理科实验教学与发展学生核心素养

肖东琦

2017年，北京正式进入高考综合改革。新课程以发展学生核心素养为宗旨，推动落实立德树人根本任务。物理、化学、生物等都是以实验为基础的自然学科，实验教学是理科基本的教学方法之一。在各学科的课程标准中，都有对实验教学作用的不同层次的描述，如《普通高中2017级新课改生物学科教学指导意见（核心素养版）》中强调：“组织以探究为特点的主动学习是落实核心素养的关键”，要“加强和完善生物学实验教学”。

一、實验教学与核心素养的关系

通过实验教学发展学生核心素养，首先要建立起实验与核心素养各要素之间的联系，才能使实验教学有效开展。如笔者所在学校的物理、化学、生物三个学科通过共同探讨，将高中可开展的实验分为基础技能、验证、探究、趣味、拓展实验五大类，并尝试建立不同类型实验与核心素养要素间的联系（见表1）。

从表中可以看出，有些核心素养要素与实验息息相关。如“珍爱生命”可通过安全教育落实，规范的实验操作是保证安全的前提条件。而且每种实验类型都有与之对应的核心素养要素，只是侧重点不同。可见，每种实验类型都有存在的必要。其中，探究实验的难度较大，相应的核心素养要素也更全面，应该着力发展。

二、结合学生特点

建立符合核心素养发展的实验课程

相关研究发现，依据学情建立学校跨学科实验课程是化解“紧张课时与实验教学较为耗时”的矛盾，发展学生核心素养的一条有效途径。

1.逐步建设具有学科特色的实验课程

一是多种实验课程同时开展，提高实验学习的效率。除了开展教材实验，选修课、实验室开放、兴趣小组等多种实验课程均增加了实验时间。针对不同层次、不同学习愿望的学生，在不同的实验课程中安排不同难度的实验任务，有效提高实验学习的效率。例如，实验室进行的都是基础实验、教材实验，而课外小组主要以较高难度的实验为主，如生物组培以及化学趣味实验等。

二是改进实验方案，增加实验效果，提高实验教学效率。其一，改进方案使某些耗时较长的实验在相对较短的时间内完成，通过选取合适的实验材料，或将相关实验进行有机组合来节约实验时间。其二，可降低实验难度以更有利于学生操作。如在“探究光照强度对光合作用的影响”实验中，将实验材料菠菜叶片改为金鱼藻，减少了叶片打孔、抽气等环节，简化了实验步骤，降低了操作难度。其三，可改进实验以增强实验效果，使实验现象更明显。如同样是光合作用的实验，水生植物释放氧气的速率更快，能清晰地观察到气泡产生。其四，可变定性分析为定量分析，提高实验的科学性。定量分析需对实验数据进行处理，如酶的高效性实验，可通过传感器采集准确数据，并利用建模法处理数据，更有利于学生理性思维的形成。其五，可通过微型实验、绿色实验等，降低药品的用量，更环保。其六，可拓展实验研究。在教材实验的基础上，进一步研发拓展实验，培养学生勇于探究、理性思维等核心素养。

三是改变实验类型，使实验教学体系化，形成特色实验教学。依据落实核心素养的要求，将实验系统化，分阶段、分层次落实核心素养。实验中要变验证为探究，如通过“三大物质鉴定”“质壁分离及复原”“酶的高效性”“酶的专一性”等实验，让学生理解探究实验的方法，初步形成探究实验的能力，发展核心素养。其中“三大物质鉴定”要求学生根据已知实验原理，给出实验设计思路，落实实验科学性原则，使学生明白实验设计应建立在科学的实验原理之上；“质壁分离及复原”给出实验设计，要求分析变量关系，使学生理解对照、控制变量等实验原则；“酶的高效性”给出实验原理，要求学生运用实验原则设计实验，相互评价；“酶的专一性”给出实验方案，让学生分析变量、实验原理，完善方案；增加“酶需温和且适宜的条件”，让学生设计并完成实验，体验完整的探究实验过程。

四是利用科学史中的经典实验，进行实验方法教育，发展理性思维。实验教学、实验课程不仅发生在实验室，在日常课堂教学中也可进行。在学科发展过程中，众多经典实验对于科学发展都发挥过重要作用，这些实验对学生发展理性思维具有重要意义，且能促进学生养成批判质疑、勤于反思的习惯。

2.跨学科实验教学的尝试

跨学科项目化教学难度较大，以化学和生物学科的一次尝试为例。在“水质监测及生化处理”这一项目，从游学课程开始，教师带领学生对苏州几个著名景点的水质进行了观测及数据采集，同时采集了某学校周边几个重点区域的水样，然后在中科院生态环境中心对水样进行了实验处理，化学和生物学科分别从氮和磷出发，从各自学科的角度分析了水体富营养化判断依据和防治方法。其实，这并不能算是一个规范的项目化教学，但这种跨学科的实验还是使学生受益匪浅，使他们切身体会到了学科间的交融，对跨学科实验产生了浓厚的兴趣。

3.实验课程的效果

笔者对所在学校高二年级学生入学一年前后的理科实验问卷调查显示，经过一年的实验课程后，学生在实验兴趣、实验态度、分析能力、观察能力、反思能力等方面都有较大改善。这说明实验教学在培养学生勇于探究、理性思维、勤于反思等方面发挥了重要作用。

三、关于探究实验的思考

探究实验是通过学生主动探究，解决实际问题的过程。在这一过程中，通过观察、提问、实验设计、实施方案、结果处理、交流等活动，培养学生的实践能力，发展学生的团队合作、勇于创新等核心素养。

探究实验要做“真”探究。探究的问题要“真”，要从学生的生活经验或社会热点出发，以便激发学生的探究兴趣。探究过程要“真”，实验设计要体现出发展理性思维的重要过程。结果处理要“真”，因为这一过程可充分体现科学方法，发展问题解决、勤于反思的核心素养。结果交流、讨论要“真”，在生生和师生间的交流中，碰撞出思维的火花，发展批判质疑、乐学善学等核心素养。总之，只有“真”探究，才能真正发展学生的核心素养。

（责任编辑 郭向和）