未来实验室：指向科学核心素养发展的教学实践

陈容

摘 要：实验教学是实现学生科学核心素养发展的重要途径，而依托现有实验室开展的实验教学与新课程改革的步伐不相匹配，建立未来实验室是科学教育发展的迫切需要。基于安全性、结构性、功能性与开放性原则，设计与建立具有“多元”“开放”“数智”“生活”特性的未来实验室，辅助教师在实施科学实验教学的过程中促学生科学观念的生成、科学思维的提高、探究实践的开展、态度与责任的体悟，指向学生科学核心素养的综合发展。

关键词：未来实验室；小学科学教学；核心素养

近年，国家日益重视全民科学素质发展，2021年出台《全民科学素质行动规划纲要》；次年，教育部修订《义务教育科学课程标准（2022年版）》，明确包括科学观念、科学思维、探究实践、态度责任在内的小学科学核心素养的培养目标。小学科学课程中的实验教学，是实现学生科学核心素养发展的重要途径，而实验教学的开展呼吁义务教育科学必须关切科学实验室的建设与使用。在硬件方面，实验室原配备的科学仪器难以全方面满足新的课程与教学需求。如何结合新课标的要求，让科学实验室成为学生实现自主探索的场所，在安全、严谨、多元的实验操作中加深对知识的理解，促进科学核心素养的发展，成为科学教师应当关注的议题，“未来实验室”应运而生。

未来实验室是指以《义务教育科学课程标准（2022年版）》为指导，为满足未来教育的需求，以信息技术为支撑，以科学仪器、科学场景、科学交互平台等为核心要素，以深度开放为手段，以全面提升科学课程教学质量与学生科学核心素养为目标，全面融合科学、数字与社会空间的新形态实验室。

未来实验室的建设应遵循安全性、结构性、功能性、开放性的设计原则，形成以下特性：

一、“多元”未来实验室促科学观念的生成

对高效学习的认识，不应只聚焦在学习的动作，而忽视或轻视了学习场景的效用，即学习发生的环境对学习效率的影响。通过对未来实验室进行分区、组合与文化构建，形成基本的学习场景，将使学习效率得到快速提高，有利于学生科学观念的生成与内化。

实验室的多元分区。未来实验室在空间上可分为互动教学区、器材存储区、阅读区、制作区和作品展示区等。

实验室的多元组合。校企组合，深化教改，实践育人。设计兼具训练与教学功能的未来实验室，如木工实验室、车模训练室和建模实验室，促进学生动手动脑，提升科技竞赛能力。

实验室的多元文化。秉持融合理念，在文化融合中坚持“创新”“绿色”“开放”“共享”。打造一条具有“创新”色彩的文化长廊，悬挂科学家事迹的挂图，让学生感受科学家敢于探索、崇尚真理的创造历程；创造“绿色”主题的场景，融合绿色科技和生态农业，展示学生绿色发展宣传画，设立动植物和谐发展的“生态区”，让学生感受科学的应用价值；营造“开放”“共享”的学科交流氛围，提供学生分享科学创作作品的平台。

二、“开放”未来实验室促科学思维的提高

实验室开放工作是实验教学改革的重要的内容，未来实验室的建设应具有开放性的视野。

实验专题研究的开放。开放实验内容，鼓励学生自主选择感兴趣的内容进行实验专题探究，拓宽思路，给予学生充足的独立思考的时间和空間，真正意义上将学生推到实验的主导者，发挥学生的主观能动性，极大调动学生的学习兴趣。

实验人员的开放。在“双减”下，充分利用430素质托管时间，允许志趣相投的学生跨班级组队，预约进入实验室，加强班际交流，营造良好的学习氛围，建立和谐的教学新生态。同时，开放型实验室也能促进教师专业素养的提高，教师能灵活利用时间进行教研，实现实验水平的再发展与再创造。

实验仪器的开放。教育装备是“用、建、配、管、研”，用好实验装备才是关键。未来实验室中，教师在讲解指导点到为止，在实验材料的选择上，让学生自主选择，学生依托自动管理的系统，自选实验仪器，真正在操作中形成合理的实验方法，有序的实验步骤，了解和掌握多样实验仪器的功能作用，同时促进学生养成仪器整理的习惯，树立爱护器材的意识。

三、“数智”未来实验室促探究实践的开展

实验室采用物联网、人工智能、大数据与5G等先进技术的不断迭代和成熟，将基础设施、网络环境、硬件、软件等进行有效联通，做到实验室的人、物、环境三位一体，实现资源和信息互联共享，促进实验室资源最大化合理利用，打造校内创新研究的开展平台。

分析智能化。实验室智能化管理成为实验室未来发展的主要话题。物联网让实验室会“反馈”：一方面，实验室的智能化管理，为学生提供良好的实验环境；另一方面，实验室的智能化管理，为学生提供服务与监督。

传感器的教学应用。数字化实验室能发挥出巨大作用，引入传感器等数字仪器，学生经历对比传统仪器与数字化仪器，感悟数字化仪器的便利性、可视化程度较高。数字化仪器不仅能增强数据的准确性，大幅减少传统仪器的误差；还能使实验现象可视、可测，减少将人作为测量工具伴随的个体误差，从而促进学生从感性认知迈向理性认知。

信息资源共享。“数字化云资源实验教学系统”，以“平台＋终端＋服务”为基础的研发理念，整合海量资源，融合云计算、物联网、无线传感等新一代信息技术，将计算机网络的信息服务及神经元等融入学校实验教学和管理的各个应用领域。

四、“生活”未来实验室促态度与责任的体悟

从根本上说，我们研究自然是由于自然知识馈赠给我们预测和改变自然的能力。教师有普及科学和科学教育的责任，学生作为人类命运共同体的一员，应该秉承科学态度，有改善社会生活的责任。

以科学态度改善生活。科学态度体现在保持好奇心和探究热情、乐于探究和实践、有基于证据和逻辑发表自己见解的意识，严谨求实、乐于分享。学校依托未来实验室，录制了一系列关于科普宣传的视频和广播资源。例如：科学指导“课间餐”的选择，结合食物中的六大营养和2023年中国居民平衡膳食宝塔为学生课间加餐提供科学指导；科学助力班级文化建设，学生运用所学的植物生长所需条件及植物向光性等知识，为班级绿化角进行科学选址。

以社会责任引领生活。在科学方面，以社会参与的角度剖析责任担当，引导学生热爱并尊重自然，具有绿色生活方式和可持续发展理念及行动。在不断“走出去”“带回来”之中，构建理想新生活。试点学校毗邻河涌，河涌水质及河涌旁环境是科学学习的素材，学生争当小河长，对水质、水中污染物等进行观察记录，并取样带回实验室研究，思考水质净化方法，撰写研究报告，提出改进方法并送相关部门，满足社会的需求，努力为实现“一湾溪水绿，两岸荔枝红”做出一份贡献。

综上所述，未来实验室的建立与教育装备的完善，客观上可以更好地从软、硬件方面提升小学科学实验教学的质量。在实施科学实验教学的过程中，科学教师应以发展学生科学核心素养为教学出发点，根据课程标准与教材内容匹配运用科学实验室的硬件设备，实现教育现代化装备与课堂教学的有效融合，使学生在操作中提高探索能力，综合发展学生的科学核心素养。

参考文献：

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［2］胡胜蓉，田诗佳.以“科技大脑＋未来实验室”为核心，推动数字化改革向“生态构建”跃升 探索科技创新新型举国体制的浙江路径［J］.信息化建设，2022（12）.

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［4］施双艳.地球科学实验室的建设与课程开发的实践研究［J］.新课程导学，2019（09）.

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