一枚旧洗衣机上的定时旋钮，一节摩托车的12V蓄电池，三组旧三轮车的尾灯……这些来自废品站的零部件，还能派上什么用场？四川省宜宾市来复镇中心小学校四年级学生王梓竹在科学教师萧兵指导下，竟让它们“摇身一变”，组合成一台可供课堂教学的“双控切换红绿灯演示器”。
“学生反复思考、动手实验，最终制作成功。这个过程中，她不仅亲手验证了书本上的科学原理，更对科学研究产生了浓厚兴趣。这正是实验教学的意义所在。”萧兵说。
对中小学而言，实验教学不仅是《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》的重要教学内容，更是提升青少年科学素养、培养创新人才的重要途径。对此，教育部早在2019年就发布了《关于加强和改进中小学实验教学的意见》。在此基础上，教育部日前又发布《中小学实验教学基本目录（2023年版）》（以下简称《基本目录》），详细罗列了小学、初中、高中16个学科对应的900多项实验与实践活动。
当下，中小学实验教学开展状况如何？还面临哪些难题？如何才能通过实验教学，激发青少年崇尚科学、探索未知的兴趣？
培养动手能力、创新思维，离不开实验教学
谈起创新人才培养，中国科学院院士、陕西师范大学原校长房喻感触颇深。他认为，青少年时期的科学兴趣培养、动手能力历练，有助于一个人形成求实求真的做事风格，养成创新的思维习惯。
那么，如何激发孩子的科学兴趣、培养动手能力？“实验教学是很重要的抓手。”北京师范大学科学教育研究院院长郑永和表示，“实验教学不仅可以帮助学生体验科学探究的乐趣、加深对概念的理解、养成科学的思维方式，还能提高他们的动手实践能力，培养勇于质疑、乐于创新的科学态度。”
北京教育学院科学教育研究中心主任周玉芝对此深表赞同。她认为，实验教学是培养学生核心素养的重要载体，核心素养包括创新实践、技术应用、批判质疑、理性探究等，不是光靠做题就能培养出来的，一定要突出实践导向，强调手脑结合。她指出，虽然在2018国际学生评估项目（PISA2018）中，我国四省市学生的数学、科学关键能力素养位列79个参测国家（地区）第一名，但现实中，我国中小学生在动手实践、问题解决、创新创造等方面的能力仍比较欠缺。因此，加强中小学实验教学显得尤为迫切。
在实际教学中，实验教学如何发挥育人功能？浙江省镇海中学物理教研组长应俊以物理学科为例解释道：“首先，物理教材中的大部分理论知识都有配套实验，学生们通过形象、具体的实验操作，可以实际验证这些抽象理论，更好地理解和掌握相关理论知识，同时提高自己的动手操作能力。其次，教师可以把实验器材中的原理和设计思想挖掘出来作为教学资源，鼓励学生自己设计实验方案，对培养学生的创新意识和能力都很有好处。此外，在实际探究中，学生能切身体会到实验过程的艰辛和成功的来之不易，有助于他们养成严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度。”
师资、硬件需跟上，莫让实验教学成为“纸上谈兵”
“当前，国家高度重视中小学实验教学，并将其作为工作重点深入推进。但现实中，中小学实验教学还存在一系列现实问题。”郑永和表示。
“在应试思维影响下，目前老师们对实验教学的重视程度还远远不够。”因为工作需要，周玉芝常常进入中小学化学课堂一线调研。她发现，即便是在公开课上，一些授课教师和学生也并不熟悉实验操作流程。“上课重讲授、轻实操的现象较为普遍，有的老师甚至直接让学生用观看实验视频代替动手操作。他们觉得只看视频也一样能让学生拿高分，自己还能节省备课精力，为何还要‘多此一举’？”
实验室场地、设备、化学药品等资源不足，也限制了实验教学的正常开展。周玉芝告诉记者，自己在某经济发达城市十多所初中调研发现，当地硬件条件较好的学校，也只配有一间化学实验室，十几个班的学生最快三周才能轮到一次使用机会。有的学校实验室设施陈旧，通风条件差，一些实验室甚至存在安全隐患。同时，不少化学教师向她反映，由于安全管理等原因，实验室化学药品常出现短缺，导致许多实验教学无法按计划开展。
在经济薄弱地区和乡镇学校，实验教学资源和人员不足的问题更加突出。一名乡镇小学的科学教师透露，学校实验室建成十多年，没有专职实验员维护，加上经费紧张，设施器材陈旧，很难满足新课标实验教学的要求。此外，由于师资紧张，科学教师长期由其他学科教师兼任，近年来才聘任了专职科学教师。但这些新教师大多也并非科学相关专业出身，对科学课程内容和实验掌握不充分，实验教学开展难度较大。
郑永和指出，当前实验教学评价科学性不足，也是实验教学容易沦为“纸上谈兵”的原因之一。“目前，实验教学评价多聚焦于实验操作流程，主要考查实验操作的规范性和熟练度，涉及实验设计、实验分析、合作探究、创新思维的内容很少，无法准确反映学生的实验能力与科学素养，难以发挥评价的诊断、激励和促进作用。有针对性的实验教学评价体系亟待开发。”
做好实验教学，教师需更加“走心”
如何才能让实验教学落地起效，让孩子们真正从实验环节体悟科学奥妙、激发创新活力？
郑永和表示，相关政府部门和学校应加大资金投入，健全实验教学资源体系。学校实验室应配齐配足仪器设备，完善仪器维护和管理制度；增加实验室空间建设，创新实验室管理机制，提高实验室使用效率，由专业学科教师担任实验室管理工作。同时，在信息化的当下，应创新科学实验教学装备，特别要重视研发低成本、融入信息技术的学科实验，以及跨学科实践所需的数字化实验装置。
周玉芝建议，既要引导相关学科教师更重视实验教学环节，也要为教师提升实验教学能力给予更多支持。“许多老师，尤其是毕业后刚入职的青年教师，自己都不会做课本里的实验，也搞不明白实验的关键点，更别说教好学生了。因此要加强教师实验教学方面的教研、培训。”此外，周玉芝还呼吁，教育行政部门可牵头组建专业实验教学资源研发团队，建立跨学校实验教学资源共享平台，通过网络平台及时分享实验教学的最新素材、课例等，为教师上好实验课提供信息资源保障。
在日常教学中，一线教师如何凭借现有资源条件，上好一堂实验课？
郑永和指出，教师应落实新课标要求，以《基本目录》为依托，创新优秀实验教学经验。一是总结凝练实验教学数字化进程中取得较好效果的典型成果；二是在“低成本实验”“生活小实验”“家庭实验”等方面开发更易操作的实验资源，鼓励自制教具、研究符合新课标理念的教学策略；三是加强探究性实验，引导学生开展主题式、项目式实验学习，激发学生的探究兴趣和创新思维，促进知识建构与迁移，培养实践创新意识。
事实上，各地教师已开展了不少“走心”尝试，积累了一些关于实验教学的优秀做法。
在浙江省镇海中学，应俊和同事们利用常见物品、器材，自制了不少物理实验教具，让实验操作更简单、演示效果更显著。比如观察桌面微小形变的实验，借助固定在铁架台上的激光笔，学生就能通过观察激光笔远处投影的变化，直观感受到“桌面形变”的存在。
作为一所乡镇学校，四川省宜宾市来复镇中心小学校近年来利用当地自然条件资源，因地制宜开展了一系列农业实验活动。比如组织养蚕活动让学生观察蚕的繁殖变化、探究绿豆芽生长条件和发芽率之间的关系、尝试种植小麦了解植物生长发育过程……
“上好一堂实验课，需要教师聚焦核心素养的培育，结合相关学科知识，引导学生展开对问题的设计与研讨。这对教师来说并不容易，但如果每一位教师都有这样的追求，相信科学教育生态和创新人才培养一定会迎来积极转变。”郑永和表示。