小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與案例小學(xué)科學(xué)課程以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為核心，探究實(shí)驗(yàn)是學(xué)生親歷科學(xué)過程、建構(gòu)科學(xué)概念的重要載體。新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”“學(xué)中思”，要求教師通過設(shè)計(jì)真實(shí)可操作的探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生在觀察、提問、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證中發(fā)展實(shí)證思維與實(shí)踐能力。科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)需兼顧兒童認(rèn)知特點(diǎn)與科學(xué)本質(zhì)，既要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫾軜?gòu)，又要充滿童趣與啟發(fā)性，讓學(xué)生在“玩科學(xué)”中真正“懂科學(xué)”。一、科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的核心要素科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，直接決定學(xué)生的探究體驗(yàn)與素養(yǎng)發(fā)展。教學(xué)設(shè)計(jì)需圍繞四個(gè)核心維度展開，既扎根科學(xué)本質(zhì)，又貼合兒童認(rèn)知規(guī)律。（一）目標(biāo)設(shè)計(jì)：錨定素養(yǎng)發(fā)展的雙維導(dǎo)向科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)同時(shí)關(guān)照知識(shí)建構(gòu)與能力發(fā)展兩個(gè)維度。知識(shí)目標(biāo)要聚焦學(xué)科核心概念（如“生物的生存依賴環(huán)境”“力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”），摒棄碎片化的事實(shí)記憶；能力目標(biāo)則指向探究技能（如控制變量、數(shù)據(jù)記錄）與思維品質(zhì)（如推理、質(zhì)疑）的培養(yǎng)。以“探究種子萌發(fā)的條件”為例，知識(shí)目標(biāo)可設(shè)定為“分析水分、空氣、溫度對(duì)種子萌發(fā)的影響”，能力目標(biāo)則是“嘗試設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，用表格記錄并分析數(shù)據(jù)”。目標(biāo)表述需貼合小學(xué)生的認(rèn)知水平，多用“能說出”“嘗試設(shè)計(jì)”等可觀測的行為動(dòng)詞，讓目標(biāo)既具導(dǎo)向性，又可評(píng)估。（二）內(nèi)容選擇：立足生活與學(xué)科邏輯的平衡實(shí)驗(yàn)內(nèi)容需從學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，篩選“有結(jié)構(gòu)的材料”（即能承載核心概念的典型材料）。例如“物體的沉浮”可選用常見的橡皮、木塊、回形針，既貼近生活，又能引發(fā)認(rèn)知沖突（如“大的物體一定沉嗎？”）。同時(shí)，內(nèi)容需遵循科學(xué)概念的進(jìn)階邏輯：低年級(jí)側(cè)重觀察與描述（如“觀察植物的一生”），中高年級(jí)逐步引入變量控制（如“探究摩擦力的影響因素”），確保探究難度與學(xué)生認(rèn)知發(fā)展相匹配。（三）過程架構(gòu)：還原科學(xué)探究的真實(shí)路徑科學(xué)探究的過程應(yīng)包含問題驅(qū)動(dòng)—假設(shè)建構(gòu)—方案設(shè)計(jì)—證據(jù)收集—結(jié)論推導(dǎo)—反思拓展六個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)需體現(xiàn)學(xué)生的主體性與教師的引導(dǎo)性：問題驅(qū)動(dòng)：通過情境創(chuàng)設(shè)引發(fā)真實(shí)疑問，如“為什么有的擺擺動(dòng)快，有的慢？”避免“偽問題”（如直接要求“驗(yàn)證擺的快慢與擺長有關(guān)”，問題應(yīng)開放且具探究價(jià)值）。假設(shè)建構(gòu)：引導(dǎo)學(xué)生基于經(jīng)驗(yàn)猜想，如“擺的快慢可能和擺錘重量、擺長、擺動(dòng)幅度有關(guān)”，教師需記錄并歸類假設(shè)，為后續(xù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)鋪墊。方案設(shè)計(jì)：組織學(xué)生討論“如何證明假設(shè)”，重點(diǎn)指導(dǎo)控制變量的方法（如探究擺長的影響時(shí)，需保持?jǐn)[錘重量、擺動(dòng)幅度相同），鼓勵(lì)學(xué)生用畫圖、文字描述實(shí)驗(yàn)步驟。證據(jù)收集：提供精準(zhǔn)的測量工具（如秒表、天平），指導(dǎo)學(xué)生重復(fù)實(shí)驗(yàn)（至少3次）以減少誤差，用表格或圖表記錄數(shù)據(jù)（如“不同擺長的擺動(dòng)次數(shù)記錄表”）。結(jié)論推導(dǎo)：引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)（如“擺長越長，擺動(dòng)次數(shù)越少”），用證據(jù)支持結(jié)論（“當(dāng)擺錘重量、幅度相同時(shí)，擺長10厘米的擺15秒擺動(dòng)30次，擺長20厘米的擺動(dòng)18次”），培養(yǎng)實(shí)證意識(shí)。反思拓展：追問“實(shí)驗(yàn)中哪些因素可能影響結(jié)果？（如擺繩的彈性）”“生活中哪些裝置用到了擺的原理？（如擺鐘）”，延伸探究的深度與廣度。（四）評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)：多元視角下的成長追蹤評(píng)價(jià)需突破“結(jié)果對(duì)錯(cuò)”的單一維度，采用過程性評(píng)價(jià)與表現(xiàn)性評(píng)價(jià)結(jié)合：過程性評(píng)價(jià)：觀察學(xué)生在小組合作中的角色（如是否主動(dòng)設(shè)計(jì)方案、傾聽他人意見）、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性（如變量控制是否嚴(yán)謹(jǐn)），用“探究行為觀察表”記錄。表現(xiàn)性評(píng)價(jià)：通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告、模型制作、現(xiàn)象解釋等任務(wù)，評(píng)估學(xué)生的概念理解（如“用自己的話解釋為什么擺長影響快慢”）與表達(dá)能力。學(xué)生自評(píng)與互評(píng)：設(shè)計(jì)“探究反思單”，引導(dǎo)學(xué)生反思“我在實(shí)驗(yàn)中遇到的困難及解決方法”“小組合作中我的貢獻(xiàn)與不足”，培養(yǎng)元認(rèn)知能力。二、典型探究實(shí)驗(yàn)案例：《探究影響擺的快慢的因素》（一）教學(xué)目標(biāo)科學(xué)概念：知道擺的快慢與擺長有關(guān)，與擺錘重量、擺動(dòng)幅度無關(guān)；理解控制變量的實(shí)驗(yàn)方法。探究能力：能設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，用秒表測量并記錄數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論。態(tài)度責(zé)任：體驗(yàn)科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性，培養(yǎng)合作與反思意識(shí)。（二）教學(xué)準(zhǔn)備每組材料：鐵架臺(tái)、不同長度的棉線（10cm、20cm、30cm）、不同重量的螺母（10g、20g、30g）、秒表、記錄表；教師準(zhǔn)備：擺鐘模型、微視頻（擺的歷史）。（三）教學(xué)過程1.情境導(dǎo)入：問題從“疑”而生教師演示擺鐘模型，提問：“為什么擺鐘的擺動(dòng)很有規(guī)律？如果想讓擺擺動(dòng)得更快，有什么辦法？”學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)猜想（如“加重?cái)[錘”“縮短擺長”“加大擺動(dòng)幅度”），教師將猜想整理成假設(shè)清單，引發(fā)探究欲望。2.方案設(shè)計(jì)：思維在“辯”中明分組討論：“如何驗(yàn)證‘?dāng)[錘重量影響擺的快慢’？需要控制哪些條件？”引導(dǎo)學(xué)生明確“控制擺長、擺動(dòng)幅度相同，改變擺錘重量”。教師追問：“如何保證擺動(dòng)幅度相同？（如從同一高度釋放）”“如何減少時(shí)間測量的誤差？（如測15秒內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)，重復(fù)3次取平均值）”。學(xué)生繪制實(shí)驗(yàn)方案圖，標(biāo)注變量控制要點(diǎn)，教師巡視指導(dǎo)，提煉“控制變量”的核心方法。3.實(shí)驗(yàn)探究：證據(jù)在“做”中得分組實(shí)驗(yàn)：第一組探究“擺錘重量的影響”（擺長20cm，幅度約30°，擺錘10g、20g、30g）；第二組探究“擺長的影響”（擺錘20g，幅度30°，擺長10cm、20cm、30cm）；第三組探究“擺動(dòng)幅度的影響”（擺長20cm，擺錘20g，幅度30°、45°、60°）。數(shù)據(jù)記錄：學(xué)生用秒表計(jì)時(shí)，記錄15秒內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)，填寫表格（示例如下）：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容變量條件15秒擺動(dòng)次數(shù)（第1次）15秒擺動(dòng)次數(shù)（第2次）15秒擺動(dòng)次數(shù)（第3次）平均值---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------擺錘重量影響擺長20cm，幅度30°，10g28292728擺長20cm，幅度30°，20g28292728擺長20cm，幅度30°，30g282927284.結(jié)論推導(dǎo)：概念在“析”中建小組匯報(bào)：各組展示數(shù)據(jù)，分析變量與結(jié)果的關(guān)系。如探究擺長的小組發(fā)現(xiàn)“擺長10cm時(shí)平均擺動(dòng)35次，20cm時(shí)28次，30cm時(shí)22次”，得出“擺長越短，擺動(dòng)越快”的結(jié)論。全班研討：對(duì)比三組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)“擺錘重量、擺動(dòng)幅度變化時(shí)，擺動(dòng)次數(shù)基本不變；擺長變化時(shí)，次數(shù)明顯改變”，從而建構(gòu)“擺的快慢只與擺長有關(guān)”的概念。教師補(bǔ)充：介紹伽利略發(fā)現(xiàn)擺的等時(shí)性原理的故事，聯(lián)系擺鐘的工作原理，深化科學(xué)史認(rèn)知。5.拓展延伸：探究向“活”中延問題鏈：“如果擺繩有彈性，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果嗎？”“如何用所學(xué)知識(shí)調(diào)整家里的秋千，讓它擺動(dòng)得更有規(guī)律？”實(shí)踐任務(wù)：課后用易拉罐、繩子制作“自制擺”，調(diào)整擺長讓它10秒擺動(dòng)10次，下節(jié)課展示并說明原理。（四）設(shè)計(jì)意圖情境導(dǎo)入：用擺鐘模型激發(fā)興趣，真實(shí)問題驅(qū)動(dòng)探究。方案設(shè)計(jì)：通過“如何控制變量”的討論，培養(yǎng)科學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。實(shí)驗(yàn)探究：分組探究不同變量，既保證探究的深度，又通過數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)規(guī)律。拓展延伸：聯(lián)系生活實(shí)際，將科學(xué)概念轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力，體現(xiàn)“從課堂到生活”的探究延續(xù)。三、教學(xué)實(shí)施的策略與反思（一）實(shí)施策略：讓探究真實(shí)發(fā)生1.情境創(chuàng)設(shè)：從“生活疑問”到“科學(xué)問題”用學(xué)生熟悉的現(xiàn)象（如秋千、吊燈的擺動(dòng)）創(chuàng)設(shè)情境，將“為什么”的生活疑問轉(zhuǎn)化為“如何證明”的科學(xué)問題。例如教學(xué)“摩擦力”時(shí)，可創(chuàng)設(shè)“搬運(yùn)重物時(shí)怎樣更省力”的情境，引發(fā)學(xué)生對(duì)“接觸面光滑程度、重量對(duì)摩擦力影響”的探究。2.問題驅(qū)動(dòng)：從“教師提問”到“學(xué)生質(zhì)疑”鼓勵(lì)學(xué)生提出開放性問題，如“種子萌發(fā)一定需要陽光嗎？”（突破教材結(jié)論），教師需保護(hù)學(xué)生的好奇心，即使問題“不符合預(yù)期”，也可引導(dǎo)其設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（如用暗盒種植種子，觀察發(fā)芽情況）。3.小組合作：從“形式分組”到“角色協(xié)同”明確小組角色（如操作員、計(jì)時(shí)員、記錄員、發(fā)言人），通過“任務(wù)卡”分配職責(zé)，避免“搭便車”現(xiàn)象。例如實(shí)驗(yàn)前發(fā)放“合作任務(wù)單”，要求每人完成一個(gè)環(huán)節(jié)的操作，最后共同分析數(shù)據(jù)。4.資源整合：從“教材材料”到“生活創(chuàng)生”除實(shí)驗(yàn)室材料外，鼓勵(lì)學(xué)生利用生活物品（如飲料瓶做“水鐘”、吸管做“杠桿”），既降低成本，又增強(qiáng)探究的真實(shí)感。例如“探究材料的吸水性”，可選用紙巾、棉布、塑料片等生活材料，而非統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)耗材。（二）常見問題與優(yōu)化建議1.問題：探究深度不足，學(xué)生停留在“動(dòng)手”而非“動(dòng)腦”表現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)中只關(guān)注操作，對(duì)數(shù)據(jù)的分析流于表面（如“擺長變長，次數(shù)變少”，但說不清邏輯關(guān)系）。優(yōu)化：設(shè)計(jì)“思維階梯卡”，在數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)提問“為什么擺長變長，擺動(dòng)次數(shù)會(huì)減少？（聯(lián)系速度、路程的關(guān)系）”，引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)象到原理的思考。2.問題：時(shí)間把控困難，探究環(huán)節(jié)倉促表現(xiàn)：小組討論耗時(shí)過長，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)或匯報(bào)環(huán)節(jié)時(shí)間不足。優(yōu)化：采用“倒計(jì)時(shí)+任務(wù)分解”策略，如方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)限時(shí)8分鐘，前5分鐘小組討論，后3分鐘推選代表匯報(bào)，教師用計(jì)時(shí)器提醒，確保節(jié)奏緊湊。3.問題：個(gè)體差異被忽視，部分學(xué)生參與度低表現(xiàn)：能力強(qiáng)的學(xué)生主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，學(xué)困生被動(dòng)跟隨。優(yōu)化：設(shè)計(jì)“分層任務(wù)單”，基礎(chǔ)層任務(wù)（如“正確使用秒表計(jì)時(shí)”）、進(jìn)階層任務(wù)（如“分析數(shù)據(jù)的誤差來源”）