小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教程引言小學(xué)科學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的關(guān)鍵課程，而探究實(shí)驗(yàn)是科學(xué)學(xué)習(xí)的核心載體。通過(guò)設(shè)計(jì)與實(shí)施探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能在“提出問(wèn)題—作出假設(shè)—設(shè)計(jì)方案—?jiǎng)邮植僮鳌治鰯?shù)據(jù)—得出結(jié)論”的過(guò)程中，發(fā)展科學(xué)思維（如變量控制、邏輯推理）、探究實(shí)踐（如動(dòng)手操作、問(wèn)題解決）和態(tài)度責(zé)任（如嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、合作分享）。本教程結(jié)合小學(xué)階段學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)（直觀形象思維為主、注意力持續(xù)時(shí)間較短）與新課標(biāo)要求，系統(tǒng)講解小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)邏輯與實(shí)踐要點(diǎn)，為教師提供可操作的指導(dǎo)框架。一、小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)概念（一）定義與特點(diǎn)小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生在教師引導(dǎo)下，圍繞具體問(wèn)題，通過(guò)控制變量、動(dòng)手操作、觀察記錄等方式，主動(dòng)探索自然現(xiàn)象或規(guī)律的實(shí)踐活動(dòng)。其核心特點(diǎn)包括：直觀性：用學(xué)生熟悉的材料（如種子、磁鐵、水）和簡(jiǎn)單裝置（如燒杯、托盤(pán)、導(dǎo)線(xiàn)），讓現(xiàn)象可見(jiàn)、可感；趣味性：結(jié)合生活場(chǎng)景（如“為什么媽媽曬的衣服干得快？”），激發(fā)探究興趣；探究性：強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”，讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，而非被動(dòng)驗(yàn)證結(jié)論；開(kāi)放性：允許學(xué)生提出不同假設(shè)、嘗試不同方案，鼓勵(lì)創(chuàng)新。（二）與演示實(shí)驗(yàn)的區(qū)別**維度****探究實(shí)驗(yàn)****演示實(shí)驗(yàn)**主體學(xué)生（主動(dòng)設(shè)計(jì)、操作）教師（演示，學(xué)生觀察）目標(biāo)培養(yǎng)探究能力與思維驗(yàn)證知識(shí)、展示現(xiàn)象過(guò)程問(wèn)題—假設(shè)—設(shè)計(jì)—實(shí)施—結(jié)論教師講解—操作—學(xué)生觀察二、小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)步驟小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)需遵循“問(wèn)題導(dǎo)向、邏輯閉環(huán)”的原則，具體分為8個(gè)核心步驟（以“種子發(fā)芽的條件”為例說(shuō)明）：（一）步驟1：提出可探究的問(wèn)題關(guān)鍵要求：?jiǎn)栴}需來(lái)自學(xué)生的觀察與疑問(wèn)，符合“具體、可操作、有探究?jī)r(jià)值”的標(biāo)準(zhǔn)，避免“是不是”的封閉性問(wèn)題，多問(wèn)“為什么”“怎么樣”。示例：學(xué)生觀察到“春天的種子容易發(fā)芽，冬天不容易”，提出問(wèn)題：“種子發(fā)芽需要適宜的溫度嗎？”學(xué)生發(fā)現(xiàn)“澆水的種子發(fā)芽了，沒(méi)澆水的沒(méi)發(fā)芽”，提出問(wèn)題：“種子發(fā)芽需要水嗎？”設(shè)計(jì)技巧：用“情景導(dǎo)入”引發(fā)疑問(wèn)（如展示干種子與發(fā)芽種子的對(duì)比圖）；鼓勵(lì)學(xué)生用“我想知道……”“為什么……”表達(dá)問(wèn)題；篩選問(wèn)題：排除“無(wú)法用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的問(wèn)題（如“種子為什么會(huì)有生命？”）。（二）步驟2：作出可檢驗(yàn)的假設(shè)關(guān)鍵要求：假設(shè)是基于已有經(jīng)驗(yàn)或知識(shí)的推測(cè)，需滿(mǎn)足“可驗(yàn)證、具體、有邏輯”的條件。示例：針對(duì)“種子發(fā)芽需要水嗎？”，假設(shè)：“種子發(fā)芽需要水，因?yàn)闆](méi)有水，種子無(wú)法吸收營(yíng)養(yǎng)。”針對(duì)“種子發(fā)芽需要溫度嗎？”，假設(shè)：“種子發(fā)芽需要適宜的溫度，因?yàn)槎焯?，種子睡過(guò)去了?！痹O(shè)計(jì)技巧：引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)（如“我家的花沒(méi)澆水就死了”）；用“如果……那么……”的句式表達(dá)（如“如果種子沒(méi)有水，那么就不會(huì)發(fā)芽”）；避免“絕對(duì)化”假設(shè)（如“所有種子都需要陽(yáng)光”，需留有余地）。（三）步驟3：確定變量與控制變量關(guān)鍵概念：自變量（實(shí)驗(yàn)中要改變的因素，如“水的有無(wú)”）；因變量（實(shí)驗(yàn)中要測(cè)量的結(jié)果，如“種子發(fā)芽率”）；無(wú)關(guān)變量（需保持不變的因素，如“種子種類(lèi)、溫度、光照”）。關(guān)鍵要求：遵循單變量原則（每次實(shí)驗(yàn)只改變一個(gè)自變量），確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性。示例（探究“種子發(fā)芽需要水”）：自變量：水（實(shí)驗(yàn)組澆水，對(duì)照組不澆水）；因變量：種子發(fā)芽情況（每天記錄發(fā)芽數(shù)）；無(wú)關(guān)變量：種子種類(lèi)（均用綠豆）、溫度（均放在室內(nèi)20℃左右）、光照（均放在窗臺(tái)）、種子數(shù)量（均用10粒）。設(shè)計(jì)技巧：用“表格法”梳理變量（如下表）；變量類(lèi)型內(nèi)容控制方式自變量水的有無(wú)實(shí)驗(yàn)組：每天澆10mL水；對(duì)照組：不澆水因變量種子發(fā)芽率每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)，計(jì)算百分比無(wú)關(guān)變量種子種類(lèi)、溫度、光照、數(shù)量均保持一致（四）步驟4：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案關(guān)鍵要求：方案需具體、可操作，包括“材料清單”“實(shí)驗(yàn)步驟”“記錄方法”三部分。示例（探究“種子發(fā)芽需要水”）：材料清單：綠豆種子20粒、兩個(gè)相同的一次性餐盒、紙巾、水、標(biāo)簽紙。實(shí)驗(yàn)步驟：1.在兩個(gè)餐盒上分別貼標(biāo)簽“實(shí)驗(yàn)組（澆水）”“對(duì)照組（不澆水）”；2.每個(gè)餐盒中鋪3層紙巾，各放10粒飽滿(mǎn)的綠豆種子；3.實(shí)驗(yàn)組餐盒的紙巾澆適量水（保持濕潤(rùn)，不積水），對(duì)照組不澆水；4.將兩個(gè)餐盒同時(shí)放在室內(nèi)窗臺(tái)（溫度、光照相同）；5.每天下午3點(diǎn)觀察，記錄種子的發(fā)芽情況（發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)：胚根突破種皮）。記錄方法：用表格記錄每天的發(fā)芽數(shù)（如下表）。時(shí)間（天）實(shí)驗(yàn)組發(fā)芽數(shù)對(duì)照組發(fā)芽數(shù)第1天00第2天30第3天80第4天100（五）步驟5：實(shí)施實(shí)驗(yàn)計(jì)劃關(guān)鍵要求：學(xué)生分組合作（建議4-6人一組，分工明確：記錄員、操作員、觀察員）；嚴(yán)格按照方案操作，避免隨意改變變量（如不要給對(duì)照組澆水）；及時(shí)記錄現(xiàn)象（用文字、畫(huà)圖、拍照等方式，保持記錄的真實(shí)性）。設(shè)計(jì)技巧：提前培訓(xùn)學(xué)生的操作技能（如“如何鋪紙巾”“如何澆水”）；教師巡回指導(dǎo)，解決突發(fā)問(wèn)題（如種子發(fā)霉，需更換種子）。（六）步驟6：處理與分析數(shù)據(jù)關(guān)鍵要求：用簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)方法（如計(jì)數(shù)、計(jì)算百分比）處理數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)比（實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組）得出結(jié)論。示例（探究“種子發(fā)芽需要水”）：計(jì)算發(fā)芽率：實(shí)驗(yàn)組發(fā)芽率=（10/10）×100%=100%；對(duì)照組發(fā)芽率=0%；分析：實(shí)驗(yàn)組種子全部發(fā)芽，對(duì)照組沒(méi)有發(fā)芽，說(shuō)明水是種子發(fā)芽的必要條件。設(shè)計(jì)技巧：用“柱狀圖”“折線(xiàn)圖”展示數(shù)據(jù)（如用柱狀圖對(duì)比兩組的發(fā)芽率）；引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注“差異”（如“為什么實(shí)驗(yàn)組發(fā)芽多，對(duì)照組發(fā)芽少？”）。（七）步驟7：得出結(jié)論并交流關(guān)鍵要求：結(jié)論需基于數(shù)據(jù)，用“簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確”的語(yǔ)言表達(dá)，避免“主觀臆斷”。示例：“種子發(fā)芽需要水，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)組（澆水）的種子全部發(fā)芽，而對(duì)照組（不澆水）的種子沒(méi)有發(fā)芽?！痹O(shè)計(jì)技巧：鼓勵(lì)學(xué)生用“我們發(fā)現(xiàn)……”“我們的結(jié)論是……”表達(dá)；組織“實(shí)驗(yàn)分享會(huì)”，讓學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)論，傾聽(tīng)他人的意見(jiàn)。（八）步驟8：反思與改進(jìn)關(guān)鍵要求：引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)中的不足，提出改進(jìn)方案，培養(yǎng)“嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)”的科學(xué)態(tài)度。示例（探究“種子發(fā)芽需要水”）：不足：只用了10粒種子，可能存在偶然性；改進(jìn)：下次用20粒種子，增加實(shí)驗(yàn)的可靠性；新問(wèn)題：“種子發(fā)芽需要多少水？”（可延伸為下一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)）。設(shè)計(jì)技巧：用“問(wèn)題鏈”引導(dǎo)反思（如“實(shí)驗(yàn)中有沒(méi)有沒(méi)控制好的變量？”“數(shù)據(jù)記錄有沒(méi)有錯(cuò)誤？”“結(jié)論有沒(méi)有遺漏？”）；鼓勵(lì)學(xué)生提出“新的探究問(wèn)題”，形成“探究循環(huán)”。三、小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則（一）科學(xué)性原則實(shí)驗(yàn)原理符合科學(xué)規(guī)律（如“種子發(fā)芽需要水、溫度、空氣”是生物學(xué)常識(shí)）；變量控制符合邏輯（如探究“電磁鐵磁力大小與線(xiàn)圈匝數(shù)的關(guān)系”，需保持電流大小不變）。（二）趣味性原則材料貼近生活（如用“可樂(lè)瓶”做“水的凈化實(shí)驗(yàn)”，用“硬幣”做“摩擦力實(shí)驗(yàn)”）；現(xiàn)象明顯（如“火山噴發(fā)實(shí)驗(yàn)”用小蘇打和醋產(chǎn)生大量氣泡，吸引學(xué)生興趣）。（三）安全性原則避免使用危險(xiǎn)材料（如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、尖銳物品）；操作安全（如“加熱實(shí)驗(yàn)”由教師操作，“用電實(shí)驗(yàn)”使用干電池，避免短路）。（四）可行性原則材料易獲取（如“種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)”用綠豆、紙巾，成本低）；時(shí)間易控制（如“水的蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)”可在1-2天內(nèi)完成，適合小學(xué)課堂）。（五）開(kāi)放性原則允許學(xué)生提出不同假設(shè)（如探究“水的蒸發(fā)快慢”，學(xué)生可能假設(shè)“與溫度有關(guān)”“與風(fēng)速有關(guān)”“與表面積有關(guān)”）；鼓勵(lì)學(xué)生嘗試不同方案（如“探究電磁鐵磁力”，學(xué)生可以用不同的鐵芯、不同的電池）。四、小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)案例分析（一）案例1：生物類(lèi)——“種子發(fā)芽需要空氣嗎？”問(wèn)題提出：學(xué)生觀察到“泡在水里的種子不容易發(fā)芽”，提出問(wèn)題：“種子發(fā)芽需要空氣嗎？”假設(shè)：“種子發(fā)芽需要空氣，因?yàn)榕菰谒锏姆N子沒(méi)有空氣，無(wú)法呼吸?！弊兞靠刂疲鹤宰兞浚嚎諝猓▽?shí)驗(yàn)組種子一半浸在水里，一半暴露在空氣中；對(duì)照組種子完全浸在水里）；因變量：種子發(fā)芽率；無(wú)關(guān)變量：種子種類(lèi)（綠豆）、溫度（20℃）、水的量（均為100mL）。方案設(shè)計(jì)：材料：綠豆種子20粒、兩個(gè)相同的燒杯、水；步驟：1.燒杯A：放10粒綠豆，加入100mL水（種子一半浸在水里，一半暴露在空氣中）；2.燒杯B：放10粒綠豆，加入100mL水（種子完全浸在水里）；3.每天觀察，記錄發(fā)芽情況。結(jié)論：燒杯A的種子發(fā)芽率為80%，燒杯B的種子發(fā)芽率為0%，說(shuō)明種子發(fā)芽需要空氣。（二）案例2：物理類(lèi)——“電磁鐵的磁力大小與線(xiàn)圈匝數(shù)有關(guān)嗎？”問(wèn)題提出：學(xué)生用電磁鐵吸鐵釘，發(fā)現(xiàn)“線(xiàn)圈繞得多的電磁鐵吸的鐵釘多”，提出問(wèn)題：“電磁鐵的磁力大小與線(xiàn)圈匝數(shù)有關(guān)嗎？”假設(shè)：“線(xiàn)圈匝數(shù)越多，電磁鐵的磁力越大，因?yàn)槔@的圈數(shù)多，電流的磁場(chǎng)越強(qiáng)?！弊兞靠刂疲鹤宰兞浚壕€(xiàn)圈匝數(shù)（實(shí)驗(yàn)組繞20圈，對(duì)照組繞10圈）；因變量：吸鐵釘?shù)臄?shù)量；無(wú)關(guān)變量：電池?cái)?shù)量（均用2節(jié)干電池）、鐵芯大?。ň孟嗤蔫F釘）、電流方向（均為順時(shí)針）。方案設(shè)計(jì)：材料：鐵釘、漆包線(xiàn)、干電池2節(jié)、鐵釘若干；步驟：1.用漆包線(xiàn)在鐵釘上繞10圈（對(duì)照組），兩端接電池；2.用同樣的漆包線(xiàn)在另一鐵釘上繞20圈（實(shí)驗(yàn)組），兩端接電池；3.分別用兩個(gè)電磁鐵吸鐵釘，記錄吸起的數(shù)量。結(jié)論：實(shí)驗(yàn)組吸起15枚鐵釘，對(duì)照組吸起8枚鐵釘，說(shuō)明線(xiàn)圈匝數(shù)越多，電磁鐵的磁力越大。（三）案例3：化學(xué)類(lèi)——“水的蒸發(fā)快慢與表面積有關(guān)嗎？”問(wèn)題提出：學(xué)生觀察到“盤(pán)子里的水比杯子里的水干得快”，提出問(wèn)題：“水的蒸發(fā)快慢與表面積有關(guān)嗎？”假設(shè)：“表面積越大，水的蒸發(fā)越快，因?yàn)榻佑|空氣的面積大?！弊兞靠刂疲鹤宰兞浚核谋砻娣e（實(shí)驗(yàn)組用盤(pán)子，對(duì)照組用杯子）；因變量：水的體積變化（用刻度測(cè)量）；無(wú)關(guān)變量：水的初始體積（均為100mL）、溫度（25℃）、風(fēng)速（均放在室內(nèi)）。方案設(shè)計(jì)：材料：盤(pán)子（直徑20cm）、杯子（直徑5cm）、量筒、水；步驟：1.用量筒量取100mL水，倒入盤(pán)子（實(shí)驗(yàn)組）；2.用量筒量取100mL水，倒入杯子（對(duì)照組）；3.每天下午3點(diǎn)測(cè)量剩余水的體積，記錄。結(jié)論：第3天，盤(pán)子里的水剩余50mL，杯子里的水剩余80mL，說(shuō)明表面積越大，水的蒸發(fā)越快。五、小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)（一）安全第一實(shí)驗(yàn)前檢查材料（如電池是否漏液、導(dǎo)線(xiàn)是否破損）；禁止學(xué)生接觸危險(xiǎn)物品（如酒精燈、尖銳的鐵釘）；教師需全程在場(chǎng)，及時(shí)處理突發(fā)情況（如學(xué)生被燙傷，用冷水沖洗）。（二）材料選擇優(yōu)先選用“低成本、易獲取”的材料（如用礦泉水瓶做“生態(tài)瓶”，用雞蛋做“浮力實(shí)驗(yàn)”）；避免使用“易碎、昂貴”的材料（如玻璃燒杯可換成一次性塑料杯）。（三）學(xué)生參與讓學(xué)生參與“問(wèn)題提出、假設(shè)制定、方案設(shè)計(jì)”的全過(guò)程，而非教師包辦；分組合作時(shí)，明確分工（如記錄員、操作員、觀察員），確保每個(gè)學(xué)生都有任務(wù)。（四）評(píng)價(jià)方式采用過(guò)程性評(píng)價(jià)（如記錄學(xué)生的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)、探究日記），而