科学素养视域下的小学科学实验教学研究

王晨光

（北京教育学院数学与科学教育学院 北京 100120）

2017 年我国颁布的《义务教育小学科学课程标准》中明确提出了“科学素养”的概念，这对每一名学生的继续学习和终身发展具有重要意义。［1］科学素养既是小学科学的课程目标，也是一种学科观念。科学是建立在可检验的解释和对客观事物的组织形式进行有序预测的知识系统，而科学实验就是获取经验事实、验证科学假说、得出客观结论的重要途径。科学实验作为引导学生进行探究式学习的重要载体，在培养学生科学素养方面的作用显而易见。小学阶段的科学实验教学，可以让学生充分体验科学探究的过程，培养学生分析问题、解决问题的能力。小学科学实验课应该让学生在感受科学魅力的同时，在合作交流、思维判断、科学内涵理解方面得到整体提升。科学素养的培养需要准确抓住实验教学的关键点，准确抓住实验教学的关键点将有助于科学素养的培养。

但是，小学科学实验教学的实际情况又是怎样的呢？笔者在听评课中发现，其探究过程流于形式，科学素养得不到培养；实验教学无序，教学内容脱离学科本质；过度强调具体事实的记忆，教学方法陈旧单一。总体来讲，教学现状与科学素养培养理念存在一定差距。这不由引发笔者进一步思考，如何围绕新课标下小学科学学科的培养目标和科学素养的培养要求，提升小学科学实验教学的有效性，这关系着教师如何教的主要问题，影响着科学课堂教学的走向，决定着教师的教学行为。事实上，这一问题在很多小学课程实验课上并没有得到足够的重视。有些教师难以抓住实验教学的关键点，缺乏对科学概念以及学科本质的认知，过分依靠课本、教参和经验，进而导致教学出现偏差，甚至在实验过程中出现科学性的错误。因此，如何准确抓住小学科学实验教学的关键点，是科学教师首先需要考虑的问题。

一、科学素养视域下小学科学实验教学的现存问题

科学实验是引导学生进行探究式学习的重要载体，当前小学科学实验教学的现存问题如下。

（一）教学方法陈旧，学生缺乏认知体验

有些教师对小学科学实验教学缺乏整体、深刻的理解，实验课上仍以教师讲授与演示为主，学生按照教师要求进行“探究”。有些科学教师把“实验教学”错误地理解为“讲解科学实验知识”，忽视了学生主动参与、经历科学探究的过程，忽略了科学素养的培养。小学科学实验课的学习方式被歪曲，那些充满科学之美、富有科学思想的经典实验被平铺直叙的语言取代，有些实验甚至沦为问答训练的工具，科学实验本应具有的功能和价值荡然无存。走进一些小学的科学实验课堂不难发现，教师重视讲授实验现象与科学事实；学生不假思索就回答问题的现象非常普遍。那些基于科学素养培养的促进学生主动探究、支撑科学素养主体的科学态度与情感表达，往往被抛到一边。

笔者曾经听过一节“制作电磁铁”的科学实验课，这位授课教师将实验教学的关键点放在了讲授实验本身，把如何制作电磁铁的具体方法作为教学重点，学生记住更多的就是制作电磁铁的具体步骤：“（1）把塑料杯中的金属片插在电路板的凹槽中；（2）准备好导线和电池；（3）将一部分导线缠绕在金属铆钉上；（4）强调导线必须连接在有开关和电池的电路中。”尽管通过这节课的学习，学生学会了如何制作电磁铁，但是每一步都是在讲授科学事实，而这些知识是没有迁移价值的。［2］一节课下来，学生缺乏真正的科学探究体验，学习能力、思维能力、与他人合作沟通的能力没有得到发展，而且非常被动。如果教师能够提问学生：“你认为电磁铁的磁力大小与哪些因素有关？”学生可能会回答“电池电量的多少”“导线的长短”“金属铆钉的大小”等。此时，教师让学生小组合作设计一个实验计划来验证自己的想法，那么教学效果将会迥然不同。

（二）内容知识灌输，学生难以获得自主发展

有些实验教学，反映出了当前小学科学整体教学中的不足，忽视了学生自主发展的需要，科学实验课成了另一种知识灌输的途径。有些科学教师以讲授代替实验，全然不顾学生的学习体验与情感表达，忽视学生对科学实验的自主探究，忽略了教材中那些可以对学生个体发展产生积极影响、保持和发展对自然的好奇心与探究热情的教育因素。将实验教学演变成知识灌输，偏离了科学素养培养的方向，学生自主学习的意识没有得到加强，他们进行科学探究活动的基本技能没有得到提升。在一些实验教学中，课堂气氛看上去热火朝天，探究活动连续不断，但当一节课结束后，每个学生头脑中留下的就是或多或少的具体、零散的知识点，究其原因就是教师没有抓住实验教学的关键点。

科学实验是研究自然现象及其规律性的实践形式，也是获取经验事实和检验科学假设的重要途径。因此，科学实验教学不应只是具体知识的灌输，而是应该引导学生主动探究，满足他们自主发展的需要，并在此基础上，引领学生理解科学文化的多样性。

科学实验教学不仅是让学生做一个或几个实验，重要的是要让学生养成良好的学习习惯，发展科学探究能力，构建适合自己的科学学习方法，进而为他们的继续学习和终身发展打好基础，通过实验探究积淀科学素养。

二、科学素养视域下小学科学实验教学的关键点

实验教学的关键点决定着教学的走向。笔者认为，培养学生的科学素养需要抓住教学中的关键点，进而激发学生学习科学的兴趣，让科学学习和参与实验活动成为学生运用科学知识和方法解决实际问题、体验和积累认知经验的有效途径。科学充满着自然之美，它更能激发人们的好奇心和求知欲，具有独特魅力。小学科学实验教学的重点应放在培养学生的动手能力、逻辑思维和探究精神上，培养过程侧重学生自身的实践体验，鼓励他们在实验中积极探索、领悟科学的魅力。从这个意义上讲，小学科学的实验教学只是一个起点。因为学生存在个体差异，他们的思维特点与认知水平也各不相同，由此产生的对于科学实验的理解与体验也是丰富且独特的。

（一）关注学生自主发展学习科学的需要

小学阶段是学生个体发展的重要时期，充分发掘个人潜能，将对其一生产生重要影响。因此，小学科学实验教学应让学生充分体验科学探究的基本过程，养成良好的学习习惯，要让学生通过自主探究，提升运用科学方法解决实际问题的能力。教师要在学生亲身体验实验过程的基础上，引导学生逐步掌握科学探究技能，学会运用科学语言与他人交流和沟通的能力。从学生个体发展需要的角度考虑，让科学实验课为学生搭建起与他人合作分享的平台，让学生的自主学习能力得以体现、自身的科学情感与态度得到关注，这也是小学科学实验教学的关键点。

（二）基于科学素养培养的实践探究能力

在科学素养的培养过程中，学生的实践探究能力是在相应的实验活动中产生和发展的。因此，小学科学实验教学应该创设形式多样的科学实验活动，让学生在丰富的实验体验中学科学、用科学，在实践中提升自身的科学素养。教师在实验教学设计上，要注意联系学生的生活实际，从符合学生认知水平的角度出发，为学生提供适合其自身发展的科学实验活动，让学生在实验活动中充分发挥自己的想象力与创造力，在自主探究中理解科学规律，感受科学魅力，体验科学学习带来的成就感与满足感，让学生身心得到均衡发展，同时获得更多的科学实践经验。

（三）聚焦科学学科本质的实验教学

教师对科学学科本质的深刻理解，是正确实施小学科学实验教学的基础。聚焦科学学科本质的教学，是培养学生科学素养的有效途径。当前，有些科学教师注重具体科学事实的讲授，忽视了科学概念之间的规律性特征，实验教学偏离科学主线，课堂上很多内容都是散乱的知识点，实验课堂表面气氛热烈，实则对于学生科学素养的培养效能低下，究其原因是教师对科学学科本质的理解不到位，导致实验教学缺少应有的科学味道。

聚焦科学学科本质，强调实验教学的目的是以科学概念建构为主线，以具体实验活动为载体，旨在帮助学生建立起概念之间的联系，即提升实验教学的“科学性”，以实验探究为主要学习方式，把提高学生科学素养作为终极目标。［3］小学科学实验教学应紧密围绕科学内容，按照立德树人要求培养学生的科学素养，在科学学习与实际生活之间搭建一座桥梁，真正让学生在动手做实验的过程中增加获得感。

三、科学素养视域下小学科学实验教学的突破口

小学科学实验教学的突破口，是教学设计中的重要组成部分，体现着教学理念。科学实验活动的有效展开，离不开这样一个突破口来驱动整体教学。实验教学与其他教学相似，也存在一个教学突破口的问题。突破口作为实验教学的枢纽，关系着教学走向。小学科学课程的总目标是培养学生的科学素养，而科学实验活动可以提高学生的学习兴趣，促进对自然的探究热情，丰富他们的情感体验。教师要积极渗透科学实验课程中的学科元素，同时找到一个确切的教学突破口，深入剖析实验活动的科学内涵，为学生创设一个科学氛围浓厚的学习环境。

那么，怎样在科学素养视域下寻求恰当的科学实验教学突破口呢？笔者认为，只有在理解和把握科学学科本质的基础上，才能准确高效地表达出科学信息，同时也驱动着小学科学整体实验教学的推进。科学实验教学应以提升学生的科学理解和探究能力来促进科学素养的培养。因此，小学科学实验教学设计要从科学学科本质入手，眼界要开阔。

（一）从教学目标中寻求突破口

教学目标是开展教学活动的出发点和落脚点，寻求实验教学突破口要恰到好处。宏观抽象，既不利于学生对科学知识的学习理解，也不利于学生思维能力与科学情感的培养。反之，微观具体，将实验活动分解得支离破碎，会导致学生思维认知不连贯。因此，在寻求实验教学的突破口上，要针对不同层次的实验特点，从符合学生认知水平的角度出发，找到合适的教学突破口。

实验教学不同于其他教学，从科学角度讲，实验是对科学抽象概念的现实操作。实验教学不仅要帮助学生认识科学表面的实验现象，更要理解实验背后隐含的概念原理，即对科学学科本质的认知。例如，在“种子的生长”实验教学中，教师可以把教学目标设定为：通过对植物种子的观察，培养学生基于观察的比较分析能力，认识不同种类植物种子的属性，获得种植不同植物的经验；通过监控记录种子每天的变化，区分不同的陆地环境因素对种子生长的影响，树立环境保护意识。由此，教师能够帮助学生通过实验所获得的探究体验，激发学生学习科学的兴趣，找到科学审美感知、知识理解、环境保护意识与社会责任感之间的结合点，适时把控，灵活采取教学手段，培养学生热爱大自然、爱护生物的情感，将“科学态度”置于更重要的位置。在实验教学中，教师要鼓励学生主动探究，锻炼学生的思维能力与实践能力，让学生在实验过程中学会运用科学语言与他人交流沟通，形成尊重事实、乐于探究、与他人合作的科学态度。

又如，在“杠杆”实验教学中，教师可以把教学目标设定为：通过对杠杆的使用体验，让学生知道工具是一种物化的技术，完成某些具体任务需要特定的工具；强调发展学生的观察、分析和应用能力，建立基于经验的概念。教师可以让学生列举应用杠杆原理的例子，通过讨论帮助他们与先前经验建立联系。教师在设定教学目标时，应避免把杠杆本身作为教学重点，讲授各种杠杆的具体实例，而是应当引导学生探究杠杆变化的原因与哪些条件有关。学生此时在头脑中会生成各种答案，教师可以通过和学生一起实验讨论杠杆的平衡因素，结合之前列举有关杠杆的科学事实，帮助学生建立“杠杆可以省力或者减小作用力的移动距离，杠杆广泛应用于人们的生活中”这一重要概念，从而帮助学生认识到工具在人类社会的发展进程中起到了重要作用——它促进了社会生产的发展，丰富了社会文化的内容，改变了社会生活的方式；它是推动社会发展和文明进步的主要动力之一。在实验过程中，教师要激励学生树立勇于尝试、不断探索的科学精神，通过实践验证，寻求最佳路径方案。

（二）从问题设计上寻求突破口

科学实验教学的难点之一在于问题设计。教师如能设计出高质量的问题，通过问题引入找到突破口，就能更有效地把控科学主线，进而拓宽思路，最终达成教师提纲挈领、学生自主探究的功效。而学生的科学感知，与其情感体验、参与程度等密不可分。教师在科学实验教学中，可以通过有效的问题设计，把突破口聚焦在与学生情感体验相联系、让学生积极参与等方面。

以“分离一种盐溶液”的实验教学为例。教师可以通过“你认为混合物是什么？”“如何分离混合物？”“你能用筛子分离溶液吗？”“你会采取怎样的方法分离溶液中的成分？”“如何测定加入水中制成溶液的盐的克数？”等问题，引发学生的好奇心，鼓励他们自主探究、分工合作。学生通过参与各种与溶液分离相关的活动，了解制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流等科学探究要素与科学线索信息，并进行验证和拓展。这样的问题设计，避免了学生机械地回答“是或否”“对与错”，问题背后引发的思考也有助于提升学生的探究热情，发展他们的创新能力，在实验活动中体会科学的魅力，在合作、交流、分享中促进人格发展、积淀科学素养。

再以“空气在哪里”的实验教学提问为例。若教师提问：“你认为处于自然状态下的空气是什么样子的？它的主要成分是什么？”这些都是事实性问题，因为空气的物理性质与主要成分在教材中已有详细表述，学生只要稍加回忆，就可以回答以上问题。若教师提问：“如何证明空气的存在？”那么，这个问题就是一个探究性问题，要想回答这一问题，学生需要通过实验，并结合自己的探究体验进行解答。两种问题的区别在于，前者是可以从书本中直接得出的，后者则需要学生从实验中获取论据，通过实验现象表明气体的形状和体积取决于容纳它的容器的形状和体积，并鼓励他们得出结论：“气体既没有一定的形状，也没有一定的体积。”教师在教学中可以告诉学生，空气是地球上的动植物生存的必要条件，动物呼吸、植物光合作用都离不开空气。但随着现代化工业的发展，排放到空气中的有害气体和烟尘，改变了空气的成分，造成了对空气的污染，被污染的空气会严重地损害人体的健康，影响农作物的生长，造成对自然资源以及环境的破坏。让学生从小树立起热爱自然、珍爱生命的价值取向，这对他们环境保护意识与社会责任感的形成是有帮助的。实验教学从实际生活中的问题情境，即更符合学生“最近发展区”的情境切入，以便他们能够快速地进入学习状态，这样的实验教学课堂才能成为生动、高效、有科学味道的课堂。

（三）从实验进程的动态变化中寻求突破口

实验教学过程很难完全依照预定的设想展开，它是动态变化的，而实验课堂上出现的动态变化之处也恰好是最佳突破口。如果教师具有“基于有形的教学设计，灵活应对于无形的动态教学”的主观意识，在实验进程中留意学生间思维火花的碰撞，就能在瞬息万变的实验课堂中准确找到最佳突破口，使得小学科学实验教学不断吐故纳新。

例如，在“观察我们身边的岩石”实验教学中，教师会预先设计展示不同种类的岩石，通过比较它们的异同，让学生讨论并与先前经验建立联系。而对于实验教学中的问题又该如何设计呢？如果设计为“花岗岩的斑纹与颜色是什么样子的？”“砾岩的主要成分是什么？”那么，这些问题就是在讲各种岩石的具体特征，缺乏思维方法的训练，对学生学习能力的培养是浅层的。如果将问题设计为“你认为岩石的模样是由于什么原因造成的呢？”那么，这就是一个抽象问题，它会在学生头脑中产生各种答案。此时，教师可以和学生一起搜集关于岩石的资料，比如河流中的石块、大峡谷中的石块、溶洞中的石块等，让学生分析：这些石块的模样都是怎样的？为什么它们会变成现在的模样？虽然这节课也是在讲认识几种常见的岩石，却渗透着“水、风、温度等因素对岩石外形的影响”［4］。这就避免了程式化的教学模式，让实验教学从抽象问题自然而然地切入真实情境中。寻求这一突破口看似容易，但其隐含的思维方法丰富，要求教师必须从科学过程技能的角度去引导实验教学，学生才可以通过实验所体现的思维方法去探究科学的本质及其独特的魅力。

再如，“制作晶体”是通过实验活动让学生知道岩石是由矿物组成，蒸发是分开液体成分和固体成分的一种方法，矿物晶体有可以鉴别的形状。传统的实验教学是以岩石的特有性质为突破口，了解哪些物质溶于水，讨论如果某种物质溶于水，应该如何把它和水分开……按部就班，直到析出晶体。实验结束后，学生知道了什么是晶体，晶体是如何制作出来的。究其原因，如果没有找到有效突破口，原本特色鲜明的实验活动就会变成为标准化的流水作业。学生不能在实验的基础上展开深入思考，产出的知识难以迁移应用，这不符合科学实验学习的导入。笔者认为，小学科学实验教学不应只是做实验、看现象、写报告，更应重视对科学的操作技能和思维方法的培养，对社会发展、科学技术与自然环境之间关系的了解。让学生在探究不同领域的科学实验中，不仅学会动手做，更要学会动脑想，否则就会陷入形式热热闹闹、实则浅薄贫乏的尴尬境地。小学生的科学基础和科学感知能力还比较薄弱，所以通过实验探究来理解科学概念，是培养学生科学素养的重要方式。因此，在学习“制作晶体”的实验课堂上，要鼓励学生仔细观察烧杯里的层次，他们能够发现分两层，仿造岩石中有两种成分：面粉和砂子。从操作技能角度出发，培养学生的观察能力，让他们能够快速地看出实验对象以及实验现象中的那些典型，但又不是那么显著的特征和重要细节；从思维方法角度出发，分析某些物质溶于水的可能性，也就是指导学生如何在科学事实的基础上进行分析，在分析的过程中再进行综合、比较等。这是整个实验教学的关键，抓住这一突破口，也就带动了整堂实验课的节奏进程。

科学素养概念的提出，对于小学科学教师的教学既是机遇又是挑战。在小学科学实验教学的过程中，教师要把实验教学与科学素养的培养要求紧密联系起来，寻求符合学生认知水平与科学教育规律的教学，关注学生的科学知识、探究技能以及对自然环境和社会变迁的理解和尊重，培养他们与人合作、沟通交流等能力，让小学科学实验

教学在一个良好积极的氛围中前行。