受力分析、酒精燃烧、细胞排列、昼夜交替……一节节知识贯通起科学网络。什么是理想的科学教育？是知识点的深入人心、是课堂的活力四射、是能够将所学用于实践、是生活中的举一反三，这是乡村科学教师姜春杰的回答。
为了能让农村学生接触到更系统、更前沿的科学知识，他用双手打造了一个摆满实验零件和器材的“科学王国”。“我的工作，就是在课堂带领学生去看更广阔的世界。”他就像是科学知识与学生之间的“摆渡人”，将知识讲解和思维开拓融合进实验过程中，带领学生一起探索科学的奥秘。
在废纸堆中寻“宝藏”
故事的开始，要从一本《十万个为什么》讲起。姜春杰小时候，父母经营着一家印刷厂，生意的繁忙让他们无暇顾及孩子。回忆起自己的童年时光，姜春杰的脑海中浮现的是印刷机的轰鸣和放学后独自玩耍的自己。性格较为内向的姜春杰当时最喜欢的消遣方式就是阅读，写完作业后，他经常在印刷厂里“寻宝”，翻看那些五花八门的书籍。每一片纸张和每一本书籍都承载着生动的故事，姜春杰的童年就在这些故事的陪伴中度过。偶然间，他在废纸堆里发现了一本封面洇墨的《十万个为什么》，“为什么星星是亮的？”“为什么冬天嘴巴会呼出热气？”……书中一个个鲜为人知却又灵动的知识让姜春杰着了迷，他抱着这本书读了很久，学会了很多知识，头脑中也有了更多疑问,对科学的兴趣开始生根发芽。后来，姜春杰在印刷厂又找到一本关于原子核物理的《高能物理入门》，晦涩的理论并没有阻挡他阅读，反而让他对物理的热情愈加高涨。
上大学时，姜春杰本打算报考自己热爱的核物理专业，但父母担心他以后工作会被分配到离家太远的研究所。思酌了很久，他最终选择了接近理论物理的师范类物理教育专业。大学期间，姜春杰对电子电路这门课很感兴趣，虽然不是主修课程，但课堂上老师的讲解及书中的原理介绍让姜春杰有了自己发明创造的想法。不同的电路连接会出现什么样的结果？为了将头脑中的奇思妙想变成现实，他每周都去宁波市区的商店买电子原件，然后按照书中的原理和乍现的灵光进行组装。“那时什么都做，只要自己感兴趣，我特别喜欢用学来的知识设计新的东西，虽然买的都是比较便宜、破旧的零件，但也花了很多生活费。”无畏的青春和跳动的思维碰撞出火花，姜春杰沉浸在自己的世界中，努力触达创新的彼岸。
2001年，姜春杰大学毕业，被分配到宁波市宁海县明港中学（现宁海县力洋镇初级中学前横分校）任教。“这是需要我的地方，学校当时在宁海比较落后的农村，附近连超市都没有。”简单的环境让姜春杰有更多的时间思考科学教学的最佳路径。“浙江省初中学段的科学教材涉及物理、化学、生物和部分地理知识，这也需要我们这些科学教师成为‘全能型’。”姜春杰认为单调乏味的说教式教学方式很难完成教学目标，学校简陋的实验条件无法匹配课本中的实验要求，更难以培养学生独立思考的能力。而学科内容的融合让这门课程成为培养学生思维能力、拓展学生视野的重要途径。因着心中对科学教育的理想和热爱，姜春杰开始为课堂实验自制教具开展课堂实验，希望借此呈现课堂知识的原理、应用方向及综合拓展，在常规教学之外找到另一种提升学习成效的方法。
作为较早进行课程创新的乡村教师，姜春杰也碰到了许多困难。“当时有人会质疑我不务正业，但最大的问题还是器材采购难。当时网购还未兴起，我每周末都会坐两个小时的大巴去宁波市区，然后再带回宿舍组装。”刚开始制作与课本配套的实验器具时，姜春杰发现自学的单片计算机和摄影可以改进课堂实验教学，因此早期的教具制作大多围绕电子技术（如电路板）和摄影技术展开。
“第一次在课堂上拿出自制的实验器材时，我心中其实很忐忑，但学生看到后很激动，他们催促我赶紧做实验，有些后排的学生为了看得清楚还搬着凳子坐到了前面。”课堂实验的成功完成以及学生的热情回应让姜春杰忐忑的心情平复下来，也让他认识到学生对于科学实验有本能的兴趣，这一方式或许是科学教育的有效路径。
园丁与工匠
因为教学资源有限，姜春杰在制作教具时需要将有限的材料发挥出最大的功用，尽可能实现一物多用。“我最早制作出的多功能器材是‘声音的特性演示仪’，这个演示仪可以做出教材中有关声音知识的5个实验，直到现在还能在课堂上使用。”回忆起自己的教学生涯，姜春杰骄傲地说，“我可能不是教学最优秀的科学教师，但应该是动手能力最强的。”
在乡村学校，科学书中的很多概念学生都未接触过，甚至都没听说过，而学校课堂在很大程度生上充当着学生看世界的窗口，姜春杰需要思考如何将课本中的知识与学生的现实活结合起来，在二者之间找到平衡点。浙江省初中科学教材中关于凸透镜成像的应用包括相机成像和人眼成像两个方向，在传统教学中，通常是教师口授拍照原理及方法，学生则依靠想象形成知识谱系。“其实很多学生对照片拍摄过程缺乏实际体验。如果能够制作出在课堂呈现照片拍摄过程的器材，那么就能弥补教材与实际生活之间的断裂。”
偶然间，姜春杰在拍卖网站上看到了一个古董皮腔相机，这种相机构造简单，可以探究相机的内部结构。于是，他利用木头、皮腔等材料制作了一个“仿古皮腔相机”，然后将拍立得相机的胶卷后背拆下安装在皮腔相机上，组装成能够辅助教学的相机演示器。“这一教具可以让学生通过手动调节像距，体会调焦的过程，在轻松自由的氛围中将知识牢记于心。”上课时，姜春杰会拿着自制的相机演示器，带领学生来到操场开展实验。他先向学生介绍各部分的功能以及成像原理，在演示一遍操作过程后便将主动权给予学生，让学生亲自调整焦距、画面，按下快门。随着一张张照片的成型，学生的思维一点点得到拓展。
姜春杰鼓励学生自己动手做实验，在他看来，知识的用可以驱动学生的学。而在实验过程中，学生的各种感官都可以调动起来，在此基础上建构起的知识体系会更有深度。
在一节偏向化学知识的课堂上，姜春杰利用自制的氢气生成与收集装置，配合书中罗列的方程式进行氢气生成实验。“书中关于氢气燃烧的反应只是简单描述，学生无法直观地感受到。为了让学生氢气的特性牢记于心，我用纸杯收集生成氢气，然后拿出火柴点燃。‘砰’地一声，纸杯被冲击出去。学生们本以为氢气燃烧会和火柴一样安静，没想到竟然会发生爆炸。”姜春杰笑着说，当他让学生亲自完成实验操作时，一时间，竟然没有人愿意去点燃氢气，都还沉浸在氢气爆炸所带来的惊吓中。
后来，有位学生在做完实验后找到姜春杰，认为可以仿照鞭炮的导火线来制作出可以延时氢气燃烧的装置。姜春杰听后，鼓励这位学生亲自试验，二人合力制作了一个氢气爆炸极限的测试装置。在一次次的改进创造和师生对话中，姜春杰带领学生推开了科学的大门，让他们在课本知识的基础之上能够思考更多可能，将头脑中的奇思妙想变成可行的方案。
去发现、去创造
现在,姜春杰在宁波市宁海县深圳镇初级中学工作，同时担任初二和初三两个班级的科学教师，今年还当上了班主任。教学工作繁忙，为了能有更多时间专注于器材制作，姜春杰将自家的杂物间改造成了一个小型实验室。这间不到五平米的实验室,见证了姜春杰无数个挑灯奋战的夜晚。科学教育需要与时俱进，而先进的实验器材采购困难，只能自己做。
姜春杰经常泡在实验室内，一次次修改代码，连接电路，思考如何将前沿技术应用于课堂教学中。“乡村学校教学资源贫乏，学生们家庭条件不是很好。通过这些教具实验缩小他们与城市孩子的差距，拓宽他们的视野，是我自制教具的初衷与动力。”提起那些制作完成的教具，姜春杰的语气多了一些骄傲，“我做的器材都具有较为先进的技术性，而且能够清晰简练地展示课本上的原理，它们就像我的得力助手，调动了课堂上学生的积极性。”
“双减”背景下，姜春杰的教学有了一些调整。校内托管服务时段的设置为学校培养全面人才提供了发挥空间。姜春杰综合考虑多方面资源及自己的教育经验，在学校开办了陶瓷STEM实验室，致力于拓展学生的创造力，培养工程设计能力，为打造未来的卓越工程师奠定基础。“陶瓷STEM实验室把艺术方面的陶艺，融合进科学知识、工程内容、技术内容，是学科融合的活动，可以培养学生的创造力。”在传统实验中，实验目的、实验器材及实验过程都是设计好的，教师和学生在进行实验时没有很大的发挥空间，学生的创造性被忽略。而陶瓷实验室仅提供活动场地和器材，真正的主动权在学生手中，学生可以在实验室内自主确定作品类型，调配陶泥釉料，创作出预想的作品。
2022年秋季学期，陶瓷实验室正式投入使用，这一教学形式的创新回应了当下科学人才培养的需求。“学生作为独立的个体，需要足够的空间去畅想、去创造，我们所探索的正是将学生的创造力应用于实践的有效路径”。从自制教具、让学生亲自实验、再到以学生为主体的陶瓷实验课程，姜春杰一直在探索科学教育的最佳方向，但不拘一格的创新始终贯穿他的教学生涯。姜春杰认为，科学教育的目标不只是让学生熟练地掌握课本上的知识，而应当追随当下时代发展的脚步，让学生能够以多元视角观世界之变。
教育需要教师保持学习的热情，不拘泥于传统的教学模式。从教以来，姜春杰始终以学生为主体，积极探索培养学生科学素养、培育综合性人才的教学路径。在实验课上，他会鼓励学生大胆操作；外出实践时，他也会告诉学生大胆去发现，有什么想法都可以和老师沟通。时至今日，他已难以记起自己做过多少教具，教学有需求就会去做，技术有变化就会改进。
“给学生每人一坨二氧化锰，涂在书本上，这样总知道二氧化锰是黑色粉末了吧！”“起早摸黑的，把机械手臂做好了，就等程序控制一下，可今天有7节课。”“终于找到液晶屏偶尔死机的问题了，是软件漏洞，今天应该是彻底解决了。”……姜春杰用朴实的文句记录着教学点滴。作为一名科学教师，对姜春杰来说，教育就是提升学生的科学素养，培养全能型人才。
姜春杰的科学之路，始于热爱，久于人师。
（作者：李啸）
来源： 《教育家》杂志社
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