科學(xué)探究活動的教學(xué)設(shè)計與實施：從理論構(gòu)建到實踐落地引言：科學(xué)探究的教育價值與實踐訴求科學(xué)探究作為培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體，其本質(zhì)是讓學(xué)習(xí)者經(jīng)歷“提出問題—作出假設(shè)—設(shè)計方案—實踐驗證—得出結(jié)論—反思拓展”的認知過程，在真實問題解決中發(fā)展科學(xué)思維、實踐能力與創(chuàng)新意識?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標準（2022年版）》明確提出“探究與實踐”是課程內(nèi)容的核心主題，要求教師通過系統(tǒng)化的教學(xué)設(shè)計與精細化的實施策略，讓學(xué)生在“做科學(xué)”的過程中理解科學(xué)本質(zhì)、掌握科學(xué)方法。然而，當前科學(xué)探究活動常存在“重形式輕思維”“重結(jié)果輕過程”的問題：部分教師將探究簡化為“按步驟操作實驗”，學(xué)生看似動手卻未真正經(jīng)歷“質(zhì)疑—推理—驗證”的思維過程；或因時間把控、資源支持不足，導(dǎo)致探究活動流于表面。如何通過科學(xué)的教學(xué)設(shè)計與有效的實施路徑突破困境，成為一線教師亟待解決的命題。一、科學(xué)探究活動的教學(xué)設(shè)計核心要素（一）目標設(shè)計：錨定核心素養(yǎng)的三維導(dǎo)向科學(xué)探究的目標設(shè)計需超越“知識記憶”的局限，指向科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任的綜合發(fā)展。以“探究種子萌發(fā)的條件”為例：科學(xué)觀念：理解生物的生存依賴一定環(huán)境條件（如水分、溫度、空氣）；科學(xué)思維：通過控制變量法設(shè)計對比實驗，分析實驗數(shù)據(jù)得出因果關(guān)系；探究實踐：掌握“提出假設(shè)—設(shè)計方案—操作驗證—分析結(jié)論”的探究流程；態(tài)度責(zé)任：體會生命的復(fù)雜性，養(yǎng)成嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度。目標表述需具“可觀察、可評估”性，例如將“培養(yǎng)科學(xué)思維”細化為“能基于實驗現(xiàn)象提出2個以上合理假設(shè)，并設(shè)計控制單一變量的驗證方案”。（二）內(nèi)容選擇：從“教材課題”到“真實問題”的轉(zhuǎn)化探究內(nèi)容應(yīng)兼具科學(xué)性、趣味性、開放性，優(yōu)先選擇貼近學(xué)生生活經(jīng)驗、蘊含探究價值的主題：1.生活現(xiàn)象延伸：如“為什么鐵制品在海邊更容易生銹？”（關(guān)聯(lián)化學(xué)腐蝕與環(huán)境因素）；2.學(xué)科問題拓展：如“不同土壤對植物生長的影響”（融合生物與地理知識）；3.社會議題關(guān)聯(lián)：如“校園垃圾分類的可行性研究”（結(jié)合工程實踐與社會責(zé)任）。內(nèi)容設(shè)計需避免“假探究”（如結(jié)論已知、步驟固化的驗證性實驗），轉(zhuǎn)而采用“真問題驅(qū)動”。例如將“顯微鏡的使用”轉(zhuǎn)化為“探究校園池塘水中的微生物種類”，讓技能學(xué)習(xí)服務(wù)于真實問題解決。（三）過程設(shè)計：構(gòu)建“問題—探究—反思”的閉環(huán)結(jié)構(gòu)科學(xué)探究的過程設(shè)計需遵循“認知發(fā)展規(guī)律”，形成螺旋上升的環(huán)節(jié)鏈：1.問題提出：從“好奇”到“聚焦”的轉(zhuǎn)化教師可通過情境沖突激發(fā)疑問，例如展示“同一株植物在室內(nèi)與室外的生長差異”，引導(dǎo)學(xué)生提出“光照強度如何影響植物生長？”的聚焦問題，避免寬泛的“為什么植物會生長？”。2.方案設(shè)計：從“模糊嘗試”到“科學(xué)規(guī)劃”的進階以“探究液體的表面張力”為例，學(xué)生初始可能提出“用不同液體滴在硬幣上”，教師需引導(dǎo)其明確變量（液體種類、滴數(shù)、硬幣材質(zhì)）、控制條件（滴液工具、環(huán)境溫度）、觀測指標（液滴數(shù)量、形狀變化），形成可操作的實驗方案。3.實踐操作：從“動手”到“動腦”的深度參與操作環(huán)節(jié)需避免“照方抓藥”，教師可設(shè)置認知沖突點。例如在“探究摩擦力大小”實驗中，故意提供“表面粗糙但重量輕”的木塊，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)“摩擦力不僅與接觸面有關(guān)，還與壓力相關(guān)”，倒逼其反思實驗方案的局限性。4.總結(jié)反思：從“結(jié)論”到“元認知”的升華除總結(jié)知識結(jié)論，需引導(dǎo)學(xué)生反思“探究方法的合理性”（如“我的實驗設(shè)計是否控制了所有變量？”）、“證據(jù)的充分性”（如“數(shù)據(jù)樣本是否足夠？”），甚至“探究的社會價值”（如“我們的結(jié)論對解決生活問題有何啟發(fā)？”）。（四）評價設(shè)計：多元化的“過程—結(jié)果”雙維反饋科學(xué)探究的評價應(yīng)突破“實驗報告打分”的單一形式，采用多主體、多維度、多形式的評價體系：過程性評價：通過“探究日志”記錄學(xué)生的問題提出、方案調(diào)整、合作表現(xiàn)；利用“小組互評表”評估成員的參與度與貢獻度（如“是否主動分享觀點？是否支持同伴實驗？”）。結(jié)果性評價：結(jié)合“成果展示”（如模型制作、數(shù)據(jù)可視化報告）與“問題解決測試”（如“基于探究結(jié)論，設(shè)計一個減少家庭能源浪費的方案”），評估知識遷移能力。個性化評價：針對不同學(xué)生的優(yōu)勢（如“善于提出創(chuàng)意假設(shè)”“嚴謹操作實驗”）給予差異化反饋，避免“一刀切”。二、科學(xué)探究活動的實施關(guān)鍵環(huán)節(jié)（一）情境創(chuàng)設(shè)：從“被動接受”到“主動探究”的觸發(fā)點有效的探究情境需滿足真實性、沖突性、開放性：真實情境：如“校園草坪出現(xiàn)大面積枯黃，探究其原因”（關(guān)聯(lián)植物生理、土壤、氣候等多因素）；沖突情境：如“將生雞蛋放入清水會下沉，放入鹽水會漂浮，但放入糖水卻懸浮——為什么同是含糖溶液，浮力效果不同？”（打破“濃度高則浮力大”的直覺認知）；開放情境：如“設(shè)計一個裝置，利用太陽能為手機充電”（不限制材料與方法，鼓勵創(chuàng)新）。情境創(chuàng)設(shè)可借助多媒體（如微觀現(xiàn)象的動畫模擬）、實物（如發(fā)霉的面包引發(fā)微生物探究）、問題鏈（如“為什么冬天窗戶上會結(jié)霜？→霜的形成需要什么條件？→如何模擬霜的形成？”）等方式，激活學(xué)生的探究欲望。（二）合作學(xué)習(xí)組織：從“小組圍坐”到“深度互動”的轉(zhuǎn)型科學(xué)探究的小組合作需避免“搭便車”現(xiàn)象，需進行角色分工+任務(wù)分層：角色分工：設(shè)置“方案設(shè)計師”（負責(zé)實驗規(guī)劃）、“操作專員”（執(zhí)行實驗步驟）、“數(shù)據(jù)記錄員”（收集整理數(shù)據(jù)）、“發(fā)言人”（匯報成果），定期輪換角色，確保全員參與。任務(wù)分層：將探究任務(wù)拆解為“基礎(chǔ)層（完成核心實驗）、進階層（優(yōu)化實驗方案）、拓展層（遷移應(yīng)用結(jié)論）”。例如在“探究電磁鐵磁性強弱”中，基礎(chǔ)層完成“線圈匝數(shù)對磁性的影響”，進階層探究“電流大小的作用”，拓展層設(shè)計“自動分揀鐵釘與鋁釘?shù)难b置”。教師需通過觀察記錄表（記錄小組互動頻率、觀點碰撞次數(shù)）、即時干預(yù)（如“你們的實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)矛盾，能否換一種測量方法？”）保障合作質(zhì)量。（三）資源支持：從“實驗室器材”到“多元工具”的拓展科學(xué)探究的資源需突破“傳統(tǒng)實驗箱”的限制，整合生活材料、數(shù)字化工具、社會資源：生活材料：用飲料瓶制作“生態(tài)瓶”，用吸管和橡皮泥搭建“橋梁模型”，降低探究成本的同時增強真實感；數(shù)字化工具：利用傳感器（如溫度、pH傳感器）精準采集數(shù)據(jù)，用編程軟件（如Scratch模擬“種群數(shù)量變化”）可視化抽象規(guī)律；社會資源：邀請科研人員講解“污水處理技術(shù)”，組織參觀科技館的“科學(xué)探究展區(qū)”，拓展探究的廣度與深度。資源提供需遵循“適度留白”原則。例如在“探究土壤成分”時，只提供“土壤樣本、放大鏡、燒杯、濾紙”，讓學(xué)生自主思考“還需要哪些工具（如酒精燈、玻璃棒）”，培養(yǎng)問題解決能力。（四）教師角色定位：從“知識傳授者”到“認知引導(dǎo)者”的轉(zhuǎn)變科學(xué)探究中，教師需扮演“腳手架”提供者：問題引導(dǎo)：當學(xué)生提出“為什么星星會閃爍？”時，追問“是所有星星都閃爍嗎？行星和恒星的閃爍有區(qū)別嗎？”，將問題引向科學(xué)本質(zhì)；方法支持：當學(xué)生實驗數(shù)據(jù)混亂時，引導(dǎo)其“回顧控制變量法的要求，檢查實驗步驟是否符合？”；思維激發(fā)：當學(xué)生得出結(jié)論后，追問“這個結(jié)論能解釋所有類似現(xiàn)象嗎？有沒有例外情況？”，推動批判性思考。教師需避免“直接告知答案”，而是通過啟發(fā)式提問（如“你是怎么想到這個假設(shè)的？”“這個數(shù)據(jù)和你的預(yù)期有什么不同？”）暴露學(xué)生的思維過程，進而針對性引導(dǎo)。三、實踐案例：“校園雨水花園的設(shè)計與建造”項目式探究（一）教學(xué)設(shè)計：基于真實問題的素養(yǎng)導(dǎo)向1.目標設(shè)計科學(xué)觀念：理解水循環(huán)、植物適應(yīng)性、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等概念；科學(xué)思維：通過實地調(diào)研、數(shù)據(jù)分析，運用系統(tǒng)思維設(shè)計生態(tài)方案；探究實踐：掌握“調(diào)研—設(shè)計—建?！獌?yōu)化”的工程探究流程；態(tài)度責(zé)任：增強生態(tài)保護意識，體會科學(xué)技術(shù)對社會的服務(wù)價值。2.內(nèi)容選擇圍繞“校園雨季積水嚴重”的真實問題，整合生物（植物選擇）、地理（土壤類型）、工程（結(jié)構(gòu)設(shè)計）等多學(xué)科知識，形成項目式探究主題。3.過程設(shè)計問題提出：實地觀察校園積水點，訪談后勤人員，明確“如何通過雨水花園緩解積水、美化校園？”的核心問題；方案設(shè)計：分組調(diào)研“本地耐澇植物種類”“雨水花園的經(jīng)典案例”，繪制設(shè)計草圖（包含植物區(qū)、滲水區(qū)、景觀區(qū)）；實踐操作：在校園空地施工（搬運土壤、種植植物、鋪設(shè)滲水管），過程中解決“土壤板結(jié)影響滲水”“植物存活率低”等真實問題；總結(jié)反思：對比施工前后的積水情況，評估生態(tài)效益，撰寫《雨水花園優(yōu)化建議書》。4.評價設(shè)計過程性評價：記錄小組的調(diào)研日志、方案修改次數(shù)、問題解決策略；結(jié)果性評價：通過“雨水花園功能測試”（如雨后2小時的積水深度）、“設(shè)計方案的創(chuàng)新性”（如是否融入雨水收集系統(tǒng)）進行評估；個性化評價：表彰“植物養(yǎng)護能手”“數(shù)據(jù)統(tǒng)計達人”等特色貢獻者。（二）實施過程：從課堂到現(xiàn)場的深度參與1.情境導(dǎo)入：播放校園積水的視頻，展示“學(xué)生雨天蹚水上課”的照片，引發(fā)解決問題的迫切感；2.小組探究：調(diào)研組：走訪氣象局獲取降雨數(shù)據(jù)，采樣分析校園土壤類型；設(shè)計組：用SketchUp軟件建模，3D打印微型雨水花園模型；施工組：在教師指導(dǎo)下使用工具（如鐵鍬、水平儀）進行實地建造；3.成果展示：舉辦“雨水花園開放日”，邀請家長、校長參觀，學(xué)生講解設(shè)計理念與生態(tài)效益；4.反思改進：根據(jù)反饋（如“部分植物死亡”），調(diào)整種植方案（更換耐澇品種），優(yōu)化滲水區(qū)結(jié)構(gòu)（增加碎石層）。四、常見問題與優(yōu)化策略（一）探究活動“流于形式”：學(xué)生動手但思維未參與表現(xiàn)：學(xué)生按教材步驟操作，卻無法解釋“為什么這么做”，結(jié)論照搬課本。策略：設(shè)計“認知沖突任務(wù)”，如在“探究光合作用”時，故意提供“遮光的葉片”讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)“預(yù)期的淀粉遇碘變藍現(xiàn)象未出現(xiàn)”，倒逼其反思實驗原理；引入“異常數(shù)據(jù)討論”，如某小組的“種子萌發(fā)實驗”中無水組的種子也發(fā)芽了，引導(dǎo)學(xué)生分析“種子自身儲存的水分是否足夠”，深化對變量的理解。（二）時間把控困難：探究環(huán)節(jié)拖沓，總結(jié)倉促表現(xiàn)：實驗操作耗時過長，導(dǎo)致結(jié)論交流、反思拓展環(huán)節(jié)被壓縮。策略：采用“分階段時間管理”，如將“探究金屬的導(dǎo)熱性”分為“方案設(shè)計（10分鐘）、操作驗證（15分鐘）、結(jié)論交流（10分鐘）、反思改進（5分鐘）”，每個階段設(shè)置“倒計時提醒”；提前“預(yù)演關(guān)鍵環(huán)節(jié)”，如復(fù)雜實驗的操作步驟（如顯微鏡的使用）可在課前通過“微視頻自學(xué)+小組預(yù)練”完成，節(jié)約課堂時間。（三）評價單一：只關(guān)注實驗結(jié)果，忽視過程與思維表現(xiàn)：以“實驗報告的正確性”作為唯一評價標準，學(xué)生的創(chuàng)意假設(shè)、合作能力未被關(guān)注。策略：開發(fā)“探究能力量規(guī)”，從“問題提出的質(zhì)量”“方案設(shè)計的科學(xué)性”“數(shù)據(jù)解釋的合理性”“反思的深度”等維度進行等級評價；引入“成長檔案袋”，收錄學(xué)生的探究日志、創(chuàng)意方案、改進記錄，全面反映探究能力的發(fā)展。結(jié)語：走向“真探究”的科學(xué)教育實踐科學(xué)探究