科学素养理念下以实验为基础的科学教学观

一、基础科学教育中的实验概述

基础教育科学课程（包括综合科学、分科科学，如物理、化学、生物）是中小学教育的重要组成部分。科学课程建立在对科学本质认识的基础上，引导学生逐步认识科学的本质，以达到培养和发展学生的科学素养这一宗旨。科学是认识自然最有效的途径，是以多样统一的自然界为研究对象的探究活动，因此以实验为基础是科学教学的主要特征。值得一提的是科学教学中的实验除主要在科学实验室进行的活动外，还广泛包括一切与动手有关的实践性活动。自从科学进入教育课堂以来，实验教学就成了理科课程中的一个重要议题。19世纪后期欧美国家率先在中等学校开始设置科学课程以来，就很重视实验教学。如在英国，首先提倡实验教学的是早期的化学教育工作者，他们认为实验教学有助于教会学生如何学习，后来这种观点拓展到生物学和物理学[1]。而我国早期的科学教育中也注意到了实验教学，比如徐寿在上海格致书院作化学科学问题的演讲时，就用到了“课堂示教实验”教学方法[2]。

在基础科学教育中，实验教学可以为学生提供丰富的感性认识材料，帮助学生从感性到理性形成科学概念，获得科学原理；可以让学生通过亲自操作和实验探究，培养学生的实验技能和能力，尤其是实验能力、观察能力、思维能力和探究能力；可以培养学生尊重客观事实、实事求是、一丝不苟、严谨求实的科学态度，以及训练学生的科学方法；可以让学生尝试和体验实验过程的乐趣和实验成功的喜悦，激发和发展学生的学习兴趣；可以培养学生的辩证唯物观，形成正确的价值观。可见，实验在科学教学中具有十分重要的作用。

然而现行的基础教育科学实验教学往往不尽如人意，笔者通过对某校教育实习基地科学实验教学的调研和对来该校参加省级教师培训的科学教师访谈，发现不少的学校对实验在教学中的功能认识不全，把实验只是作为训练实验操作技能、验证科学知识的工具，未能发挥实验更多的教学功能；更有不少学校认为实验费工、费物、难做，不安全，做实验不如讲实验、背实验、画实验，因而黑板实验代替了整个实验。究其原因，除了实验经费不足和片面追求升学率外，主要是对以实验为基础的科学教学认识不到位，没有构建起以实验为基础的科学教学观。基础教育科学课程改革的一个亮点就是重视发挥实验教学的育人功能，增加实验数目，提高实验内容占整个课程内容的比例。教育部发布的《高中理科教学仪器配备标准》，要求各校根据标准，加快普通高中理科教学仪器的配备，切实保障普通高中新课程实验的顺利实施。为了落实推广新课程，更好地发挥科学实验的教学功能，全面发展和提高学生的科学素养，我们认为很有必要在科学素养教育理念指导下构建起以实验为基础的科学教学观。

二、以实验为基础的科学教学观的构建

科学素养是当今国际科学教育的中心议题，其一直作为一个口号代表着理科课程改革的一面旗帜，我国第八次基础教育科学课程改革，课标研制者将科学素养引入科学课程，将发展和提高学生的科学素养作为科学新课程的主旨[3]。科学素养作为来源于西方国家的专有名词，其概念是动态变化的，不同时代不同学者对其有不同的定义。从美国2061计划和国家科学教育标准中提到的科学素养文本来看，科学素养包括两方面，一是科学学科内容，二是与学科相关的社会、政治、文化、历史、哲学等内容[4]。结合我国当前基础教育中的科学课程，科学素养内容至少包括知识与技能、过程与方法、情感态度价值观、科学探究、科学史等，下面就这五个方面构建以实验为基础的科学教学观。

1.知识与技能教学以实验为基础

科学教学中的知识与技能主要包括科学基本事实、概念、原理和科学实验基础知识、基本技能等。知识与技能是科学素养的重要组成内容，也是现行基础科学教育十分强调的“双基”。形成统一的科学概念和原理，可以通过科学实验，借助实验仪器、设备和实验条件的控制等实验手段，使物质发生物理的和化学的变化，通过直观、生动、鲜明的宏观现象表现出来，让学生观察和体验。高度概括的科学基本概念和基本理论的获得，更需要通过科学实验，让学生先获得感性知识和体验，然后对感性材料进行分析、比较、归纳、抽象，概括出事物的本质和规律。科学实验操作技能只能在科学实验的具体操作实践中获得，是其他教学形式不可代替的，故在知识与技能教学中应以实验为基础开展教学。如金属钠的性质，教学中通过从煤油中取出钠，切割钠，将钠放入滴加酚酞的水中等实验，观察钠的颜色，体验钠的质地硬软，观察钠在水中的现象，从而分析推理出钠的性质。这种以实验为基础的知识与技能教学利于学生科学基本概念和基本理论的获得，利于学生知识的构建。

2.过程与方法教学以实验为基础

科学教学中的过程与方法主要是包括对生命科学、物质科学及其变化等进行探究的基本过程，以及问题意识、科学方法和问题解决能力、交流评价能力等。基础知识、基本技能加上科学方法才能有效转化为能力，可见科学过程与方法在科学教学中具有相当重要的地位，因此新课程对过程与方法教学的改革力度相当大。科学学习过程是从感性到理性，由具体到抽象，由现象到本质的特殊认识过程。通过科学实验探究，可以使学生亲身体验探究过程，学习实验探究方法。科学实验过程既包括感性认识的获取，更包括理性认识的获取，实验过程中既训练了感性认识、观察与实验的方法，以及与实验有关的实验条件控制、测定、实验记录、数据处理等科学方法，又训练了以比较、分析、综合、归纳、演绎、推理、科学抽象、假说、模型为主的理性认识的科学方法，从而培养了学生的观察能力、思维能力和问题解决能力，故在过程与方法教学中应以实验为基础开展教学。

3.情感态度价值观教学以实验为基础

科学教学中的情感态度价值观主要是包括热爱科学学习，乐于探究物质奥秘，认识社会、科学、技术的联系，树立科学态度和科学学习的责任感等。情感态度价值观教学是教学观中片面关注学科知识转向关注学生科学素养发展的重要体现。科学实验中经物理、化学、生理变化产生的新奇、生动、鲜明的各种实验现象，以及实验对象本身和实验仪器设备的新奇、鲜明性都可引发学生的好奇心理，激发学生的认识兴趣和强烈的求知欲，发展和深化学生的科学学习兴趣，使他们的科学学习由兴趣向乐趣、志趣转化；实验过程对实验现象的观察、实验操作和数据的记录处理等都要认真仔细、实事求是，这样利于培养学生的科学态度和辩证唯物观。科学在社会生产生活实践方面的实验能让学生体会到科学对社会发展的巨大贡献，激发学习兴趣和责任感，故在情感态度价值观教学中应以实验为基础开展教学。如开展环境保护研究性学习，学生分小组对学校附近的水质进行监测分析，采点抽水样，使用multilogpro数据采集分析仪器（学生科学探究仪器）完成对水质的pH值、电导率这2个指标的分析。从pH值分析江河水质的酸碱性，从电导率判断水体中无机盐离子含量的情况和富营养化状况。这样让学生设计实验，参与科技活动，利于激发学生的学习兴趣，体会科学的力量和作用，培养科学的态度，树立正确的价值观和学好科学的责任感。

4.科学探究教学以实验为基础

科学探究是基础教育科学新课程改革的突破口，如化学课程基本理念提出，“通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力”。科学探究是新课改提倡的主要学习方式，科学探究是一种以学生的知识探究活动为主的学习方式，学生根据探究性问题以及与主题相关的学习资料，主动进行假设、探究、验证、归纳、解释以及讨论活动，解决相关的探究性问题。实验是开展科学探究的主要方式，故应以实验为基础开展科学探究教学。如月饼盒中常放一小包脱氧剂，可以利用这一日常生活中学生熟悉的情景，引导学生对脱氧剂成分进行探究，观察其颜色。根据其脱氧原理及颜色进行假设与猜想，进行实验探究，将粉末分别加入水、碱、酸中，观察到前两者没有明显变化，后者冒气泡，过一段时间加硫氰化钾溶液，发现变红，即存在铁离子，逐步引导学生抽象出脱氧剂粉末中存在铁粉这一结论。让学生经历这种以科学实验为主的科学探究活动，学生获得知识方法的同时，体验到了科学探究过程中的快乐与艰辛，获得探究乐趣。

5.科学史教学以实验为基础

科学史作为科学素养的重要组成内容，在基础教育科学课程改革中受到了前所未有的重视，这从综合科学和分科科学的课程标准和新教科书中涉及的有关科学史内容可知。如普通高中化学课程的基本理念提出，“结合人类探索物质及其变化的历史与化学发展的趋势，引导学生进一步学习化学的基本原理和基本方法，形成科学的世界观”。人教版初高中化学新教材中涉及的化学史人物有92位，呈现方式和教育形式多样化[5]。这表明，基础教育科学新课程改革相当重视科学史在科学教学中的作用。科学史，实际上是一部运用实验方法进行实验探索，建立科学理论的实验发展史。它既包括发现的科学知识和科学方法，更包括科学家为之奋斗的忘我精神、坚韧不拔的创新过程，这些无一不与实验相关，故在科学教学中应以实验为基础开展科学史教学。例如，在“生长素的发现”的教学中，教师首先提问：达尔文所做的实验得出的结论是否可靠？这种推测应如何通过实验来验证呢？有的学生提出可以用仪器来测，有的学生提出可以用化学显色反应的方法，这时提醒学生：在当时的条件下，这些方法可操作吗？如果尖端产生了某种物质，是否有什么材料可以收集它呢？这时再引入温特实验。在温特实验中琼脂的作用是什么？如何知道琼脂是否吸附了尖端产生的物质？在达尔文实验的基础上，学生经过讨论认为应该设计一个对照实验：分别把接触过尖端的琼脂小块和未接触过尖端的琼脂小块放在切去尖端的胚芽鞘上，并观察实验现象，得出结论[6]。这样开展以实验为基础的科学史教学，学生通过亲自探究实验，学会观察、比较、分析、推理及解决一些基本的科学实际问题的能力，获得科学理论知识和科学方法，培养正确的情感态度价值观。

落实以实验为基础的科学教学观，关键应在科学素养教育理念指导下转变传统片面关注客观知识的科学知识教学观，积极倡导关注学生科学素养发展的科学文化教学观。转变基于传统科学观的科学知识教育范式，如将科学教育目标定位于单一的认知领域、将科学教育内容看作是确定的知识系统、将科学教育方式等同于忠实地传受科学知识；积极倡导基于科学观的科学文化教育范式，将科学教育目标定位于发展学生的科学素养、将科学教育内容从科学知识扩大到科学文化、将科学教育方式由授受转变为对话与建构[7]。综上所述，科学素养教育理念下以实验为基础的科学教学观中的“实验”应体现四方面内容，一是实验应作为一种教学手段，为学生提供丰富的感性认识，是学生经过感性到理性、具体到抽象、现象到本质而认识物质结构及其变化规律的前提，应贯穿于科学基本概念、基础理论的学习之中；二是实验应作为一种科学探究活动，让学生处于主体地位，充分发挥学生的主观能动性，是发现与建构知识，训练实验与技能，培养探究意识、实践能力和创新精神的重要实践活动，应贯穿于学生知识、技能、能力、情感、态度、价值观的学习之中；三是实验应作为一种科学方法，使学生的知识转化为真知，真知转化为能力，是实施实验探究过程与问题解决的依据，应贯穿于解决科学问题的实验探究过程之中；四是实验应作为一种科学文化，科学实验本身就是一种科学文化，科学文化分为文化表层和文化内核两部分，表层是科学事实性知识、科学用语、科学理论性知识、科学实验等。内核是指科学共同体成员之间的批判、协商和共同建构知识的方式、基本观点、思想方法、态度等，科学文化的表层和内核是互相联系和作用，不可分割的，因此应将实验作为一种科学文化应用于科学教学中[8]。

参考文献

[1] 魏冰.中学理科课程中实验教学的若干问题探析.全球教育展望，2010（7）.

[2] 曹元宇.中学化学史话.南京：江苏科学技术出版社，1979.

[3] Wei，B.Science curriculum reform in post-compulsory education in the People’s Republic of China：The case of senior secondary school chemistry curriculum.Science Education International 2005.

[4] Wei，B.Thomas，G.P.An examination of the change of the junior secondary school chemistry curriculum in the People’s Republic of China：In the view of scientific literacy.Research in Science Education，2006.

[5] 关婷婷.中学化学教学与教材中化学史的研究.广州：广州大学，2006.

[6] 袁维新.科学史融入科学课程的原则、方式和策略.课程·教材·教法，2006（10）.

[7] 袁维新.科学观的文化转向与科学教育.中国教育学刊，2010（10）.

[8] 许应华.文化视角下化学探究教学案例的反思.化学教育，2010（11）.

（责任编辑 张茂林）