在教育、科技、人才成为全面建设社会主义现代化国家基础性、战略性支撑的背景下，党的二十届三中全会明确提出“统筹推进教育科技人才体制机制一体改革，健全新型举国体制，提升国家创新体系整体效能”。2025年3月6日，习近平总书记在看望参加政协会议的民盟民进教育界委员时强调，“必须深刻把握中国式现代化对教育、科技、人才的需求，强化教育对科技和人才的支撑作用。”中学阶段作为人才培养的关键时期，实验教学是培养学生科学素养、创新思维与实践能力的核心载体
［1］。然而，传统实验教学存在“重操作轻思维”“重验证轻探究”“重结果轻过程”等问题，难以满足素养时代对人才培养的需求
［2-7］。因此，重构中学实验教学实践策略，成为当前基础教育改革的重要课题。
1 政策理论与时代诉求：素养时代实验教学的改革依据
1.1 政策锚点：实验教学改革的制度保障
近年来，教育部及国家相关部门密集出台一系列政策文件，为中学实验教学改革指明方向，形成“体系完善—技术赋能—清单明确—政策落地”的清晰脉络。
2019年11月，教育部印发《关于加强和改进中小学实验教学的意见》（教基〔2019〕16号），首次提出将实验操作纳入初中学业水平考试，并作为高中录取依据，同时要求完善实验教学体系，区分基础性与拓展性实验，创新教学方式并强化安全保障，标志着实验教学从“建议开展”向“刚性要求”转变。
2023年5月，教育部等十八部门联合印发《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》（教监管〔2023〕2号），重点关注技术赋能与资源整合，明确要求利用人工智能、虚拟现实等技术弥补薄弱地区资源短缺问题，推动每所中小学设立科技辅导员，动员高校、企业等开放实践基地，进一步拓宽实验教学的场域边界。
2023年11月，教育部基础教育司发布《中小学实验教学基本目录（2023年版）》（教技资〔2023〕79号），覆盖16学科900余项实验，突出素养导向与学段贯通，强调跨学科融合（如STEM项目），为中学实验教学提供了具体可操作的内容框架。
同年，教育部办公厅印发《基础教育课程教学改革深化行动方案》（教材厅函〔2023〕3号）要求2023年前落实实验操作纳入中考的政策，并将实验课开设情况纳入教学视导，推广优秀跨学科实践案例。
综上所述，政策趋势呈现四大特征：一是评价刚性化，通过中考杠杆倒逼学校落实实验教学；二是技术普惠化，借助VR/AR、AI等技术推动城乡实验教学公平；三是实践社会化，构建“社会大课堂”，突破校园资源限制；四是师资专业化，要求提升实验教师专业水平，为实验教学改革提供制度支持。
1.2 时代诉求：实验教学改革的价值导向
自21世纪以来，科技创新成为推动社会发展的核心动力，国家对具备创新思维、问题解决能力、团队协作精神的时代新人需求日益迫切。中学实验教学作为科学教育的重要组成部分，肩负着培养学生观察能力、动手能力、科学思维及创新精神的责任。从“做中学”到“创中学”的转型，不仅是实验教学模式的变革，更是教育理念的升级——实验教学不再是简单的知识验证工具，而是培育学生核心素养的“动态场域”
［8］。通过实验教学，学生能够在真实或模拟的情境中体验科学探究过程，理解科学本质，树立科学伦理与安全意识，最终成长为适应中国式现代化建设需求的创新型人才。
2 素养时代中学实验教学的实践策略
2.1 重构教学目标：从“验证已知”到“素养导向”
传统实验教学目标多聚焦于知识验证与操作技能训练，难以满足核心素养培育需求
［9］。素养时代的实验教学目标需围绕科学探究素养、创新与问题解决能力、跨学科整合能力及社会责任感四大维度，实现“知识—能力—素养”的一体化设计。
（1） 聚焦核心素养的目标定位。
在科学探究素养方面，通过完整的探究链（观察—提问—假设—验证—反思）培养学生的科学思维。例如，在生物学科“植物向光性实验”中引导学生自主设计对照变量，理解控制变量法的本质；在创新与问题解决能力方面，设置开放性实验课题，如化学教材“思考与讨论”部分提出“你可以利用什么物品代替实验室中的滤纸和漏斗来过滤液体？”进而设计“用常见物品设计简易净水装置”的项目化实验，鼓励学生突破常规方案，在实践中探索创新路径；在跨学科整合能力方面，打破学科界限，设计STEM/STEAM实验，结合真实社会议题设计实验，如“校园水质检测与环保建议”“社区噪声污染调研”，引导学生关注社会问题，树立科学伦理与公共意识。
（2） 分层分类的目标实施。
基于学生年龄与能力差异，构建分层实验目标体系。小学阶段以趣味性实验激发好奇心，侧重观察与表达（如“彩虹雨”密度实验）；中学阶段引入项目式实验，培养学生的数据处理与逻辑推理能力（如“影响导体电阻因素的探究”）。同时，为不同能力水平的学生提供基础型、拓展型、创新型三类实验任务，如在“粗盐提纯”实验中，基础型任务聚焦操作规范性，拓展型任务要求分析误差来源，创新型任务则挑战“提高粗盐产率的优化方案设计”，满足学生个性化学习需求。
2.2 创新教学模式：从“被动操作”到“主动建构”
教学模式的创新是实验教学改革的核心。素养时代的中学实验教学需突破“教师演示—学生模仿”的固化模式，构建以学生为中心的探究式、项目式、跨学科融合及数字化四大教学模式。
（1） 培养批判性思维的探究性实验模式。
以学生自主探究为核心，遵循“自主提问—合作设计—动手验证—批判性分析—跨组辩论”流程。例如，在“铁生锈条件探究”实验中，教师不直接给出实验方案，而是以“为什么铁在不同环境中生锈速度不同？”为驱动问题，引导学生分组讨论如何控制变量（水、氧气），设计对照实验，记录现象并分析误差，最终通过跨组辩论深化对铁生锈原理的理解。
在实施过程中需注重三点：一是开放式问题驱动，避免“一步一指令”的机械操作；二是容错性实验环境，允许学生尝试错误，如当学生电路连接失败时，引导学生排查故障，而非直接告知学生正确接法；三是数据可视化与论证，要求学生基于实验事实，能用图表或模型清晰展示数据、发现科学规律、进行科学论证。
（2） 解决真实情境问题的项目式实验模式。
将实验融入真实项目，通过跨学科、长周期的实践培养学生的综合应用能力。例如，在“校园水质监测与净化方案”项目中，学生需结合化学（水质检测指标与方法）、生物学（微生物对水质的影响）、工程（净水装置设计）知识，通过实验采集数据，制订针对性的净化方案，并向学校提交建议报告。
项目实施需遵循“真实场景—成果导向—跨团队协作”三步走原则，即用真实场景确保项目的实用性与趣味性；提交实验报告，展示净水装置的成果，明确学习目标；团队成员分组负责资料查阅、实验操作、成果展示活动，培养学生在跨团队协作过程中的沟通能力与系统思维能力。
（3） 打破学科壁垒的跨学科融合实验模式。
以主题或社会议题为纽带，整合多学科知识设计实验。例如围绕“碳中和”主题，设计跨化学（二氧化碳吸收实验）、生物学（植物固碳速率测量）、地理（碳足迹计算）的综合实验，引导学生从多视角分析环境问题；在初中化学“调查家用燃料的变迁与合理使用”实验中，整合化学（燃料燃烧原理）、历史（燃料使用的历史演变）和地理（不同地区燃料分布差异）知识，让学生理解燃料使用与环境、社会发展的关系，培养可持续发展观。此外，STEM/STEAM实验是跨学科融合的重要载体，如在“水质检测及自制净水器”实验中，融入技术应用（传感器使用）与工程设计（净水器结构优化）元素，实现“科—工”整合。
（4） 突破时空限制的数字化实验模式。
借助现代技术工具提升实验效率与深度，培养学生数字素养。一是虚拟仿真实验，对于剧烈爆炸的化学反应、航天探测器运行等高危或高成本实验，利用VR/AR技术，让学生在安全环境中进行“试错性”操作；在分子运动等微观理解方面，借助可视化的分子运动模型，辅助学生理解抽象概念。二是传感器与数据采集，通过pH传感器、温度传感器等实时采集数据，结合Python、Excel等软件进行统计分析与模型建构，如在“稀HCl溶液逐滴加入NaOH溶液”实验中，用传感器绘制pH变化曲线，直观理解反应本质。三是利用AI辅助实验设计，如在“氧气的实验室制取”实验中，AI为不同小组提供差异化实验方案与仪器选择建议，学生通过分析方案优缺点，掌握装置选择原理，提升实验设计的自主性。
2.3 丰富教学资源：从“教材限定”到“多元开发”
传统实验教学资源多依赖教材与实验室器材，存在资源单一、门槛较高等问题
［10］。素养时代需拓展资源边界，构建“生活化、社会化、数字化”三位一体的实验资源体系。
（1） 利用日常生活材料，开发生活化实验教学资源。
利用日常生活材料开发生活化的实验教学资源，让科学走进生活的同时降低实验门槛，让学生学会用学科思维解决生活问题。例如，用厨房的白醋与小苏打自制二氧化碳灭火器，理解酸碱反应原理；用药店购买的过氧化氢溶液（双氧水）和土豆（含过氧化氢酶）制取氧气，体会催化剂的作用。生活化实验不仅降低了实验成本，还能培养学生“从生活中发现科学”的意识，让实验突破实验室限制。
（2） 构建开放场域，整合社会化实验资源。
借助高校、企业、科技馆、博物馆等社会资源，打造“社会大课堂”。学科教师可以与科技馆合作开展“场馆实验课”，如在气象馆学习气压测量，在天文馆模拟天体运行；在企业实验室开放日组织研究性学习，如参观污水处理厂等，了解科学技术在实际生产中的应用；邀请高校科研人员进校园，指导学生开展创新性实验，拓宽学生科学视野。
（3） 通过跨区域共享，搭建数字化实验资源平台。
学科教学离不开校本资源的创新性开发和持续性优化，可收录教师开发的实验微课、学生优秀实验报告、实验设计案例等建立资源库；区域资源库通过“国家中小学智慧教育平台”等，共享优质实验视频、虚拟工具（如数字实验室软件）和跨校实验项目，解决薄弱学校资源不足的问题，推动城乡实验教学实现公平。
2.4 转型教师角色：从“示范者”走向“素养引导者”
教师是实验教学改革的关键主体，亟须从传统的“操作示范者”转型为“素养引导者”，在实验设计、课堂引导、分层指导等方面提升专业能力。
（1） 提升实验设计能力。
鼓励教师加入学习实践共同体等研修工作坊，结合学生的认知规律研究、讨论、改进教材实验，设计更优的实验教学方案；借助AI工具（如DeepSeek）生成差异化实验方案，为不同水平学生提供个性化支持；关注学科前沿与社会议题，将新技术、新问题融入实验设计
［11］，如在“利用AI图像识别技术观察植物生长”实验中融入上述技术。
（2） 转变课堂引导策略。
一是优化提问技术，用“高阶问题”激发学生深度思考，如“如果实验结果与假设矛盾，可能的原因有哪些？如何验证？”；二是实施容错教育，鼓励学生记录失败过程，分析“非预期结果”的科学价值，让学生理解“失败是科学探究的重要组成部分”；三是加强分层指导，对基础薄弱学生提供“实验脚手架”，为能力较强的学生设置“挑战性任务”，如实验误差建模分析、实验方案优化等活动。
2.5 优化教学评价：从“结果导向”到“过程—能力导向”
教学评价是实验教学改革的“指挥棒”，需突破传统“以实验结果为唯一标准”的评价模式，构建“表现性—即时性—反思性—终结性”四维评价体系，将评价融入实验教学全过程。
（1） 表现性评价，评估实验过程中的综合能力。
教师基于真实情境设计评价任务，关注学生“能做什么”而非“记住了什么”
［12］。实施评价需把握三个核心。
在初中生物“观察植物细胞”实验中，评价维度涵盖显微镜使用熟练度、临时装片制作规范性、对细胞结构观察的准确性以及实验过程中的合作交流情况等。不仅如此，还要为每个维度设定清晰的等级描述，如将显微镜使用熟练度分为“操作流畅规范、操作基本正确但稍显生疏、操作存在明显错误”等不同等级，便于教师精准观察和记录学生表现。
二是制订清晰的评价量规，涵盖知识理解、技能操作、科学思维、合作交流、实验态度等维度，量规不仅关注数据准确性与结论正确性，还评估操作规范性、数据处理能力及团队协作能力。
三是设计分层评价任务，满足不同学生需求。
（2） 即时性评价，及时反馈引导。
教师在实验教学各阶段为学生提供即时反馈，提升实验教学的效果。在实验前，通过预习提问了解学生知识储备，明确实验目标；在实验中，密切观察学生操作与数据记录，及时纠正错误操作（如“在蒸发操作中未搅拌可能导致液体飞溅”）；在实验后，通过成果反馈引导学生深入分析结果（如“为什么你的实验数据与其他小组存在差异？”）。同时，引入学生互评，鼓励小组成员相互指出操作优点与不足，培养反思与合作能力。
（3） 反思性评价，促进深度学习。
引导学生对实验过程进行系统性反思，将疑惑、“失败”转化为学习资源。例如，当实验结果与预期不符时，引导学生思考：“实验方案是否存在漏洞？操作过程是否有误差？如何改进实验设计？”并要求学生撰写反思报告，记录实验心得与改进建议。反思性评价不仅能帮助学生发现问题，还能培养其批判性思维与元认知能力。
（4） 终结性评价，总结学习成果。
将过程性评价与终结性评价相结合，全面反映学生学习状况。过程性评价关注实验中的参与度、操作规范性、合作表现等；终结性评价则以实验报告、成果展示为载体，评估学生的知识掌握情况以及实验设计与创新能力。例如，在化学“校园水质监测”项目中，过程性评价记录学生的实验参与度与协作情况，终结性评价则评估水质检测报告的科学性与净水方案的可行性。
3 结论与展望
素养时代的中学实验教学改革是教育理念、教学模式、资源体系与评价机制的系统性变革。通过“重构目标—创新模式—丰富资源—转型教师—优化评价”五大策略，实验教学能够实现从“操作训练”到“素养培育”的转型，成为培养学生核心素养的重要载体。未来，中学实验教学还需进一步关注技术与教育的深度融合（如AI技术在实验评价中的应用）、跨学科实践的常态化实施（如STEM课程与实验教学的整合）及教师专业能力的持续提升（如建立实验教学教研共同体）。唯有如此，才能让每一次实验都成为“素养训练场”，为国家培养更多具备科学思维与创新能力的时代新人，为中国式现代化建设筑牢教育根基。
中国教育装备行业协会教育装备科研课题“基于教育装备的实验教学空间的建设和应用研究”(CEFR2401R02)
第三届湖南省基础教育教学改革研究重点项目“‘双新’背景下初中化学跨学科实验教学的实施策略研究”(25JGZD0177)
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