小學科學探索性實驗活動設(shè)計引言小學科學是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的啟蒙課程，而探索性實驗是實現(xiàn)這一目標的核心路徑。與驗證性實驗（以“驗證已知結(jié)論”為目的）不同，探索性實驗以“問題”為起點，以“自主探究”為核心，強調(diào)學生在“提出問題—作出假設(shè)—設(shè)計實驗—實施探究—分析結(jié)論”的完整過程中，發(fā)展科學思維、提升探究能力、形成科學態(tài)度?！读x務(wù)教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）明確將“探究實踐”作為科學核心素養(yǎng)的重要維度，要求“讓學生在真實情境中經(jīng)歷科學探究的過程”。因此，設(shè)計符合小學生認知特點、兼具開放性與科學性的探索性實驗，成為小學科學教師的關(guān)鍵能力。一、探索性實驗的核心內(nèi)涵與教育價值（一）核心內(nèi)涵探索性實驗是指學生在教師引導(dǎo)下，圍繞未知問題，通過自主設(shè)計實驗方案、操作探究材料、分析實驗數(shù)據(jù)，最終得出個性化結(jié)論的實踐活動。其核心特征包括：問題導(dǎo)向：以學生的疑問或真實情境中的問題為起點（如“為什么樹葉會變黃？”“橡皮泥浮在水面的秘密是什么？”）；自主探究：學生自主選擇實驗材料、設(shè)計變量控制方案（而非教師預(yù)設(shè)步驟）；結(jié)論開放：允許不同小組得出不同結(jié)論（如“種子發(fā)芽是否需要土壤？”可能有“需要”“不需要”兩種結(jié)論，均需基于實驗數(shù)據(jù)支撐）；過程體驗：強調(diào)“做中學”，關(guān)注學生在探究中的思考、嘗試與反思（如失敗后的調(diào)整、數(shù)據(jù)異常的分析）。（二）教育價值1.科學思維培養(yǎng)：通過“假設(shè)—驗證”“變量控制”“因果推理”等過程，發(fā)展邏輯思維與批判性思維（如“要探究‘水溫對溶解速度的影響’，需保持哪些條件不變？”）；2.探究能力提升：掌握“設(shè)計實驗方案”“使用工具測量”“記錄數(shù)據(jù)”等基本探究技能（如用秒表記錄溶解時間、用天平測量物體質(zhì)量）；3.科學態(tài)度形成：在“試錯—調(diào)整”中培養(yǎng)嚴謹性（如重復(fù)實驗驗證結(jié)論），在“合作探究”中學會分享與傾聽（如小組分工記錄、匯報）；4.科學觀念建構(gòu)：通過具體實驗形成抽象概念（如通過“水的三態(tài)變化”實驗理解“物質(zhì)的狀態(tài)隨溫度變化”）。二、小學科學探索性實驗的設(shè)計原則（一）科學性與年齡適配性結(jié)合實驗設(shè)計需符合科學原理（如“探究種子發(fā)芽條件”需遵循生物生長規(guī)律），同時適配學生的認知水平：低年級（1-2年級）：以“直觀感知”為主，選擇生活中常見材料（如積木、磁鐵、水、氣球），問題指向“是什么”（如“磁鐵能吸哪些東西？”）；中年級（3-4年級）：以“變量探究”為主，引導(dǎo)學生控制單一變量（如“探究‘土壤種類對植物生長的影響’，需保持水分、陽光、溫度相同”），問題指向“為什么”（如“為什么沙質(zhì)土中的種子發(fā)芽更快？”）；高年級（5-6年級）：以“綜合探究”為主，涉及多變量分析（如“探究‘影響電磁鐵磁力的因素’，需考慮線圈匝數(shù)、電池數(shù)量、鐵芯大小”），問題指向“怎么樣”（如“怎樣讓電磁鐵的磁力更大？”）。（二）問題驅(qū)動與認知邏輯統(tǒng)一問題是探索性實驗的“引擎”，需滿足“真實、具體、可探究”的要求：真實：源于學生的生活經(jīng)驗（如“為什么媽媽煮菜時鹽會‘消失’在水里？”）；具體：避免過于抽象（如將“研究水的性質(zhì)”細化為“研究水的溶解能力”）；可探究：具備實驗驗證的可能性（如“月亮為什么會變圓？”需天文觀測支持，不適合課堂實驗；而“‘月相變化’的模擬實驗”則可操作）。（三）過程體驗與素養(yǎng)發(fā)展融合實驗設(shè)計需關(guān)注“探究過程”而非“結(jié)論對錯”，將核心素養(yǎng)滲透到每個環(huán)節(jié)：探究實踐：讓學生自主設(shè)計實驗步驟（如“探究‘紙橋的承重能力’，學生可選擇不同材質(zhì)的紙、不同折疊方式”）；科學思維：引導(dǎo)學生分析數(shù)據(jù)（如“記錄‘不同水溫下糖的溶解時間’，繪制折線圖并分析趨勢”）；態(tài)度責任：鼓勵學生反思失?。ㄈ纭盀槭裁次覀兘M的種子沒發(fā)芽？是水太多還是溫度太低？”）。（四）開放性與安全性平衡材料開放：提供“結(jié)構(gòu)化材料包”（如“探究‘物體浮沉’的材料：橡皮泥、塑料瓶、石頭、泡沫、鹽”），讓學生自主選擇組合；方法開放：允許不同的實驗方案（如“探究‘溶解速度’，有的學生用攪拌，有的學生用加熱”）；結(jié)論開放：接納不同的結(jié)論（如“‘種子發(fā)芽是否需要陽光’，有的小組發(fā)現(xiàn)‘綠豆在黑暗中也能發(fā)芽’，需引導(dǎo)學生分析原因”）；安全保障：優(yōu)先選擇無毒、無尖銳棱角的材料（如用食用色素代替化學顏料，用塑料刀代替金屬刀），提前演示安全操作（如使用酒精燈的方法）。三、探索性實驗活動的關(guān)鍵設(shè)計步驟（一）第一步：基于真實情境的問題提出設(shè)計方法：用“情境創(chuàng)設(shè)”引發(fā)疑問（如播放“彩虹糖在水中擴散”的視頻，問“為什么彩虹糖的顏色會像花瓣一樣散開？”）；用“問題鏈”細化問題（如將“研究彩虹糖的擴散”拆解為：“顏色擴散的速度和水溫有關(guān)嗎？”“和彩虹糖的擺放方式有關(guān)嗎？”“和水的多少有關(guān)嗎？”）；用“判斷標準”篩選問題（如“這個問題能通過實驗驗證嗎？”“我們有材料做這個實驗嗎？”）。示例（低年級）：情境：教師展示“磁鐵吸回形針”的現(xiàn)象，問：“磁鐵能吸所有東西嗎？”學生提出問題：“磁鐵能吸積木嗎？”“磁鐵能吸塑料嗎？”“磁鐵能吸硬幣嗎？”（二）第二步：指向探究的任務(wù)拆解設(shè)計方法：將大問題拆解為“可操作的小任務(wù)”（如“探究‘種子發(fā)芽的條件’”可拆解為：“任務(wù)1：探究水對種子發(fā)芽的影響”“任務(wù)2：探究陽光對種子發(fā)芽的影響”“任務(wù)3：探究土壤對種子發(fā)芽的影響”）；明確每個任務(wù)的“變量控制”（如任務(wù)1：保持陽光、土壤、溫度相同，改變“是否給水”）；制定“探究指南”（如“每個小組選擇1個任務(wù)，設(shè)計實驗方案，記錄每天的變化”）。示例（中年級）：大問題：“種子發(fā)芽需要哪些條件？”任務(wù)拆解：任務(wù)1：水的影響（實驗組：給種子澆水；對照組：不給種子澆水）；任務(wù)2：陽光的影響（實驗組：放在陽光下；對照組：放在黑暗處）；任務(wù)3：土壤的影響（實驗組：種在土壤里；對照組：放在紙巾上）。（三）第三步：支持自主的材料選擇設(shè)計方法：提供“低結(jié)構(gòu)材料”（如“探究‘物體浮沉’的材料：橡皮泥、塑料瓶、石頭、泡沫、鹽、水”），讓學生自主組合；提供“替代材料”（如沒有天平，可用“彈簧測力計”或“比較輕重”的方法）；允許學生自帶材料（如“探究‘植物的向光性’，學生可自帶綠豆、黃豆等種子”）。示例（高年級）：實驗主題：“探究電磁鐵的磁力大小”材料包：電池（1號、5號）、線圈（不同匝數(shù)）、鐵芯（鐵釘、鋁釘）、回形針、導(dǎo)線。學生可選擇：用“不同匝數(shù)的線圈”探究“線圈匝數(shù)對磁力的影響”；或用“不同型號的電池”探究“電流大小對磁力的影響”。（四）第四步：強調(diào)過程的記錄設(shè)計設(shè)計方法：根據(jù)年級選擇記錄方式（低年級：畫圖、貼紙、符號；中年級：表格、簡單文字；高年級：圖表、數(shù)據(jù)分析）；設(shè)計“結(jié)構(gòu)化記錄單”（如“種子發(fā)芽觀察記錄單”包括：日期、澆水情況、陽光情況、發(fā)芽情況（畫“√”或“×”）、備注（如“種子發(fā)霉了”））；鼓勵“個性化記錄”（如用照片、視頻記錄實驗過程，或用日記寫下自己的思考）。示例（低年級）：“磁鐵能吸什么”記錄單：材料名稱積木塑料硬幣紙鐵釘能吸嗎？畫“×”畫“×”畫“√”畫“×”畫“√”我的發(fā)現(xiàn)磁鐵能吸硬幣和鐵釘（五）第五步：促進反思的交流環(huán)節(jié)設(shè)計方法：設(shè)計“交流支架”（如“我做了什么？”“我發(fā)現(xiàn)了什么？”“我的結(jié)論是什么？”“我有什么疑問？”）；組織“小組匯報+全班討論”（如小組展示“種子發(fā)芽”的記錄單，全班討論“為什么有的小組的種子沒發(fā)芽？”）；引導(dǎo)“深度反思”（如“如果再做一次實驗，我會改變什么？”“我的結(jié)論和其他小組不一樣，為什么？”）。示例（中年級）：小組匯報：“我們探究的是‘陽光對種子發(fā)芽的影響’，實驗組放在陽光下，對照組放在柜子里。結(jié)果實驗組的種子3天發(fā)芽，對照組的種子5天發(fā)芽。我們的結(jié)論是：陽光能加快種子發(fā)芽的速度。”全班討論：“為什么有的小組的對照組種子沒發(fā)芽？”“是不是柜子里的溫度太低？”“我們組的對照組種子也發(fā)芽了，只是慢一點，這說明什么？”四、典型案例設(shè)計與解析（一）實驗主題：“彩虹糖的顏色擴散之謎”（低年級）（二）適用年級：2年級（三）設(shè)計背景低年級學生對“顏色變化”“擴散現(xiàn)象”充滿好奇，彩虹糖是常見的零食，能激發(fā)學生的探究興趣。實驗通過“觀察彩虹糖在水中的擴散”，引導(dǎo)學生感知“溶解”“擴散”的基本概念，培養(yǎng)“觀察—描述—總結(jié)”的能力。（四）實驗?zāi)繕?.知識目標：知道彩虹糖的顏色會在水中擴散，了解“溶解”的初步概念；2.能力目標：能使用“觀察法”記錄實驗現(xiàn)象，用簡單語言描述自己的發(fā)現(xiàn)；3.情感目標：對科學實驗產(chǎn)生興趣，愿意與同伴分享自己的發(fā)現(xiàn)。（五）實驗材料（開放性）彩虹糖（不同顏色）、透明杯子、溫水、冷水、盤子、紙巾。（六）探究過程1.問題提出：教師展示“彩虹糖放在水中”的視頻，問：“為什么彩虹糖的顏色會像花瓣一樣散開？”學生提出問題：“顏色擴散的速度和水的溫度有關(guān)嗎？”“和彩虹糖的數(shù)量有關(guān)嗎？”“和擺放方式有關(guān)嗎？”2.假設(shè)與設(shè)計：學生選擇一個問題，作出假設(shè)（如“溫水里的彩虹糖擴散得更快”），設(shè)計實驗方案（如“取兩個杯子，分別裝溫水和冷水，各放一顆紅色彩虹糖，觀察顏色擴散的速度”）。3.實施探究：學生分組實驗，用“畫圖”或“貼紙”記錄不同時間的擴散現(xiàn)象（如“1分鐘后，溫水里的彩虹糖周圍有紅色的圈，冷水里的圈很小”）。4.結(jié)論與交流：小組匯報：“我們發(fā)現(xiàn)溫水里的彩虹糖擴散得更快，因為溫水的溫度高?！比嘤懻摚骸盀槭裁礈囟雀邥寯U散更快？”（教師引導(dǎo)：“溫度高，水分子運動得更快，把顏色帶到了水里。”）（七）設(shè)計說明材料選擇：彩虹糖是學生熟悉的零食，安全且顏色鮮艷，能吸引低年級學生的注意力；問題設(shè)計：“顏色擴散的速度和水溫有關(guān)嗎？”是具體、可探究的問題，符合低年級學生的認知水平；記錄方式：用“畫圖”代替文字，符合低年級學生的表達習慣；交流環(huán)節(jié)：用“小組匯報+全班討論”引導(dǎo)學生分享發(fā)現(xiàn)，教師適時補充科學概念（如“溶解”“擴散”），實現(xiàn)“做中學”。五、實施中的關(guān)鍵問題與建議（一）教師角色：從“指導(dǎo)者”到“引導(dǎo)者”避免“過度干預(yù)”：不要直接告訴學生“應(yīng)該怎么做”，而是問“你想怎么試？”“如果這樣做，會發(fā)生什么？”；支持“試錯”：當學生的實驗失敗時（如“種子沒發(fā)芽”），引導(dǎo)他們分析原因（“是不是水太多了？”“是不是溫度太低了？”），而非批評；關(guān)注“差異”：尊重不同學生的探究方式（如有的學生喜歡“慢慢觀察”，有的學生喜歡“快速嘗試”），給予個性化指導(dǎo)。（二）環(huán)境創(chuàng)設(shè)：建立“探究型課堂”設(shè)置“探究角”：在教室角落放置實驗材料（如磁鐵、種子、電路元件），讓學生在課間或課后自主探究；提供“工具包”：準備常用的實驗工具（如燒杯、量筒、溫度計），貼上“使用說明”（如“溫度計的正確使用方法：不要碰到底部”）；營造“安全氛圍”：告訴學生“實驗中可以犯錯，只要認真思考，就是好的探究”。（三）評價方式：從“結(jié)果導(dǎo)向”到“過程導(dǎo)向”過程性評價：用“成長記錄冊”記錄學生的探究過程（如實驗方案、記錄單、照片、反思日記）；多元評價：包括學生自評（“我覺得自己今天的實驗做得怎么樣？”）、同伴互評（“他的記錄很清楚，我要向他學習”）、教師評價（“你能主動分析失敗的原因，很棒！”）；展示交流：定期舉辦“實驗成果展”，讓學生展示自己的實驗過程與結(jié)論（如用海報、PPT、視頻）。（四）安全保障：底線思維不可少材料檢查：提前檢查實驗材料的安全性（如避免用有毒的化學藥品，用食用色素代替；避免用尖銳的工具，用塑料刀代替金屬刀）；操作指導(dǎo)：演示危險操作的正確方法（如使用酒精燈時，要用火柴點燃，不要用嘴吹滅）；應(yīng)急