设家庭实验室，培养探究实践核心素养

贾建芹

《义务教育科学课程标准（2022年版）》提出了科学观念、科学思维、探究实践、态度责任四个方面的核心素养，其中探究实践是学生形成其他素养的主要途径。从教材内容上看，浙教版《科学》上册第一章第三节《科学观察》和第五节《科学探究》分别提出了“观察是重要的科学研究方法”“科学探究是获得科学知识的一种基本方式”，即阐明了“探究实践”核心素养的重要意义。面对刚进入中学校园的七年级新生，如何抓住新的起点，逐步培养学生“探究实践”这一核心素养是七年级教师需要探讨的主要议题。科学实验是初中生学习科学知识、提升科学核心素养的重要环节和途径，但校内实验室空间限制、教学时间紧凑，不能使全体学生充分参与到科学实验中。结合七年级新生充满好奇心的性格特点、小学对《科学》学习有基础的学情状况、七年级《科学》上册教材内容分布特点等，笔者提出家庭实验室的设想，旨在通过搭建教学脚手架，让学生在家完成可操作、可评价的探究实践作业，培养学生的探究实践能力。

一、创设家庭实验室空间

（一）明确实验室建设目的和意义

在创设家庭实验室之前，教师要给学生明确家庭实验室存在的意义，鼓励学生在家庭实验室中独立探究，激发求知欲，培养科学核心素养。在家庭实验室中，学生能根据自己的时间进行弹性实验，获得更多实践操作的机会，有利于培养科学探究实践素养。

（二）制定实验室安全守则

实验的安全性一直是科学教师实施各类实验时首先考虑的重要问题，家庭实验室离开了教师的实时指导，更容易存在安全漏洞，所以在建立家庭实验室初期，除了必备安全设备如实验外衣、实验手套、消防设备等，还应明确家庭实验室安全实验守则。学生应在教师指导下明确各类别实验操作注意事项，结合学校实验室安全守则，制定家庭实验室安全守则。

（三）准备实验室硬件设备

在家庭实验室创设中，准备实验室硬件设备非常重要。结合初中科学教材实验内容，家庭实验室的实验应包含生物类、化学类、物理类、天文地理类实验，除了准备安全设备外，学生应准备的实验设备主要如下：测量工具如刻度尺、量筒、天平等；观察工具如显微镜、放大镜等；玻璃仪器如试管、烧杯、锥形瓶等；专项工具箱如光学工具箱、电学工具箱、力学工具箱等；学生还应根据教师安排的家庭实验室内容对实验室设备进行实时更新。

完成上述过程后，学生可以在家庭中安排专门的空间或者柜子用于布置家庭实验室（含户外），在指导学生布置实验室时，教师应分类布置、注意安全，鼓励学生购买相应的书籍，拓展课外知识，促进实验的开展和完成，提高探究实践核心素养。在家庭实验室中，学生除了完成教师定期布置的实验外，还可以根据自己的兴趣和课程需求进行实验项目，尝试新的创意和想法，与家长一起探索科学的奥秘。

二、确定家庭实验室内容

根据《义务教育科学课程标准（2022年版）》，探究实践主要指在了解和探索自然、获得科学知识、解决科学问题，以及技术与工程实践过程中形成的科学探究能力、技术与工程实践能力和自主学习能力。在确定家庭实验室内容时，笔者参照教材目录，尽量选择七年级学生熟悉的自然现象展开实验。鉴于探究实践包含科学探究能力和技术与工程实践能力，笔者特意将内容又区分为观察性实验、探究性实验、小制作和项目化。通过对教材和对应作业本中实验内容的多次钻研、筛选，最终确定七年级上册家庭实验室的内容如下：

九月份：1.3科学观察，观察性实验——观察鸡蛋放在溶液里的实验和塑料丝实验（取自于作业本）；1.4科学测量，观察性实验——温度的感觉和自制温度计的项目化作业。

十月份：2.1生物与非生物，探究性实验——观察蜗牛；2.1细胞，项目化作业——植物细胞模型制作；2.5常见的植物，探究性实验——校园植物检索表制作。

十一月份：3.2地球仪和地图，小制作——小型地球仪的制作；3.5泥石流，探究性实验——泥石流的形成；3.7地形和地形图，小制作——简单等高线地形模型的制作。

十一月份：4.1物质的构成，观察性实验——液体扩散实验；4.7升华与凝华，观察性实验——人工造雪。

以上实验内容的选择主要遵循以下几个要点：一是实验的进行不需要借助特定的试剂、仪器和工具，只要利用学生家庭材料和工具就能有序开展，从而确保实验开展的全员度；二是实验内容在教材中已有一定的活动指南，学生有方向有目的，从而确保实验开展的可推进性；三是实验内容接地气，贴近学生生活实际，满足学生探究欲。同时，教师能合理搭建一定的脚手架，帮助学生进行思考、探究，确保实验开展的效度。此外，针对个别实验，从传统型的授课模式来看，原本是在教室通过小组合作或教师演示、个别学生演示的方式开展，如温度的感觉、观察蜗牛、液体的扩散实验等。但这样的实验往往在课堂实验时间不足、参与度差、体验感不强、实验现象不能全员性观察，而家庭实验室的开展能将一部分的课堂实验转化为课外实验，给教师的课堂教学和学生的学习打开新的局面。

三、制定家庭实验室实施方案

新课标明确指出，探究实践能力包括科学探究能力、技术与工程实践能力和自主学习能力。为使我们的家庭实验室切实为这三个能力的逐步培养而服务，教师不仅要选择合适的实验内容，还应遵循内容选择制定合理的实施方案。下文以“观察蜗牛”和“自制温度计”为例说明制定实施方案的方法。

（一）培养科学探究能力

观察蜗牛实验被归类为探究性实验，实验目标为培养学生的科学探究能力。鉴于该实验的实施时间在国庆假期，时间比较充裕，且學生刚学过科学探究的一般过程为提出问题、建立猜想与假设、制定计划、获取事实与证据、得出结论、交流与评价等环节，故笔者设计实验报告单主要内容如下：

观察蜗牛：学生通过对蜗牛的观察提出科学问题。如观察到蜗牛缩在壳里，可提出蜗牛在壳里是保护自己吗？此环节设计目的在于引导学生善于观察和提问，切合本章学习目标。

科学探究：蜗牛有哪些感觉？学生参照浙教版科学七年级上教材第36页活动内容，对蜗牛是否具有视觉、嗅觉、味觉、听觉等问题建立假设、设计实验方案，并根据实验获取事实和证据，得出结论。在这一过程中，学生充分体验科学探究的过程，能力得到显著提高。

进阶提升：你还能提出关于蜗牛的哪些问题？请写出相应的实验方案。此环节旨在启发学生交流和讨论，发散思维，并将科学探究能力落实在实践上。

上述实验报告单的设计遵循以教材活动为依托、科学探究一般过程为指导的原则，为学生在家开展实验搭建了脚手架，帮助学生更有效地完成实验，并在实验中提升探究实践能力。总体来说，探究性实验脚手架的设计一般为以下顺序：观察现象（明确什么自然现象需要解释），提出问题（关于现象的什么问题），探究要素（怎么回答这个问题），收获与反思（科学知识和新问题）。

（二）培养技术与工程实践能力

探究实践能力还包括在技术与工程实践过程中形成技术与工程实践能力，所以在家庭实验室设置一定量的项目化实验必不可少。结合七年级学生能力基础和七年级《科学》上施教内容，笔者选定了两个项目化实验内容，其中自制温度计是学生的第一个项目化实验作业，放在时间更充裕的国庆假期间实施，具体项目化任务单和评价量表内容如下：

项目名称：冷暖“他”知——自制温度计。

任务一：寻找温度计的前世今生——学生通过查阅资料寻找温度计的发展史，并绘制时间轴。

任务二：发现温度计的奥秘——学生明确温度计如何显示温度高低、温度计的原理和自制温度计的创新点等。

任务三：绘制自制温度计的设计图——学生在制作成品前进行图纸设计，阐述设计亮点。

任务四：项目收获和心得。

以上任务设计内容循序渐进、难度螺旋上升，让学生充分体验技术与工程实践过程，从而提升能力。

评价量表包含过程性评价量表、成果性评价量表、自我核查评价等。其中，过程性评价主要对产品创新、设计图绘制合理性、设计图可操作性等维度进行评价；结果性评价主要对温度计结构、可操作性、材料取用、误差大小、精确程度、产品迭代改进等维度进行评价。量表的设计不仅是评价学生作品的依据，更是学生工程实践过程的方向指南。

“如何把项目化做好”是在开展家庭实验室过程中重点研讨的问题。项目化作业不仅仅是一个简单的技术与工程实践过程，还应具有科学学科特色，充满科学思维。故在设计项目化任务单中，笔者特意增加了“科学史教育”板块，如上述中的“任务一寻找温度计的前世今生”。设计任务时，注重任务间的知识关联和思维逻辑，旨在培养学生的科学思维。项目化实验脚手架的设计一般为以下顺序：项目驱动（包括科学史教育和核心知识梳理），项目目标（包括科学观念、科学思维、探究实践和态度责任），项目过程（包括设计图纸、项目制作和效果监测），评价与成果（包括评价量表，项目改进和成果展出）。

（三）培养自主学习能力

自主学习能力是探究实践能力的一种，对照《义务教育科学课程标准（2022年版）》和2017年版《义务教育小学科学课程标准》，新课标更强调学生“能基于所学知识，从……角度提出……问题”等自主学习能力。在制定家庭实验室实施方案时，教师要充分考虑学生自主学习能力的培养，如观察蜗牛和自制温度计，都是基于学生已学的“科学探究一般过程”和“温度计”等知识，让学生从观察现象、科学史发展、工程原理等多角度提出相应问题。自主学习能力还体现自主选择学习策略、反思学习过程与结果等方面，所以家庭实验室能够给予学生充分的空间，逐步培养学生的自主学习能力。

四、设定家庭实验室评价机制

家庭實验室相关实验主要是学生在家里落实完成，如何监督学生认真、有效地完成，从而落实家庭实验室设定的实际意义，实现逐步培养学生探究实践的能力的设想？为了解决这一问题，笔者提出了以下方案：

（一）对学生实验过程和成果的评价

1.利用班级钉钉群家校功能。

教师可利用钉钉群班级圈建立专门的家庭实验室话题板块，要求全班同学在此上传实验照片或视频，写下实验感言，板块中的内容可长期保存；利用班级钉钉群家校本发布作业，监督学生及时完成布置的家庭实验室内容，上传照片或视频。通过以上方式，教师可及时对学生实验作业进行评价，对实验未开展或开展过程中有困难的学生给予及时监督和有效指导。

2.开展评价性课堂。

通过上述评价，教师可初步筛选出优秀作品和有疑义且值得探讨的作品，在课堂中让此类作品的学生代表在课堂中进行说明和展示，从而实现师生评价、生生评价。课堂评价的过程不仅仅是对实验作业做一个终结性的评价，更是让学生在师生、生生互动中应用核心知识、碰撞思维火花、提升探究实践能力，培养科学学科核心素养。

3.优秀成果展示。

在课外和课堂评价相结合的基础上，由学生、老师共同推荐优秀作品在全校范围内进行成果展示，并最终经学校公众号推广。

以上评价机制，从教师评价到教师与学生共同评价，再到全年段、全校、全员评价，环环相扣又相互承接，推动家庭实验室从小众走向大众。随着评价的升级，学生的实验作品也在不断迭代、进阶，探究实践能力不断提升。

（二）学生探究实践核心素养评价

1.通过问卷调查和家校沟通，了解学生对家庭实验室的态度和实验学习情况。

2.与学生进行沟通，了解学生在家庭实验室学习中的感受和想法。

3.组织实验能力和探究实践素养考核，检查学生的实验操作和探究实验核心素养。

4.开展小论文、小课题、科学小DV等比赛，鼓励学生将家庭实验室作品成果变成科研作品，评选出优秀学生代表，在校内进行演讲、展示，起示范引领作用。

五、结语

家庭实验室的建设对于学生的实验能力和探究实践核心素养的提升具有积极的意义，学生热情参与、家长积极配合、作品成果可见。但学生是不断发展变化的群体，探究实践能力的培养不是一朝一夕就能达成的目标，教师还需要不断总结和探索，使家庭实验室逐渐成熟。在后续年段教学中，教师还要继续关注家庭实验室设备更新和安全管理，选择循序渐进的实验内容，采用多元化的评价机制，让学生的好奇心循环起来，使学生保持热情，不断改进实施方案，让实验难度不断螺旋提升，逐步发展学生的探究实践能力。