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首先阐释科学思维的内涵与进阶维度，继而以苏科版教材“探究凸透镜成像规律”实验为例，剖析当前实验教学在科学思维培养方面存在的不足。在此基础上，提出指向科学思维进阶的初中物理实验教学策略，并建构“经验感知—具象认知—抽象建模—质疑创新”的四阶思维进阶模型，据此为该实验设计思维导向的教学方案。实证研究表明，该方案能有效提升学生的观察分析、模型建构及质疑创新等思维能力，从而为初中物理实验教学改革提供理论与实践参考。
在初中物理实验教学中，“失败实验”具有独特的育人价值，能够从多维度促进学生科学素养的发展。针对初中物理实验教学中“失败实验”的实验教育价值进行初步的探讨，提出“失败实验”的教育意义在于培养学生的科学探究意识和探究能力、培养学生的思辨能力和解决问题的能力，以及培养学生的实验基本操作技能。挖掘“失败实验”的教育价值需要教师转变“唯成功论”观念，构建“分析—归因—改进”的教学闭环，将失败转化为科学思维培养的契机。
人教版高中化学教材设有14个栏目，其中“化学与职业”栏目通过介绍与化学相关职业的特点、工作环境和知识背景，引导学生认识化学与社会发展的关系，拓展知识视野，培养学生综合解决问题的能力。该栏目注重职业价值引导，体现化学学科的应用价值和社会贡献，有助于学生树立正确的职业观和价值观。基于师生阅读情况的调研数据，通过分析“化学与职业”栏目的应用效果，客观评估该栏目对学生综合素质发展及教学质量优化的实际贡献。
科学与人文是科学教育的一体两面。在小学科学课堂教学中，教师既要重视培育学生的科学素养，又要加强引导学生思考科学现象背后的人文价值，涵养学生的人文素养。然而，在当前小学科学育人过程中，教师普遍存在对人文素养内涵认知不深、融人文教育于教学频次不高、推动人文教育实施方式不妥等问题，导致科学课堂未能有效引领小学生的全面发展。若要发挥科学课堂教学对学生人文素养的培育功效，则需要科学教师从提升人文素养与资源开发能力、融合教学技能、涵养多元教学评价观等维度出发，深化科学教育与人文教育的协同融合。
培养学生的设计创造力，是顺应国家教育现代化与新课改深化要求、培育创新人才的重要路径。为此，有必要构建以项目式学习为载体、以设计思维为核心的高中通用技术教学框架，该框架将激发学生创造潜能与提升技术实践能力有机统一，并据此提出“激发学生创造潜能、培养设计思维和提升技术实践能力”的教学策略。初步实践结果表明，实施该模式能显著提升学生的技术素养，其在发现问题、创新设计和方案物化等方面的能力均有明显提高。
从学习者认知发展的内在逻辑来看，郭玉英教授团队提出的学习进阶五层级模型（经验、映射、关联、系统、整合），与课程标准中界定的科学探究五级水平之间，存在着高度的对应和匹配关系。有鉴于此，为了提升教学质量和高考的备考质量，在学习进阶视域下，分析2024年和2025年全国高考新课标卷物理电学实验试题的设问进阶层级，据此提出基于“学习进阶”的实验教学策略——真做实验，亲历实验探究过程，以突破映射层级；厘清原理，深入设计探究方案，以突破关联层级；由点到面，目标统领单元教学，以突破系统层级；提炼方法，注重核心素养培养，以突破整合层级。
以一道考查机械能守恒定律的良构试题为例，先比较了试题与问题的结构要素，从它们相似的结构要素出发，分析良构试题三要素的具体特征，以此建构良构试题变劣构问题的模型。再以实例为抓手，形成良构试题变劣构问题的3个策略，分别是模式化的情境转化为实际的真情境、单一化的知识转化为融合的概念群、唯一化的解答转化为多重的新表征。
2024年浙江省初中学业水平考试科学试卷第27题是关于浓硫酸性质的实验探究题，试题立足核心素养考查，以创新实验为情境，体现了命题评价的创新性和发展性。针对试题呈现的新实验，在检索文献的基础上，基于真实的实验情境，结合浓硫酸和硫酸铜晶体的结构，剖析实验原理，解释实验现象，深度解析该试题，从中得到引导初中科学教学的四点启示：重视围绕实验目的的分析探讨、强化对实验过程的观察理解、训练基于新情境的证据推理和关注实验规范与安全。
“备教学评一体化”通过构建自我净化的教育生态系统，推动小学科学实验教学向素养培育转型。研究基于苏教版科学教材，建立“探究实践新闭环”模型，以“目标设计—活动实施—证据采集—反馈优化”四阶循环促进教学评协同。目标设计融合逆向思维与协商机制，利用雷达图动态监测素养发展；过程迭代通过“现象激疑—工具探究—方案迁移”三环节，结合数字工具与阶梯任务实现认知螺旋上升；评价驱动引入多元主体“四维评价闭环”，从可行性、技能、美学与认知维度提供多维反馈。实践表明，该模型重塑了师生角色，教师转为学习生态养护者，学生成为自主探究者，推动科学教育形成“实践—认知—再实践”的良性循环。
新课标视域下的教学是我国目前教育实践与教育理论研究的热点，评价效能制约着学业质量和目标达成的效果。以科学核心素养的4个指标作为维度，通过创建“学业质量表现”任务、构建“学业质量评价”体系、拓建“数字实践评价”平台等方式，开展新课标视域下小学科学表现性评价的研究，助力学生科学核心素养的培育与提升。
《义务教育课程方案（2022年版）》明确提出以“学科实践”作为新型育人方式，倡导各学科开展突出本学科思想方法和探究方式的实践学习活动，注重“做中学”“用中学”“创中学”，旨在培养学生在真实的实践情境中提出、分析和解决问题的综合能力，充分发挥实践育人的独特价值。为具体阐释从“知识本位”向“素养本位”的转变，以“做中学”为例，采取制作电磁起重机模型的任务驱动，引导学生在动手实践中建构科学观念，体验完整的科学探究过程。此类教学活动能引导学生在问题解决过程中发展科学思维，在探究的成功与挫折中形成科学态度与社会责任，从而实现核心素养的全面提升。
聚焦数理融合提升初中物理教学应用效果，构建“生活情境→物理问题→数学建模→定量分析→应用迁移”五环教学模式。以“杠杆的平衡条件”教学为例，通过“跷跷板情境导入”“力臂概念科学建构”“平衡公式自主推导”“力矩平衡定量分析”和“羊角锤最小力问题迁移”等教学环节，探索该模式在物理课堂应用中的有效性。结果表明：该模式在有效打破学科壁垒的同时，能够助力学生深化理解数理规律，从而为落实初中阶段物理学科育人功能提供一种可行性范式。
自制教具是中学物理教学的重要资源，更是培养学生物理学科核心素养的重要载体。为此，有必要系统探索传感器系列教具的研制路径，并围绕教材分析、设计开发、持续优化及教学反思等环节展开教学实践。将干簧管、光敏电阻、热敏电阻等核心元件的原理与应用情境具象化，可以为学生提供直观的探究体验，这有助于学生建构物理观念、提升科学探究能力、发展科学思维并养成社会责任，从而为核心素养导向的中学物理教学提供切实可行的实践参考。
初中物理教学以培育和发展学生核心素养为根本目标，围绕“激发学习兴趣、引导探究实践、促进学以致用”三大核心维度，系统性设计兼具趣味性、生活性、目标性、挑战性、实践性与应用性的教学活动与问题体系。实践证明，设计认知冲突型、思维类比型、目标进阶型、认知建构型等类型问题，有助于激发学生开展深度思考与探究，破解传统实验教学中“看而不思，做而不思”的被动困境，实现从知识传授到素养培育的教学转型。
以人教版（2019版）高中化学选择性必修二《物质结构与性质》中“配合物”相关内容为依托，创设以[Cu(NH_3)_4]SO_4溶液作为工业电解液的情境，引导学生观察、认识多种颜色的含铜化合物，从颜色、溶解度等性质差异入手，辨析Cu~(2+)在水溶液中的不同存在形式。通过设计实验探究配离子与沉淀之间的转化，揭示该转化过程的本质是化学平衡的移动。这种基于情境与问题驱动的教学模式，能够帮助学生深入理解配合物的形成与解离原理，并促进他们在知识整合、批判性思维、实验探究及解决实际问题能力等方面的综合发展。该案例力求在知识理解、思维训练与实践应用3个层面推动学生化学学科核心素养的落实，从而为高中配合物相关内容的课堂教学提供具有可操作性、启发性的有效范例与教学参考。
以学习进阶理论为指导，系统构建中学化学“乙醇”主题的教学框架。即：整合初高中课程标准的梯度要求，凸显教材编排的螺旋式上升特征，遵循学生认知发展规律，以及坚持“结构决定性质”学科大概念，据此确立起由“感知物质存在→认识反应本质→建立宏微联系→陌生情境应用”构成的四水平进阶路径。在实践层面，创新设计“生活经验（医用酒精应用）→学科本质（结构反应探究）→社会应用（工业制备优化）”的主题情境链，并搭建“微观建模（乙醇结构辨析）→机理可视化（催化氧化断键分析）→跨学科创新（酒精检测仪设计制作）”的三级任务进阶体系，旨在引导学生逐步从知识的积累过渡到能力的提升，并最终促成学生素养的跃迁。
以“模拟生物体维持pH的稳定”为例，阐述5E教学模式在高中生物学教学中的应用价值。在该课中，先以生活情境导入教学内容，再引导学生提出问题、设计实验比较不同材料在滴加HCl或NaOH后的pH变化情况，并经过定性探究、分析现象、完善方案、定量探究、得出数据并建立数学模型，一方面可培养学生的科学思维和科学探究能力，生成内环境稳态的核心概念，另一方面可以真正落实学科核心素养的培养目标。
2022年全国中小学实验教学精品课“观察产生了新物质的变化”，展现了核心素养导向下创新实验设计的典型实践。该节课紧密联系学生实际，鼓励他们在动手操作中发现问题，并提出和实施原创解决方案，从而深度探究化学变化的本质——新物质的生成。全课坚持问题导向，模拟科研过程，引导学生全心投入探究实践，有效提升了他们的科学探究能力、动手能力与创新思维。通过对内容与教学方式的革新，这一精品课成功构建了生动高效的教学模式。
在实际教学中，教师对跨学科概念、核心概念理解不深以及对两者的关系认识不清，导致学生科学素养的提升成为科学教育的痛点。要落实指向跨学科概念的科学教学，教师首先需亲身参与工程实践（或跨学科探究），以厘清跨学科概念的内涵。在此基础上，应以核心问题为导向重构课程内容，通过问题链驱动项目式学习。在教学实施中，应搭建适切的学习支架以支持学生的学习进阶，并融合循证评价，最终实现“教—学—评”一体化。
初中科学单元教学设计应聚焦学科核心概念，注重建立知识之间的逻辑关联，以期帮助学生实现深度学习，进而使核心素养的培养目标落地生根。以“溶液”单元为例，从确定单元学习主题、制定单元学习目标、规划单元学习过程、实施单元学习评价等方面阐述单元教学设计思路，旨在为初中科学教学践行核心素养理念提供可操作的策略与案例借鉴。
中学物理教学提倡情境式教学方式，以真实的实验为抓手，引导学生进入课堂思维，能有效激发学生兴趣、提高课堂效率。远距离输电原理是教学难点，很多中学实验室未配备相应演示器材。基于实验为先导的教学理念，结合实验操作真实、方便、简洁、直观的要求，根据中学电磁感应知识设计远距离输电多功能演示仪。从使用效果看，该演示仪在课堂应用中取得了良好效果。
电源电压、串联电路电流和并联支路端电压是电路的基本恒量，利用这些恒量可以实现对单表头电阻的测量。探讨恒量法测电阻的原理，据此以实验验证该方法的可行性。实验结果表明，除电源电压恒量外，用恒量法测量电阻的误差值不超过标称值的3.57%。将该方法引入课堂教学，有助于学生深入理解欧姆定律的物理内涵，促进知识迁移，增强其综合应用能力和创新思维。
“受迫振动与共振”是人教版高中物理选择性必修一中与生活联系紧密的一节内容，也是对“机械振动”一章具有总结意义的重要内容。然而，教材中设计的演示教具较少，且存在装置笨重、现象不明显等问题；学生分组探究实验更是缺乏配套器材。为此，可创新设计一套受迫振动组合教具，包含学生探究、教师演示和生活应用3个模块，以期提升课堂教学效果，并有效培养学生的科学探究能力。
新高考背景下的实验教学更加注重探究过程，由此决定实验装置对实验效果有着重要的影响。描绘平抛运动轨迹是探究平抛运动实验的难点，而部分教材介绍的实验装置存在不足之处。为此，以电火花高压脉冲放电形式设计制作新型平抛运动实验装置。该装置具有以下优点：能够精准记录抛体的运动轨迹，数据测量精确，可有效突破实验难点；开发成本较低，器材易购买、组装，操作简便。通过创新设计开发低成本、易操作的实验装置，可以充分发掘现有实验器材潜能，开发更多的实验课程资源，以便尽可能让学生自己动手做实验，在实践过程中提升科学素养和实验探究能力。
针对现行教材中电解水实验对“氢气燃烧生成水”这一结论证据支撑不足的问题，可利用氯化钴试纸、一次性医用输液器与吸氧管三通头等材料，设计改进的实验装置。该装置能直观地验证燃烧产物是水，有效强化学生的证据意识。同时，其材料易得、制作简单，便于在课堂中推广实施。
采取控制变量等方法，探究不同盐桥对原电池电动势及输出性能的影响，并分析了电池内部的电压分布与内阻特性。实验结果表明，在锌-硫酸原电池中，锌片是主要的放能部分。同时，探讨了盐桥浓度、凝胶强度等因素对盐桥电阻的影响。在实验过程中，还观察并记录了一些未知的特殊现象，以及讨论了离子电流可能的发展前景。
教材中铜与浓硝酸反应的演示实验，通常存在药品用量大、反应过程中易有大量氮氧化物气体逸出等问题，不仅污染教学环境、影响师生健康，也背离绿色化学及学生科学素养发展的教育理念。为此，针对原实验的不足，可设计一套微型化、环保型的实验装置。该装置既能有效实现教学目标、提升教学效果，还能通过仪器组合与功能创新，引导学生突破对实验装置的固有认知，培养学生的环保意识与创新能力。
针对高中化学教材中“铜与稀硝酸、浓硝酸反应”实验的不足（如反应前空气未排尽、现象不明显等），进行系统改进：采用泡沫铜替代铜片以增大接触面积；结合注射器与三通阀实现试剂定量控制与体系封闭；用紫色石蕊溶液证明二氧化氮与水发生了反应；增设安全瓶与尾气吸收装置，构建了一套微型化、一体化的实验装置。该装置将气体制备、性质检验与尾气吸收融为一体。实验表明，改进后现象明显、操作简便，在节省药品的同时也更加绿色环保。
“喷水显字”是一种趣味化学实验，其原理是让预先处理过的化学试剂相互接触发生颜色变化，从而在白纸上显现字迹。基于实验原理、用品、步骤、教学应用等因素，“喷水显字”实验主要可分为两类代表性方法：一是利用酚酞与碱性溶液的反应，二是利用铁离子与特征显色剂的反应。这一实验巧妙地将化学反应可视化，为探索化学与书法的学科融合育人提供了生动载体。
教材中乙炔的制取和性质实验通常涉及较大的设备，不仅操作复杂、药品用量较大、反应不可控，而且存在一定的安全隐患。采取微型化改进后的优点：不仅可以简化实验步骤与操作流程，还可以减少药品用量；将饱和食盐水替换为葡萄糖溶液，进一步降低了实验风险，提高了实验的安全性；改进装置在激发学习兴趣、锻炼动手能力、培养环保意识和科学素养方面，均展现出显著的教学价值。
“食物中能量测定”实验是生物学教学中的经典实验，对于培养学生科学探究能力和实践技能具有重要意义。然而，教材实验方案存在操作烦琐、热量散失严重等问题，且具有一定安全隐患。为此，从实验材料、装置设计及教学策略等方面，系统综述已有改进方法，并对其未来优化方向进行展望，以期为师生更安全、有效地开展该实验教学提供参考。
基于微型化实验理念，从改减实验用具、改进实验操作、改善实验思路等方面对高中生物学实验进行改进，在提高高中生物学实验教学的可行性和随堂性的同时，提升学生的科学探究能力。
针对教材中“观察小鱼尾鳍内血液的流动”实验存在的问题，尝试以鳑鲏替代原有材料，并使用0.1%丁香酚溶液麻醉。鳑鲏尾鳍血管分布典型且组织较薄，结合丁香酚的稳定麻醉效果，显微镜下血液流动现象清晰可见，血流速度保持稳定。改进后的材料与方法显著提升了观察效果，降低了操作难度，提高了实验教学效率。
为帮助学生理解第三道防线中体液免疫与细胞免疫的分工与协作，以“机体清除流感病毒”为具体情境，设计模型建构任务。通过组装免疫过程模型（如图示化组件或动态模拟软件），学生在探究中逐步回答：病原体位于不同位置时，免疫系统如何特异性识别并清除它，从而建立针对特异性免疫过程的整体认知。
浙教版初中科学教材中缺乏演示可燃性气体（如甲烷）爆炸的专用仪器，而完成该演示实验对理解燃烧与爆炸条件至关重要。利用一次性注射器、空牛奶盒、导线、工字钉，以及从打火机拆取的压电点火装置等生活中易得物品，自制一款“可燃性气体爆炸”演示仪。该装置巧妙地利用了气体在密闭空间内急速膨胀的原理，并通过彩色纸盖等设计增强实验的视觉效果。该自制演示仪弥补了教材的缺失，且具有制作简单、材料廉价易得、节约药品、可操作性强及安全性较高等特点。
传统的心脏与血液循环实验器材，往往难以动态模拟血液循环过程，且缺乏实时数据监测功能。为此，对该实验器材进行改进：利用单向阀模拟心脏瓣膜功能，配合液体流量计、液体压强计和透明塑料管，组装一套新型血液循环实验装置。该装置操作简便，学生可直观观察心脏搏动时血液在血管中的流动过程，并同步获取血液流量与血压变化数据，不仅能探究运动中心跳快慢与血液流量的关系，还能理解不同个体心脏收缩强度的差异如何影响运动后呼吸恢复时间，从而提升探究能力与科学思维水平。通过可视化与数据化的呈现方式，该装置可帮助学生扎实建构关于心脏与血液循环的科学概念。
实验教学是国家课程方案中重要的教学内容，是培养创新型人才的重要途径。以“用传感器采集数据”实验为例，从明确实验主题、整合实验内容、构建学习路径、制定评价方案及设计实验报告5个维度，系统设计并实施了教学活动。通过对教学实践与成效的分析发现，实验教学能够提升学生的问题解决能力。
以国家实施的数字教育应用、共享与创新行动为导向，致力于提升学生以计算思维为代表的核心素养，探索虚拟仿真项目式学习实践，为人工智能赋能行动落地提供可行路径。设计了人工智能“火星开发”项目，探索学习者在虚拟仿真环境中进行情境感知、原理探析、算法实现、迁移拓展的实践过程，以科学研究和事实支撑来验证其助力人工智能赋能行动“以智助学”的有效性。
智能手机集成了多种传感器，通过蓝牙外接各类传感器，用于改进中学传统物理实验，有着很大的创新实验开发潜力。基于ESP32与Phyphox设计的中学物理实验装置以“一核两端三画面四素养”为设计理念，搭建了硬件设备与软件平台交互的桥梁，能够定量探究物理量之间的关系，直观显示物理量变化曲线，引导学生进行深度学习，同时拓展了Phyphox软件的使用范围，实现物理传感器的无线突破，适用于各种教学场景。
物联网实验教学是初中信息科技学科教学的重点内容，当前对于物联网实验教学的实施还存在诸多困难，运用Scratch自制仿真实验程序辅助教学，有望缓解或消除初中物联网实验教学的困境。以智能热水壶程序的技术研发为例，阐述以《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》为指导，紧扣2024年新版湖南省义务教育教科书八年级物联网的教材内容，研究在初中物联网实验教学过程中，教师用Scratch技术研发简易仿真实验程序作为教学资源的策略。
循证教学是基于证据的教学活动，符合初中物理教学以实验为基础的特点，也与《义务教育物理课程标准（2022年版）》中科学研究的要素相契合。教育信息化的不断发展使信息技术成为初中物理学科循证教学一种良好的循证手段，借助大数据、人工智能等与课堂教学的融合，使循证教学更具有操作性和可靠性。利用信息技术收集精准证据的特点，优化物理实验和物理实验教学方法；利用数字化实验强化学生证据意识，促进学生分析和解释的能力，培养学生的物理核心素养。
无线向心力试验器是研究向心力规律的物理教学和科学实验的仪器，可针对水平、不同倾斜角度以及竖直圆周运动展开动态、定量且科学的观察、测量与分析。对实际刚体在转动时角速度逐渐减小，圆周运动转变为阻尼振动这一过程中的图像变化予以剖析，帮助学生形成力与运动的物理观念；深化学生在不同情境下对圆周运动向心力内在规律的质疑、推理等科学思维；强化了学生建模能力、综合分析与应用数学解决物理问题的能力。
针对中小学人工智能教学工具化、浅表化与素养转化难的问题，应用先进的人工智能技术，构建了“数智六阶”实验教学模式，依托AIGC、VR等技术，设计了自驱式的非遗实验教学模式。该模式以浏阳花炮为载体，通过虚拟仿真、人机协同与创意迭代，实现从科学认知到创新实践的能力进阶，培育学生的跨学科思维与智能素养，为非遗活态传承与智能教育融合提供可推广的实践路径。
思维导图在物理实验室管理和实验教学中的应用是一种新颖且有效的方法。在实验室管理方面，思维导图可直观展示实验室功能和预约信息，明确实验器材位置，并清晰标示仪器使用说明及安全事项。在物理实验教学中，思维导图可辅助高效的实验预习、促进深度探究性学习，并确保教、学、评目标的一致性。这一工具提升了实验室管理和教学的智能化水平与效率。
实验室资源处于闲置或半闲置状态，导致实验教学质量难以保持稳定。为了推动高中物理实验室的建设与管理，提出“三方协同”的实验室管理模式，从组建多元合作管理、构建协同管理平台和实施绩效考核评价机制三个方面阐述如何提高高中物理实验室管理的规范性和系统性，促使实验室管理流程更加全面、细致，为实验室的持续性发展提供有力支持。
利用科学课堂技术整合观察表，分析了国家中小学智慧教育平台中的39节实验教学精品课，研究了小学科学实验教学的技术整合情况。结果表明，小学科学实验教学技术整合质量整体偏低，技术整合质量随着年级的提高而提升。提出摒弃技术导向，聚焦真实教学问题；整合教学资源，提高技术整合质量；因材施教，实施差异化的技术整合策略的教学建议。
<正>陈桑尼长沙市一中初级中学教师,湖南省新时代基础教育名班主任培养对象,湖南省名师网络工作室陈桑尼初中化学工作室、芙蓉区陈桑尼初中化学工作室、芙蓉区陈桑尼中学班主任工作室首席;湖南省基础教育初中化学学科兼职教研员、长沙市第二届初中化学学科兼职教研员、芙蓉区初中化学学科兼职教研员;荣获2019年度全国中小学实验教学能手、2010年优秀教研(备课)组长称号;芙蓉区教育督导评估专家,芙蓉区优秀教师、优秀青年志愿者。