小學(xué)階段科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐教程小學(xué)科學(xué)教育的核心價(jià)值，在于通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐建構(gòu)科學(xué)認(rèn)知、培育探究能力。實(shí)驗(yàn)作為探究式學(xué)習(xí)的核心載體，其設(shè)計(jì)與實(shí)施需兼顧兒童認(rèn)知特點(diǎn)與科學(xué)本質(zhì)。本教程結(jié)合《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》要求與一線教學(xué)實(shí)踐，從設(shè)計(jì)原則、分領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)案例、實(shí)踐實(shí)施要點(diǎn)三方面展開(kāi)，為教師、家長(zhǎng)提供可操作的科學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，助力兒童在“做中學(xué)”中發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)。一、科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的核心原則實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需錨定“兒童立場(chǎng)”，既符合小學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，又承載科學(xué)探究的核心要素。（一）趣味性驅(qū)動(dòng)：?jiǎn)拘烟骄勘灸苄W(xué)生的科學(xué)興趣往往始于直觀、奇幻的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需融入“魔術(shù)感”“游戲化”元素，讓學(xué)生在“玩”中產(chǎn)生疑問(wèn)。例如：“彩虹雨”實(shí)驗(yàn)：材料為食用油、清水、食用色素、透明杯。步驟是將油與水分層后，用滴管滴入色素，觀察色素在水中“降雨”的奇觀。利用“油密度小于水、色素不溶于油卻易溶于水”的特性，制造視覺(jué)沖擊，引發(fā)“為什么色素在油里不動(dòng)，到水里就散開(kāi)？”的疑問(wèn)。（二）探究性導(dǎo)向：錨定科學(xué)思維實(shí)驗(yàn)應(yīng)圍繞核心問(wèn)題展開(kāi)，預(yù)留“猜想—驗(yàn)證—推理”的探究空間。例如：“種子發(fā)芽需要什么？”對(duì)照實(shí)驗(yàn)：設(shè)置“有水/無(wú)水”“有光/無(wú)光”“常溫/低溫”三組變量，學(xué)生持續(xù)觀察（繪制發(fā)芽進(jìn)度表），自主歸納環(huán)境因素對(duì)生命活動(dòng)的影響。過(guò)程中不直接告知結(jié)論，而是引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)證據(jù)推理（如“無(wú)水組種子干癟”“有光組幼苗更綠”）形成認(rèn)知。（三）安全性保障：筑牢實(shí)驗(yàn)底線材料選擇優(yōu)先考慮天然、無(wú)毒、易獲取的物品（如食用色素、廚房食材），避免尖銳工具與易燃物。操作規(guī)范需“可視化”：低年級(jí)實(shí)驗(yàn)材料由教師分裝（如“色素滴瓶”提前加好色素）；關(guān)鍵操作（如加熱、使用剪刀）由教師示范，學(xué)生觀察（如“聞氣味時(shí)用手扇動(dòng)，避免直接吸入”）。（四）生活化聯(lián)結(jié)：建構(gòu)知識(shí)遷移從生活場(chǎng)景提煉實(shí)驗(yàn)主題，讓學(xué)生意識(shí)到“科學(xué)解決生活問(wèn)題”。例如：“廚房中的溶解實(shí)驗(yàn)”：用白糖、鹽、面粉分別放入溫水，觀察溶解快慢，關(guān)聯(lián)“沖咖啡時(shí)攪拌的作用”“海水曬鹽的原理”，理解“溶解是物質(zhì)在水中的分散”。二、分領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐案例結(jié)合小學(xué)科學(xué)四大領(lǐng)域（物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、技術(shù)與工程），設(shè)計(jì)典型實(shí)驗(yàn)，兼顧“探究性”與“可操作性”。（一）物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域：從現(xiàn)象到本質(zhì)的探索實(shí)驗(yàn)1：溶解的秘密（適合3-4年級(jí)）材料：透明杯3個(gè)、白糖、食鹽、面粉、溫水、攪拌棒。步驟：①三杯溫水（溫度一致）分別加入等量固體；②攪拌后靜置，觀察是否“消失”；③過(guò)濾面粉混合液，觀察濾紙殘留。原理：白糖、食鹽分子分散到水分子間隙（溶解），面粉顆粒無(wú)法分散（不溶解）。拓展：嘗試?yán)渌?、熱水，記錄溶解速度，思考“為什么沖奶粉要用溫水？”實(shí)驗(yàn)2：空氣占據(jù)空間（適合2-3年級(jí)）材料：塑料瓶、氣球、水槽、水。步驟：①氣球套在瓶口，嘗試吹大（瓶?jī)?nèi)空氣阻礙氣球膨脹）；②瓶底扎孔，插入水中（孔在水下時(shí)吹氣球，空氣從孔排出，氣球變大）；③堵住孔，氣球無(wú)法縮小（空氣占據(jù)瓶?jī)?nèi)空間）。原理：空氣是物質(zhì)，會(huì)占據(jù)空間，且可被擠壓轉(zhuǎn)移。拓展：用注射器推壓封閉的空氣，感受“空氣能被壓縮”。（二）生命科學(xué)領(lǐng)域：觀察生命的成長(zhǎng)軌跡實(shí)驗(yàn)3：植物向光性觀察（適合4-5年級(jí)）材料：綠豆苗（發(fā)芽3天）、鞋盒（一側(cè)開(kāi)孔）、透明膠帶。步驟：①將綠豆苗放入鞋盒，開(kāi)孔朝向窗戶(hù)；②每天同一時(shí)間觀察莖的生長(zhǎng)方向；③一周后打開(kāi)鞋盒，記錄生長(zhǎng)軌跡。原理：植物莖尖感知光照方向，向光側(cè)生長(zhǎng)素少、背光側(cè)多，導(dǎo)致向光彎曲。拓展：將鞋盒旋轉(zhuǎn)90度，觀察莖是否“轉(zhuǎn)彎”，理解“向光性是動(dòng)態(tài)調(diào)整”。實(shí)驗(yàn)4：食物鏈模擬（適合5-6年級(jí)）材料：池塘水樣（含藻類(lèi)、水蚤、小魚(yú)）、透明魚(yú)缸、黑布（遮光）。步驟：①分層觀察水樣：上層藻類(lèi)（生產(chǎn)者）、中層水蚤（初級(jí)消費(fèi)者）、下層小魚(yú)（次級(jí)消費(fèi)者）；②遮光24小時(shí)，觀察生物數(shù)量變化（藻類(lèi)減少→水蚤減少→小魚(yú)活躍性下降）；③恢復(fù)光照，記錄生態(tài)恢復(fù)過(guò)程。原理：食物鏈中能量單向流動(dòng)，生產(chǎn)者是能量源頭，環(huán)境變化影響整個(gè)生態(tài)。拓展：加入水草，觀察“生產(chǎn)者增加對(duì)食物鏈的影響”。（三）地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域：觸摸宏觀世界的規(guī)律實(shí)驗(yàn)5：模擬水循環(huán)（適合3-4年級(jí)）材料：透明塑料盒、小水杯（裝水）、保鮮膜、橡皮筋、溫水、藍(lán)色色素。步驟：①水杯放盒底，滴色素模擬海洋；②盒內(nèi)放溫水（模擬地面蒸發(fā)），蓋保鮮膜（橡皮筋固定）；③盒頂放冰塊（模擬高空冷卻），觀察“云層”（保鮮膜上的水珠）形成與降落。原理：水通過(guò)蒸發(fā)、凝結(jié)、降水完成循環(huán)，溫度差是動(dòng)力。拓展：傾斜塑料盒，觀察“徑流”（水流回水杯），理解“地形影響水循環(huán)”。實(shí)驗(yàn)6：月相變化模擬（適合5-6年級(jí)）材料：手電筒（太陽(yáng)）、排球（月球）、學(xué)生（地球）。步驟：①學(xué)生持排球，手電筒從一側(cè)照射；②學(xué)生緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察排球被照亮的部分（月相）；③記錄不同角度的“月相”，對(duì)應(yīng)農(nóng)歷日期（如“滿(mǎn)月”時(shí)排球全亮，學(xué)生背對(duì)光源）。原理：月相由日、地、月相對(duì)位置決定，我們看到的是月球被太陽(yáng)照亮的部分。拓展：用手機(jī)拍攝不同“月相”，對(duì)比真實(shí)月相照片，修正模擬誤差。（四）技術(shù)與工程領(lǐng)域：從設(shè)計(jì)到創(chuàng)造的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)7：搭建紙橋（適合4-6年級(jí)）材料：A4紙、膠帶、砝碼（或書(shū)本）、直尺。步驟：①設(shè)計(jì)橋的結(jié)構(gòu)（平橋、拱橋、桁架橋）；②用紙張折疊、粘貼制作橋身，跨度20厘米；③逐步加砝碼，測(cè)試承重能力，記錄“坍塌前的最大重量”。原理：不同結(jié)構(gòu)的受力方式不同（拱橋分散壓力，桁架橋利用三角形穩(wěn)定性）。拓展：用相同紙張，嘗試“如何改進(jìn)結(jié)構(gòu)讓橋更堅(jiān)固”，結(jié)合“趙州橋的拱形設(shè)計(jì)”講解工程史。三、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的實(shí)施要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的成功不僅在于設(shè)計(jì)，更在于課堂引導(dǎo)與課后延伸，讓探究從“一次性活動(dòng)”變?yōu)椤俺掷m(xù)性習(xí)慣”。（一）課前準(zhǔn)備：從預(yù)試到學(xué)情的把控材料預(yù)試：教師需提前完成實(shí)驗(yàn)，排查隱患（如“彩虹雨”中選擇食用油，避免礦物油的刺激性氣味）。學(xué)情分析：低年級(jí)簡(jiǎn)化步驟（如“溶解實(shí)驗(yàn)”只對(duì)比兩種物質(zhì)），高年級(jí)增加變量復(fù)雜度（如“種子發(fā)芽”同時(shí)控制水、光、溫度）。（二）課中引導(dǎo)：從提問(wèn)到合作的藝術(shù)問(wèn)題鏈設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)前提問(wèn)“你覺(jué)得會(huì)發(fā)生什么？為什么？”（激活前概念）；實(shí)驗(yàn)中提問(wèn)“觀察到的現(xiàn)象和你的預(yù)測(cè)一樣嗎？哪里不同？”（引發(fā)認(rèn)知沖突）；實(shí)驗(yàn)后提問(wèn)“這個(gè)發(fā)現(xiàn)能解釋生活中的什么現(xiàn)象？”（促進(jìn)遷移）。小組合作策略：2-4人小組，角色分工明確（操作員、記錄員、發(fā)言人、安全員），避免“一人操作，多人旁觀”?？稍O(shè)置“小組任務(wù)卡”，將實(shí)驗(yàn)步驟分解為“材料準(zhǔn)備→操作1→觀察記錄→操作2→總結(jié)討論”，每人負(fù)責(zé)一個(gè)環(huán)節(jié)。（三）課后延伸：從課堂到生活的聯(lián)結(jié)家庭實(shí)驗(yàn)包：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易家庭實(shí)驗(yàn)（如“用芹菜觀察植物運(yùn)輸水分”：芹菜莖插紅墨水中，24小時(shí)后觀察葉脈變紅），附“家庭實(shí)驗(yàn)記錄單”（含現(xiàn)象描述、我的疑問(wèn)）。自然觀察項(xiàng)目：長(zhǎng)期跟蹤（如“記錄一個(gè)月的月相”“觀察校門(mén)口的樹(shù)四季變化”），用繪畫(huà)、照片、文字記錄，學(xué)期末舉辦“科學(xué)觀察展”。四、實(shí)驗(yàn)安全與效果評(píng)估實(shí)驗(yàn)的“安全性”是底線，“有效性”需通過(guò)多元評(píng)估保障。（一）安全注意事項(xiàng)材料安全：禁止使用電池、化學(xué)品（如高錳酸鉀、酒精），低年級(jí)實(shí)驗(yàn)材料由教師分裝（如“色素滴瓶”提前加好色素）。操作規(guī)范：加熱實(shí)驗(yàn)（如“模擬蒸發(fā)”）需教師操作，學(xué)生觀察；使用工具（如剪刀、鑷子）前，教師示范“正確握法與用途”，并強(qiáng)調(diào)“工具不指向他人”。（二）多元化評(píng)估方式過(guò)程性評(píng)價(jià)：觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)（如“是否主動(dòng)調(diào)整變量”“小組討論是否基于證據(jù)”），用“科學(xué)探究評(píng)價(jià)表”（含“提問(wèn)質(zhì)量”“證據(jù)收集”“合作能力”等維度）記錄。作品與成果評(píng)價(jià)：實(shí)驗(yàn)報(bào)告（圖文結(jié)合，如“溶解實(shí)驗(yàn)”畫(huà)三種物質(zhì)的溶解狀態(tài)）、模型制作（如“月相變化”的手工模型）、小論文（如“我的種子發(fā)芽日記”）。反思性評(píng)價(jià)：學(xué)生撰寫(xiě)“實(shí)驗(yàn)反思卡”，回答“我學(xué)到的科學(xué)知識(shí)”“實(shí)驗(yàn)中遇到的困難及解決方法”“