中小學科學創(chuàng)新實踐教學設計引言：科學創(chuàng)新實踐教學的時代訴求在核心素養(yǎng)導向的教育改革背景下，中小學科學教育正從“知識傳授”向“素養(yǎng)培育”轉(zhuǎn)型。《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確提出，要通過“探究實踐”培養(yǎng)學生的科學觀念、科學思維、創(chuàng)新意識與社會責任。科學創(chuàng)新實踐教學以真實問題為驅(qū)動，融合多學科知識與動手實踐，讓學生在“做中學”“創(chuàng)中學”中建構知識、發(fā)展能力。然而，如何設計兼具科學性、創(chuàng)新性與實踐性的教學活動，仍是一線教師面臨的核心挑戰(zhàn)。本文從設計理念、關鍵要素、實施策略與評價體系四個維度，結合實踐案例，探討科學創(chuàng)新實踐教學設計的專業(yè)路徑。一、科學創(chuàng)新實踐教學設計的核心理念（一）素養(yǎng)導向：從“知識記憶”到“能力建構”科學創(chuàng)新實踐教學以核心素養(yǎng)為錨點，打破“重結論、輕過程”的傳統(tǒng)模式。例如，在“植物向光性探究”中，學生不僅要掌握“向光性原理”，更要經(jīng)歷“提出假設→設計實驗→分析數(shù)據(jù)→論證結論”的完整探究過程，培養(yǎng)科學思維與實證精神。（二）真實情境：從“課本問題”到“生活挑戰(zhàn)”教學主題應扎根真實生活或社會議題，如“校園垃圾分類優(yōu)化方案”“家庭太陽能小系統(tǒng)設計”等。真實情境賦予學習意義，讓學生意識到科學知識能解決實際問題。例如，“城市內(nèi)澇治理”項目中，學生通過調(diào)研社區(qū)排水系統(tǒng)，結合水循環(huán)、地形地貌知識，設計兼具實用性與創(chuàng)新性的解決方案。（三）跨學科整合：從“單一學科”到“知識網(wǎng)絡”科學創(chuàng)新實踐需打破學科壁壘，融合科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）、數(shù)學（Mathematics）的STEAM理念。例如，“自制生態(tài)瓶”項目中，學生既要理解生態(tài)系統(tǒng)的科學原理（科學），又要設計密閉裝置的結構（工程）、測量水質(zhì)與生物數(shù)量（數(shù)學）、繪制生態(tài)瓶外觀（藝術），實現(xiàn)多學科知識的有機整合。（四）學生主體：從“教師講授”到“主動探究”教學設計應構建“學生為中心”的學習生態(tài)，讓學生經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)問題→提出猜想→實踐驗證→反思改進”的創(chuàng)新閉環(huán)。教師角色從“講授者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙龑д摺保ㄟ^提供資源、搭建支架、解決技術難題，支持學生的自主探索。二、教學設計的關鍵要素（一）教學主題的選擇：基于興趣與可行性的平衡主題選擇需滿足三個條件：貼近生活：如“校園雨水花園設計”“廢舊材料創(chuàng)意改造”，利用學生熟悉的場景激發(fā)探究欲；符合認知：難度適配學生年齡與知識水平，小學階段可側重觀察與簡單制作（如“種子發(fā)芽條件探究”），中學階段可引入工程設計（如“智能溫室系統(tǒng)搭建”）；具有探究性：存在可驗證的問題鏈，如“如何優(yōu)化太陽能熱水器的集熱效率？”“不同土壤對植物生長的影響有哪些？”（二）教學目標的設定：三維度的精準定位目標設計需兼顧知識、能力與素養(yǎng)：知識目標：聚焦核心概念，如“理解能量轉(zhuǎn)化原理”“掌握生態(tài)系統(tǒng)的組成”；能力目標：強調(diào)實踐與創(chuàng)新，如“能設計并制作簡易節(jié)水裝置”“會分析實驗數(shù)據(jù)并提出改進方案”；素養(yǎng)目標：滲透態(tài)度與責任，如“培養(yǎng)環(huán)保意識”“增強團隊協(xié)作精神”。（三）教學內(nèi)容的組織：從“知識碎片化”到“項目系統(tǒng)化”內(nèi)容組織以“項目”為載體，形成“知識+實踐+反思”的閉環(huán)：知識整合：將科學原理與工程技術、數(shù)學方法、藝術設計結合。例如，“橋梁承重設計”項目中，學生需運用力學知識（科學）、測量與計算（數(shù)學）、結構設計（工程）、外觀美化（藝術）；活動設計：包含探究活動（如“不同材料的吸水性實驗”）、實踐操作（如“制作簡易電動機”）、項目制作（如“設計校園科普展板”）、交流展示（如“科學小論文答辯”），讓學生在多元活動中深化理解。三、實踐教學設計的實施策略（一）項目式學習（PBL）的深度應用項目式學習以“真實問題”驅(qū)動學習全過程，例如“校園生態(tài)農(nóng)場建設”項目：1.問題提出：“如何在校園內(nèi)建立可持續(xù)的生態(tài)農(nóng)場？”2.方案設計：分組調(diào)研土壤、光照、水源，設計種植方案與灌溉系統(tǒng)；3.實踐制作：搭建種植區(qū)、安裝滴灌裝置、培育種苗；4.測試改進：監(jiān)測植物生長數(shù)據(jù)，調(diào)整種植密度與灌溉頻率；5.成果展示：舉辦“生態(tài)農(nóng)場開放日”，向全校介紹設計思路與實踐成果。教師在項目中需提供“認知支架”（如實驗記錄表、設計模板）與“技術支架”（如工具使用指導、安全規(guī)范），避免學生陷入“盲目試錯”。（二）小組合作學習的精細化組織小組合作需突破“形式化分工”，實現(xiàn)“深度協(xié)作”：異質(zhì)分組：按“能力、性格、特長”搭配，確保組內(nèi)互補（如“動手能力強的學生+邏輯思維強的學生+表達能力強的學生”）；角色賦能：明確“設計師”（負責方案）、“工程師”（負責制作）、“記錄員”（負責數(shù)據(jù)）、“發(fā)言人”（負責展示）等角色，定期輪換；合作指導：教學生“傾聽他人意見”“化解分歧”“共同決策”，例如通過“頭腦風暴”整合小組創(chuàng)意，避免“一人主導”。（三）差異化支持與分層任務設計針對學生能力差異，設計“基礎任務→進階任務→挑戰(zhàn)任務”的梯度目標：基礎任務：確保全員參與，如“完成生態(tài)瓶的基本結構搭建”；進階任務：鼓勵能力提升，如“優(yōu)化生態(tài)瓶的物種搭配，延長生態(tài)系統(tǒng)存活時間”；挑戰(zhàn)任務：激發(fā)創(chuàng)新潛能，如“設計可遠程監(jiān)測的智能生態(tài)瓶”。教師需根據(jù)學生表現(xiàn)提供個性化指導，如對動手能力弱的學生提供“分步操作指南”，對思維活躍的學生拋出“開放性問題”（如“如何用廢舊材料改進你的裝置？”）。四、教學評價的多元化構建（一）評價維度：從“單一成果”到“全面素養(yǎng)”評價需覆蓋科學探究、創(chuàng)新實踐、合作交流、態(tài)度責任四個維度：科學探究：問題提出的合理性、實驗設計的嚴謹性、數(shù)據(jù)處理的科學性；創(chuàng)新實踐：創(chuàng)意的新穎性、技術實現(xiàn)的可行性、改進方案的有效性；合作交流：團隊協(xié)作的默契度、表達的清晰度、傾聽反饋的開放性；態(tài)度責任：參與的積極性、面對挫折的堅持性、成果的社會價值（如“節(jié)水裝置是否能推廣到家庭？”）。（二）評價方式：從“教師評價”到“多元參與”構建“過程+成果+反思”的多元評價體系：過程性評價：通過“課堂觀察記錄表”記錄學生的探究行為（如“是否主動提出問題”“能否改進實驗方案”）；成果性評價：從“實用性、創(chuàng)新性、完整性”評估作品（如“節(jié)水裝置的節(jié)水效率”“生態(tài)瓶的生態(tài)平衡維持時間”）；反思性評價：學生自評（“我在團隊中貢獻了什么？”）、小組互評（“他組的創(chuàng)意給我什么啟發(fā)？”）、教師反饋（“你的裝置在XX環(huán)節(jié)體現(xiàn)了創(chuàng)新思維”）。實踐案例：“家庭節(jié)水系統(tǒng)的設計與優(yōu)化”教學設計（一）教學目標知識：理解水資源循環(huán)原理，掌握杠桿、浮力等簡單機械在節(jié)水裝置中的應用；能力：設計并制作簡易節(jié)水裝置，分析測試數(shù)據(jù)并提出改進方案；素養(yǎng)：培養(yǎng)環(huán)保意識，提高工程實踐與團隊協(xié)作能力。（二）教學準備材料：塑料瓶、軟管、量杯、膠帶、剪刀、染色水（模擬廢水）；資源：水資源短缺紀錄片、節(jié)水裝置案例圖、“用水量記錄表”；場地：科學實驗室（分組操作區(qū)）。（三）教學過程1.情境導入（10分鐘）：播放缺水地區(qū)居民取水的紀錄片，引發(fā)學生對“家庭節(jié)水”的思考，提出驅(qū)動問題：“如何設計一套家庭節(jié)水系統(tǒng)，提高水資源利用率？”2.探究學習（15分鐘）：分組討論節(jié)水方法（如“雨水收集”“洗菜水澆花”“馬桶水箱改造”），結合“水循環(huán)”“簡單機械”知識，分析方案的科學原理（如“利用重力實現(xiàn)廢水二次利用”“通過杠桿控制水龍頭出水量”）。3.方案設計（15分鐘）：各組繪制設計圖，明確材料、結構、功能（如“用兩個塑料瓶制作‘廢水回收器’，通過浮力閥自動控制水流”），教師巡視并提出改進建議（如“如何防止裝置漏水？”“怎樣提高回收效率？”）。4.實踐制作（30分鐘）：根據(jù)設計圖制作裝置，過程中解決“漏水”“結構不穩(wěn)定”等問題，教師提供工具使用與結構優(yōu)化的技術支持。5.測試改進（20分鐘）：用染色水模擬“家庭廢水”，測試裝置的“用水量”與“回收量”，計算“節(jié)水率”（回收量/用水量×100%）。各組分析數(shù)據(jù)（如“節(jié)水率低于預期，可能是閥門密封性差”），提出改進方案（如“用橡膠圈增強閥門密封性”），并再次測試。6.展示交流（20分鐘）：各組展示裝置，介紹設計思路、科學原理與改進過程。其他組提問（如“你的裝置能適應不同家庭的水管接口嗎？”）、評價（如“創(chuàng)意新穎，但結構可以更簡化”），教師總結點評（如“XX組通過‘浮力閥’實現(xiàn)自動控制，體現(xiàn)了工程思維；XX組的‘多級過濾’設計，拓展了節(jié)水系統(tǒng)的功能”）。（四）教學評價過程評價：觀察學生的參與度（如“是否主動解決技術難題”）、合作情況（如“能否傾聽他人意見并調(diào)整方案”）；成果評價：從“節(jié)水效率（≥60%為優(yōu)秀）”“結構穩(wěn)定性”“創(chuàng)意新穎性”評估裝置；反思評價：學生自評（“我在團隊中負責XX，學會了XX”）、小組互評（“他組的‘可拆卸設計’值得借鑒”）。結語：讓科學創(chuàng)新實踐成為素養(yǎng)生長的土壤科學創(chuàng)新實踐教學設計的核心，是為學生搭建“知識→能力→素養(yǎng)”的成長階梯