未來實驗室：指向科學核心素養發展的教學實踐

陳容

摘 要：實驗教學是實現學生科學核心素養發展的重要途徑，而依托現有實驗室開展的實驗教學與新課程改革的步伐不相匹配，建立未來實驗室是科學教育發展的迫切需要。基于安全性、結構性、功能性與開放性原則，設計與建立具有“多元”“開放”“數智”“生活”特性的未來實驗室，輔助教師在實施科學實驗教學的過程中促學生科學觀念的生成、科學思維的提高、探究實踐的開展、態度與責任的體悟，指向學生科學核心素養的綜合發展。

關鍵詞：未來實驗室；小學科學教學；核心素養

近年，國家日益重視全民科學素質發展，2021年出臺《全民科學素質行動規劃綱要》；次年，教育部修訂《義務教育科學課程標準（2022年版）》，明確包括科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任在內的小學科學核心素養的培養目標。小學科學課程中的實驗教學，是實現學生科學核心素養發展的重要途徑，而實驗教學的開展呼吁義務教育科學必須關切科學實驗室的建設與使用。在硬件方面，實驗室原配備的科學儀器難以全方面滿足新的課程與教學需求。如何結合新課標的要求，讓科學實驗室成為學生實現自主探索的場所，在安全、嚴謹、多元的實驗操作中加深對知識的理解，促進科學核心素養的發展，成為科學教師應當關注的議題，“未來實驗室”應運而生。

未來實驗室是指以《義務教育科學課程標準（2022年版）》為指導，為滿足未來教育的需求，以信息技術為支撐，以科學儀器、科學場景、科學交互平臺等為核心要素，以深度開放為手段，以全面提升科學課程教學質量與學生科學核心素養為目標，全面融合科學、數字與社會空間的新形態實驗室。

未來實驗室的建設應遵循安全性、結構性、功能性、開放性的設計原則，形成以下特性：

一、“多元”未來實驗室促科學觀念的生成

對高效學習的認識，不應只聚焦在學習的動作，而忽視或輕視了學習場景的效用，即學習發生的環境對學習效率的影響。通過對未來實驗室進行分區、組合與文化構建，形成基本的學習場景，將使學習效率得到快速提高，有利于學生科學觀念的生成與內化。

實驗室的多元分區。未來實驗室在空間上可分為互動教學區、器材存儲區、閱讀區、制作區和作品展示區等。

實驗室的多元組合。校企組合，深化教改，實踐育人。設計兼具訓練與教學功能的未來實驗室，如木工實驗室、車模訓練室和建模實驗室，促進學生動手動腦，提升科技競賽能力。

實驗室的多元文化。秉持融合理念，在文化融合中堅持“創新”“綠色”“開放”“共享”。打造一條具有“創新”色彩的文化長廊，懸掛科學家事跡的掛圖，讓學生感受科學家敢于探索、崇尚真理的創造歷程；創造“綠色”主題的場景，融合綠色科技和生態農業，展示學生綠色發展宣傳畫，設立動植物和諧發展的“生態區”，讓學生感受科學的應用價值；營造“開放”“共享”的學科交流氛圍，提供學生分享科學創作作品的平臺。

二、“開放”未來實驗室促科學思維的提高

實驗室開放工作是實驗教學改革的重要的內容，未來實驗室的建設應具有開放性的視野。

實驗專題研究的開放。開放實驗內容，鼓勵學生自主選擇感興趣的內容進行實驗專題探究，拓寬思路，給予學生充足的獨立思考的時間和空間，真正意義上將學生推到實驗的主導者，發揮學生的主觀能動性，極大調動學生的學習興趣。

實驗人員的開放。在“雙減”下，充分利用430素質托管時間，允許志趣相投的學生跨班級組隊，預約進入實驗室，加強班際交流，營造良好的學習氛圍，建立和諧的教學新生態。同時，開放型實驗室也能促進教師專業素養的提高，教師能靈活利用時間進行教研，實現實驗水平的再發展與再創造。

實驗儀器的開放。教育裝備是“用、建、配、管、研”，用好實驗裝備才是關鍵。未來實驗室中，教師在講解指導點到為止，在實驗材料的選擇上，讓學生自主選擇，學生依托自動管理的系統，自選實驗儀器，真正在操作中形成合理的實驗方法，有序的實驗步驟，了解和掌握多樣實驗儀器的功能作用，同時促進學生養成儀器整理的習慣，樹立愛護器材的意識。

三、“數智”未來實驗室促探究實踐的開展

實驗室采用物聯網、人工智能、大數據與5G等先進技術的不斷迭代和成熟，將基礎設施、網絡環境、硬件、軟件等進行有效聯通，做到實驗室的人、物、環境三位一體，實現資源和信息互聯共享，促進實驗室資源最大化合理利用，打造校內創新研究的開展平臺。

分析智能化。實驗室智能化管理成為實驗室未來發展的主要話題。物聯網讓實驗室會“反饋”：一方面，實驗室的智能化管理，為學生提供良好的實驗環境；另一方面，實驗室的智能化管理，為學生提供服務與監督。

傳感器的教學應用。數字化實驗室能發揮出巨大作用，引入傳感器等數字儀器，學生經歷對比傳統儀器與數字化儀器，感悟數字化儀器的便利性、可視化程度較高。數字化儀器不僅能增強數據的準確性，大幅減少傳統儀器的誤差；還能使實驗現象可視、可測，減少將人作為測量工具伴隨的個體誤差，從而促進學生從感性認知邁向理性認知。

信息資源共享。“數字化云資源實驗教學系統”，以“平臺＋終端＋服務”為基礎的研發理念，整合海量資源，融合云計算、物聯網、無線傳感等新一代信息技術，將計算機網絡的信息服務及神經元等融入學校實驗教學和管理的各個應用領域。

四、“生活”未來實驗室促態度與責任的體悟

從根本上說，我們研究自然是由于自然知識饋贈給我們預測和改變自然的能力。教師有普及科學和科學教育的責任，學生作為人類命運共同體的一員，應該秉承科學態度，有改善社會生活的責任。

以科學態度改善生活。科學態度體現在保持好奇心和探究熱情、樂于探究和實踐、有基于證據和邏輯發表自己見解的意識，嚴謹求實、樂于分享。學校依托未來實驗室，錄制了一系列關于科普宣傳的視頻和廣播資源。例如：科學指導“課間餐”的選擇，結合食物中的六大營養和2023年中國居民平衡膳食寶塔為學生課間加餐提供科學指導；科學助力班級文化建設，學生運用所學的植物生長所需條件及植物向光性等知識，為班級綠化角進行科學選址。

以社會責任引領生活。在科學方面，以社會參與的角度剖析責任擔當，引導學生熱愛并尊重自然，具有綠色生活方式和可持續發展理念及行動。在不斷“走出去”“帶回來”之中，構建理想新生活。試點學校毗鄰河涌，河涌水質及河涌旁環境是科學學習的素材，學生爭當小河長，對水質、水中污染物等進行觀察記錄，并取樣帶回實驗室研究，思考水質凈化方法，撰寫研究報告，提出改進方法并送相關部門，滿足社會的需求，努力為實現“一灣溪水綠，兩岸荔枝紅”做出一份貢獻。

綜上所述，未來實驗室的建立與教育裝備的完善，客觀上可以更好地從軟、硬件方面提升小學科學實驗教學的質量。在實施科學實驗教學的過程中，科學教師應以發展學生科學核心素養為教學出發點，根據課程標準與教材內容匹配運用科學實驗室的硬件設備，實現教育現代化裝備與課堂教學的有效融合，使學生在操作中提高探索能力，綜合發展學生的科學核心素養。

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