原理及其邏輯關系，解決實驗室中的真實問題。實驗室由科學儀器、科學規范和科學術語符號構成，實驗活動遵循領域規范，因此，學習者也要掌握實驗安全和操作規范。實驗活動提供了一種實踐性、具身性和文化性的理解，學生除了習得專業領域知識外，還要將科學方法融會貫通，應用技術手段或科學儀器，探究解決具體問題，提出猜想或假設，設計方案或計劃，實施執行實驗方案，觀察現象采集數據，推斷證據得出結論。換言之，只有經歷一系列“像科學家一樣地思考和工作”的實踐，學生的科學范式、科學思維和科學品性才能得到塑造。

中小學實驗課程是科技創新人才茁壯成長的必由之路

中小學實驗課程創生了知識背景和應用情境，能夠更好地幫助學生在感知與實踐中生成知識。中小學實驗課程的目的不是讓學生掌握脫離實踐情境的科學知識和紙上談兵的技術應用能力，而是通過將科學知識轉化應用于實驗等實踐過程，幫助學生深層次地理解與掌握科學知識，進一步激發他們認識科學知識的動力，形成應用科學技術的能力。中小學生從事科學實驗探究活動，能夠體驗實驗活動的真實感和場景感，從而“活化”科學知識和科學技術本身，讓科學知識和技術變得鮮活立體、生動形象。學生在實驗活動中獲得的經驗，不僅能夠強化對自然科學各學科知識的理解和技能的運用，還能夠在發現新知的經歷和體驗中，強化動機、情感、態度和價值觀，并積累凝聚成穩定的情緒特征，如興趣、愛好等。這些積極的情緒特征對于學生進一步投入科學實驗活動、養成創新意識具有順勢推動作用。中小學生從事科學實驗活動，其中積累的部分經驗會發展為學科思維方式和思考模式；部分經驗會轉化為策略性知識和基本科學思想；還有部分經驗則生成了科學智慧和科學解決問題的能力。在實驗活動中所積累的經歷、見識等經驗，以及依附于經驗而存在的學習方法和策略，都將經過學生的個人詮釋后，轉化為靈活可用的、具有個性化特征的關鍵能力，成為益于個人未來發展的重要財富。培養學生的必備品格與正確價值觀，不是簡單地將其當作知識進行傳授，而是要引導學生在實驗課程的具體活動情境中，學會如何調整與優化所面對的問題，做出科學判斷和決策，養成科學品格和正確價值觀。中小學實驗課程可以真正地將教科書中對科技知識的靜態學習轉化為學生親自動腦思考與動手操作的動態學習，為提升學生知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀內化的效率和質量提供了強有力的支持。