一、引言：從經(jīng)典實(shí)驗(yàn)到核心素養(yǎng)培養(yǎng)的思考演講人引言：從經(jīng)典實(shí)驗(yàn)到核心素養(yǎng)培養(yǎng)的思考總結(jié)：讓經(jīng)典實(shí)驗(yàn)成為核心素養(yǎng)生長的土壤改進(jìn)方案的實(shí)施效果與教學(xué)反思改進(jìn)方案的設(shè)計(jì)邏輯與具體實(shí)施原實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀分析與問題診斷目錄2025小學(xué)六年級科學(xué)上冊紙筒承重實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案課件01引言：從經(jīng)典實(shí)驗(yàn)到核心素養(yǎng)培養(yǎng)的思考引言：從經(jīng)典實(shí)驗(yàn)到核心素養(yǎng)培養(yǎng)的思考作為一名深耕小學(xué)科學(xué)教育十余年的一線教師，我始終記得第一次帶領(lǐng)六年級學(xué)生完成紙筒承重實(shí)驗(yàn)時(shí)的場景：孩子們用A4紙卷出高矮不一的紙筒，小心翼翼地放上砝碼，當(dāng)某個(gè)紙筒突然坍塌時(shí)，教室里會爆發(fā)出此起彼伏的“哇”聲或“可惜”的嘆息。這個(gè)看似簡單的實(shí)驗(yàn)，曾是我心中“科學(xué)啟蒙”的經(jīng)典——它用最日常的材料，讓學(xué)生直觀感受“結(jié)構(gòu)決定功能”的科學(xué)原理。但隨著《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的落地，我逐漸意識到：傳統(tǒng)紙筒承重實(shí)驗(yàn)雖能激發(fā)興趣，卻在“探究深度”“工程思維培養(yǎng)”“變量控制意識”等方面存在明顯短板。如何讓這個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)煥發(fā)新的生命力，成為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的有效載體？這是我近三年來持續(xù)探索的課題。02原實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀分析與問題診斷1原實(shí)驗(yàn)的基本設(shè)計(jì)與目標(biāo)人教版小學(xué)科學(xué)六年級上冊“形狀與結(jié)構(gòu)”單元中，紙筒承重實(shí)驗(yàn)是核心探究活動(dòng)。原實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)流程為：材料準(zhǔn)備：A4紙（80g/m2）、白乳膠、剪刀、直尺、砝碼（或鉤碼）、托盤；操作步驟：用A4紙卷成不同形狀（圓柱形、三棱柱、四棱柱等）的紙筒，高度統(tǒng)一為15cm，直徑約5cm；用白乳膠粘貼接口，靜置10分鐘待膠水干透；將紙筒豎直放置在水平桌面上，頂部放置托盤，逐次添加砝碼，記錄紙筒坍塌時(shí)的總重量；對比不同形狀紙筒的承重能力，得出“圓柱形承重最強(qiáng)”的結(jié)論。原實(shí)驗(yàn)的核心目標(biāo)是通過對比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生理解“物體的形狀與結(jié)構(gòu)會影響其承重能力”，并初步感知“科學(xué)探究中對比實(shí)驗(yàn)需要控制變量”的方法。2原實(shí)驗(yàn)的局限性與教學(xué)痛點(diǎn)在多年教學(xué)實(shí)踐中，我觀察到原實(shí)驗(yàn)存在以下亟待改進(jìn)的問題：材料單一性限制探究廣度：僅使用A4紙作為材料，學(xué)生無法探究“紙張克重（厚度）”“是否添加輔助材料（如棉線、瓦楞紙）”等變量對承重的影響，導(dǎo)致探究停留在“形狀對比”的表層；變量控制缺乏規(guī)范性：紙筒的直徑、高度、卷制松緊度、膠水用量等關(guān)鍵變量依賴學(xué)生手工操作，難以精確控制（例如，有的學(xué)生卷紙筒時(shí)用力過猛導(dǎo)致紙張褶皺，有的膠水涂抹過厚增加自重），實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差大，甚至出現(xiàn)“三棱柱承重超過圓柱”的矛盾結(jié)論，影響科學(xué)概念的建構(gòu)；評價(jià)維度過于結(jié)果導(dǎo)向：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)僅以“承重?cái)?shù)值”作為唯一評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，忽視了學(xué)生在“問題提出—方案設(shè)計(jì)—優(yōu)化改進(jìn)”過程中的思維發(fā)展，容易讓實(shí)驗(yàn)淪為“驗(yàn)證已知結(jié)論”的程序性操作；2原實(shí)驗(yàn)的局限性與教學(xué)痛點(diǎn)工程思維培養(yǎng)缺失：真實(shí)的工程實(shí)踐中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化往往需要“設(shè)計(jì)—測試—改進(jìn)”的迭代過程，但原實(shí)驗(yàn)中學(xué)生僅完成一次測試，缺乏“根據(jù)測試結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)”的體驗(yàn)，難以體會“工程優(yōu)化”的核心邏輯。去年秋季學(xué)期，我曾對所帶兩個(gè)班級（共72名學(xué)生）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后訪談，68%的學(xué)生表示“最感興趣的是看紙筒什么時(shí)候塌”，僅12%的學(xué)生能主動(dòng)提出“如果改變紙筒厚度會不會更結(jié)實(shí)”等拓展問題。這組數(shù)據(jù)讓我更堅(jiān)定了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的必要性——我們需要一個(gè)更開放、更具探究性的實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生從“觀察者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮こ處煛薄?3改進(jìn)方案的設(shè)計(jì)邏輯與具體實(shí)施1改進(jìn)的核心目標(biāo)：從“驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)”到“工程實(shí)踐”基于新課標(biāo)中“培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與實(shí)踐能力”的要求，本次改進(jìn)的核心邏輯是將實(shí)驗(yàn)定位從“驗(yàn)證性對比實(shí)驗(yàn)”升級為“開放性工程實(shí)踐”。具體目標(biāo)包括：01知識目標(biāo)：理解“形狀、材料、高度、輔助結(jié)構(gòu)”等因素對紙筒承重的影響機(jī)制；02能力目標(biāo)：掌握“變量控制”“數(shù)據(jù)記錄與分析”“方案迭代優(yōu)化”等科學(xué)探究方法；03素養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)“基于證據(jù)的推理能力”“團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力”“工程優(yōu)化思維”。042改進(jìn)方案的具體設(shè)計(jì)（分模塊說明）2.1材料包的升級：從“單一材料”到“材料工具箱”為拓展探究維度，我設(shè)計(jì)了“紙筒承重材料工具箱”，包含基礎(chǔ)材料、拓展材料和輔助工具三類：基礎(chǔ)材料：不同克重的紙張（80g/m2A4紙、120g/m2卡紙、200g/m2牛皮紙）、白乳膠（替換為速干型，縮短等待時(shí)間）；拓展材料：棉線（直徑0.5mm）、透明膠帶（寬1.5cm）、瓦楞紙條（5cm×1cm）、皺紋紙（增加表面摩擦力）；輔助工具：卷紙器（塑料圓柱模具，直徑5cm，確保紙筒直徑統(tǒng)一）、量尺（精確到毫米）、滴管（控制膠水用量，每紙筒固定3滴）、電子秤（精確到0.1g，測量紙筒自重）、記錄表格（含“設(shè)計(jì)圖—預(yù)測承重—實(shí)際承重—改進(jìn)點(diǎn)”三列）。2改進(jìn)方案的具體設(shè)計(jì)（分模塊說明）2.1材料包的升級：從“單一材料”到“材料工具箱”材料升級的意義在于：學(xué)生可以自主選擇材料組合（如“牛皮紙+棉線加固”“A4紙+瓦楞紙底托”），從“給定材料做實(shí)驗(yàn)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤案鶕?jù)目標(biāo)選材料”，真正體驗(yàn)工程設(shè)計(jì)中“材料選擇”的重要性。2改進(jìn)方案的具體設(shè)計(jì)（分模塊說明）2.2探究流程的優(yōu)化：從“一次性測試”到“迭代優(yōu)化”改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)流程分為四個(gè)階段，形成“設(shè)計(jì)—測試—分析—改進(jìn)”的閉環(huán)：2改進(jìn)方案的具體設(shè)計(jì)（分模塊說明）階段一：問題驅(qū)動(dòng)，明確任務(wù)（20分鐘）以真實(shí)情境引入：“某快遞公司需要設(shè)計(jì)一種低成本、承重強(qiáng)的紙質(zhì)包裝箱支撐柱，用今天的材料，你們能設(shè)計(jì)出承重最大的紙筒嗎？”通過問題激發(fā)學(xué)生的“工程師”角色認(rèn)同。隨后，引導(dǎo)學(xué)生回顧原實(shí)驗(yàn)的不足，共同制定本次實(shí)驗(yàn)的規(guī)則：紙筒高度統(tǒng)一為15cm（控制高度變量）；每組至少完成2次迭代改進(jìn)（如第一次用A4紙圓柱，第二次嘗試添加棉線）；需記錄每次改進(jìn)的“設(shè)計(jì)思路”“預(yù)測承重”“實(shí)際承重”及“改進(jìn)依據(jù)”。階段二：方案設(shè)計(jì)，初次測試（40分鐘）學(xué)生以4人小組為單位，完成以下任務(wù)：繪制紙筒設(shè)計(jì)圖（標(biāo)注形狀、材料、輔助結(jié)構(gòu)）；使用卷紙器和滴管規(guī)范制作紙筒（確保直徑、膠水用量一致）；2改進(jìn)方案的具體設(shè)計(jì)（分模塊說明）階段一：問題驅(qū)動(dòng)，明確任務(wù)（20分鐘）進(jìn)行初次承重測試（由教師操作電子秤，避免學(xué)生操作誤差）；填寫《初次測試記錄單》（示例見表1）。表1初次測試記錄單|小組|材料組合|形狀|預(yù)測承重（g）|實(shí)際承重（g）|坍塌原因分析（如傾斜、接口開裂）||------|----------------|--------|--------------|--------------|----------------------------------||1組|80gA4紙+棉線|圓柱|800|650|棉線纏繞過松，紙筒中部凹陷|2改進(jìn)方案的具體設(shè)計(jì)（分模塊說明）階段一：問題驅(qū)動(dòng)，明確任務(wù)（20分鐘）|2組|120g卡紙|四棱柱|1000|780|棱邊接口處膠水未完全粘合|階段三：數(shù)據(jù)對比，迭代改進(jìn)（60分鐘）各小組基于初次測試數(shù)據(jù)，召開“工程優(yōu)化討論會”，重點(diǎn)回答三個(gè)問題：“哪些設(shè)計(jì)因素導(dǎo)致了承重不足？”（如材料過薄、輔助結(jié)構(gòu)位置不合理）；“如何調(diào)整材料或結(jié)構(gòu)？”（如更換為牛皮紙、在紙筒中部增加瓦楞紙環(huán)）；“調(diào)整后預(yù)計(jì)承重能提升多少？”（引導(dǎo)學(xué)生用“因?yàn)椤浴本涫竭M(jìn)行推理）。以3組學(xué)生的改進(jìn)過程為例：他們初次用80gA4紙制作三棱柱，承重僅420g，坍塌原因?yàn)椤袄饨翘幖垙堃渍郫B”。討論后，他們決定：①更換為120g卡紙（增加材料強(qiáng)度）；②在每個(gè)棱角處粘貼瓦楞紙條（增強(qiáng)抗折疊能力）；③用透明膠帶加固接口（替代部分膠水，減少自重）。改進(jìn)后的紙筒承重提升至980g，學(xué)生在記錄中寫道：“瓦楞紙的波浪結(jié)構(gòu)像小柱子，能分散棱角的壓力，這個(gè)發(fā)現(xiàn)比課本上說的‘圓柱最結(jié)實(shí)’更有趣！”2改進(jìn)方案的具體設(shè)計(jì)（分模塊說明）階段一：問題驅(qū)動(dòng)，明確任務(wù)（20分鐘）階段四：成果展示，反思總結(jié)（30分鐘）每組展示“初始設(shè)計(jì)—改進(jìn)設(shè)計(jì)—最終承重”的全過程，重點(diǎn)分享“哪一步改進(jìn)最有效”“哪些假設(shè)被驗(yàn)證/推翻”。教師引導(dǎo)學(xué)生提煉科學(xué)規(guī)律（如“材料越厚、輔助結(jié)構(gòu)越能分散壓力，承重越強(qiáng)”），并聯(lián)系生活實(shí)例（如橋梁的拱形結(jié)構(gòu)、腳手架的三角支撐），實(shí)現(xiàn)“從實(shí)驗(yàn)到生活”的遷移。2改進(jìn)方案的具體設(shè)計(jì)（分模塊說明）2.3評價(jià)體系的完善：從“結(jié)果評價(jià)”到“過程性評價(jià)”為全面反映學(xué)生的能力發(fā)展，改進(jìn)后的評價(jià)采用“三維評價(jià)法”：操作規(guī)范性（30%）：觀察學(xué)生是否規(guī)范使用卷紙器、滴管等工具，是否準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)；思維創(chuàng)新性（40%）：評估設(shè)計(jì)方案的獨(dú)特性（如是否嘗試非規(guī)則形狀）、改進(jìn)邏輯的合理性（能否基于數(shù)據(jù)提出有效改進(jìn)點(diǎn)）；團(tuán)隊(duì)協(xié)作（30%）：通過小組分工記錄（如“材料員”“操作員”“記錄員”的職責(zé)履行情況）、討論參與度進(jìn)行評價(jià)。這種評價(jià)方式讓“動(dòng)手做”與“動(dòng)腦想”并重，曾有一個(gè)平時(shí)科學(xué)成績一般的學(xué)生在總結(jié)中寫道：“雖然我們組的承重不是最高的，但老師說我們的改進(jìn)思路最有邏輯——從‘紙筒太軟’想到‘加棉線像鋼筋’，再試‘棉線交叉纏繞’，這讓我覺得做實(shí)驗(yàn)像破案，每一步都要有依據(jù)?！?4改進(jìn)方案的實(shí)施效果與教學(xué)反思1實(shí)施效果：學(xué)生核心素養(yǎng)的顯著提升2024年秋季學(xué)期，我在所帶的兩個(gè)班級（72名學(xué)生）中實(shí)施了改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方案。通過課堂觀察、學(xué)生作品分析和課后訪談，得出以下積極變化：探究主動(dòng)性增強(qiáng)：92%的學(xué)生能主動(dòng)提出拓展問題（如“如果紙筒高度增加到20cm，承重會怎么變？”“用兩種紙疊加會不會更結(jié)實(shí)？”），較原實(shí)驗(yàn)提升80%；工程思維萌芽：85%的小組完成了2次以上迭代改進(jìn)，60%的學(xué)生能使用“因?yàn)椴牧细?，所以承重?yīng)該增加”“瓦楞紙的結(jié)構(gòu)能分散壓力”等邏輯句式解釋現(xiàn)象；合作能力提升：小組內(nèi)分工明確，爭執(zhí)點(diǎn)從“誰放砝碼”轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳姆N改進(jìn)方案更好”，課堂氛圍從“看熱鬧”轉(zhuǎn)向“深度研討”。更讓我驚喜的是，有學(xué)生將實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)遷移到了生活中——一名學(xué)生在家用廢舊紙箱制作“書架支撐柱”時(shí)，特意采用了“圓柱+瓦楞紙加固”的結(jié)構(gòu)，還記錄了承重測試數(shù)據(jù)，這正是“學(xué)科學(xué)、用科學(xué)”的最佳體現(xiàn)。2教學(xué)反思：改進(jìn)中的挑戰(zhàn)與優(yōu)化方向盡管改進(jìn)方案取得了預(yù)期效果，但在實(shí)施過程中也暴露了一些問題，需在后續(xù)教學(xué)中優(yōu)化：時(shí)間把控：完整的四階段流程需要約150分鐘（3課時(shí)），部分小組因操作速度慢，未能完成2次迭代改進(jìn)。后續(xù)可提前讓學(xué)生預(yù)習(xí)材料工具的使用方法，或在“初次測試”階段提供標(biāo)準(zhǔn)化紙筒模板，縮短制作時(shí)間；分層指導(dǎo)：部分學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生在“數(shù)據(jù)對比與改進(jìn)”階段存在困難，需設(shè)計(jì)“腳手架”（如提供“改進(jìn)提示卡”：“如果承重不足，可能是材料______，可以嘗試______”），幫助其理清思路；材料成本：拓展材料（如牛皮紙、瓦楞紙）的采購增加了實(shí)驗(yàn)成本，可鼓勵(lì)學(xué)生收集廢舊材料（如快遞盒、牛奶盒）替代，既環(huán)保又符合“低成本科學(xué)”的理念。05總結(jié)：讓經(jīng)典實(shí)驗(yàn)成為核心素養(yǎng)生長的土壤總結(jié)：讓經(jīng)典實(shí)驗(yàn)成為核心素養(yǎng)生長的土壤紙筒承重實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，本質(zhì)上是一次“從知識傳遞到素養(yǎng)培養(yǎng)”的教學(xué)轉(zhuǎn)型。通過材料拓