小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)活動設(shè)計與資源開發(fā)：基于核心素養(yǎng)的實踐路徑一、引言：實驗教學(xué)是小學(xué)科學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵載體小學(xué)科學(xué)課程以“培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)”為目標(biāo)，強調(diào)“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”。實驗教學(xué)作為科學(xué)探究的核心環(huán)節(jié)，是學(xué)生主動獲取知識、發(fā)展思維、提升能力的重要途徑。它不僅能幫助學(xué)生理解科學(xué)概念、掌握科學(xué)方法，更能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度（如好奇心、實證精神）、科學(xué)思維（如邏輯推理、創(chuàng)新思維）和社會責(zé)任（如用科學(xué)解決生活問題）。然而，當(dāng)前小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)仍存在一些問題：部分實驗設(shè)計重形式輕探究，資源開發(fā)重教材輕生活，實施過程重結(jié)果輕過程。因此，如何設(shè)計符合學(xué)生認(rèn)知特點的實驗活動，開發(fā)豐富的實驗資源，成為提升實驗教學(xué)有效性的關(guān)鍵。二、小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)活動設(shè)計的原則實驗活動設(shè)計是實驗教學(xué)的基礎(chǔ)，需遵循以下原則，確保實驗的科學(xué)性、探究性和實用性。（一）科學(xué)性原則：實驗設(shè)計的核心底線科學(xué)性是實驗教學(xué)的根本，要求實驗原理符合科學(xué)規(guī)律，操作流程規(guī)范，變量控制嚴(yán)謹(jǐn)。原理準(zhǔn)確：實驗設(shè)計需基于科學(xué)事實，避免誤導(dǎo)學(xué)生。例如，“探究水的浮力”實驗中，需明確浮力是液體對物體向上的托力，而非“水的力量”。變量控制：探究實驗需遵循“單一變量原則”，即僅改變一個變量，其他變量保持一致。例如，“種子發(fā)芽需要水分”實驗中，需設(shè)置“加水組”與“不加水組”，其他條件（溫度、空氣）保持相同。操作規(guī)范：教師需示范正確的操作方法，如酒精燈的使用（用火柴點燃、用燈帽熄滅）、玻璃器皿的拿?。ū苊馄扑椋?，確保實驗安全。（二）探究性原則：突出學(xué)生的主體地位探究性是實驗教學(xué)的本質(zhì)，要求以學(xué)生為中心，讓學(xué)生經(jīng)歷“提出問題—作出假設(shè)—設(shè)計實驗—實施實驗—分析數(shù)據(jù)—得出結(jié)論”的完整探究過程。問題導(dǎo)向：通過情境創(chuàng)設(shè)引導(dǎo)學(xué)生提出問題。例如，在“認(rèn)識水的蒸發(fā)”實驗中，教師可展示“濕衣服變干”的情境，問：“水去哪里了？”讓學(xué)生提出自己的問題。自主設(shè)計：鼓勵學(xué)生自主設(shè)計實驗方案。例如，“探究雞蛋浮起來的秘密”實驗中，學(xué)生可自行選擇材料（食鹽、糖、醋），設(shè)計“加食鹽”“加糖”“加醋”的實驗組，驗證自己的假設(shè)。過程體驗：關(guān)注學(xué)生的探究過程，而非僅追求實驗結(jié)果。例如，“種子發(fā)芽實驗”中，讓學(xué)生每天記錄種子的變化（如種皮破裂、根長出），感受生命成長的過程。（三）趣味性原則：激發(fā)學(xué)生的探究興趣小學(xué)生的認(rèn)知以具體形象思維為主，實驗設(shè)計需符合其年齡特點，通過有趣的材料和形式激發(fā)興趣。材料生活化：使用學(xué)生熟悉的生活材料，如飲料瓶、雞蛋、氣球、食鹽等。例如，用飲料瓶做“水火箭”（探究反沖力），用雞蛋做“蛋殼的承受力”（探究結(jié)構(gòu)與力的關(guān)系），用氣球做“氣球的膨脹”（探究空氣壓力）。形式游戲化：采用游戲、競賽等方式增強實驗的趣味性。例如，“誰的雞蛋浮得快”競賽（探究鹽對浮力的影響），“水火箭飛行距離比賽”（探究反沖力的大小與水量的關(guān)系）。情境故事化：將實驗融入故事中，如“小水滴的旅行”（探究水的循環(huán)）、“種子寶寶找媽媽”（探究種子的傳播方式），讓學(xué)生在故事中學(xué)習(xí)科學(xué)。（四）安全性原則：實驗教學(xué)的前提保障安全是實驗教學(xué)的底線，需避免使用易燃、有毒、易碎的材料，確保操作過程安全。材料安全：優(yōu)先選擇無毒、無害的材料，如用食用色素代替化學(xué)顏料，用白醋代替強酸，用塑料杯代替玻璃杯。操作安全：教師需提前檢查材料（如電池是否漏液、導(dǎo)線是否破損），并向?qū)W生強調(diào)注意事項（如不要用手觸摸燈泡的玻璃部分，避免燙傷）。應(yīng)急處理：準(zhǔn)備應(yīng)急物品（如創(chuàng)可貼、毛巾），并向?qū)W生說明遇到危險時的應(yīng)對方法（如燙傷后用冷水沖洗）。（五）整合性原則：連接學(xué)科與生活的橋梁實驗設(shè)計需整合多學(xué)科知識，聯(lián)系生活實際，讓學(xué)生體會科學(xué)與生活的聯(lián)系。學(xué)科整合：結(jié)合數(shù)學(xué)（測量、統(tǒng)計）、語文（記錄、表達）、美術(shù)（繪圖、設(shè)計）等學(xué)科。例如，“植物生長實驗”中，學(xué)生用數(shù)學(xué)測量植物高度，用語文寫實驗日記，用美術(shù)畫植物的生長過程。生活整合：解決生活中的實際問題。例如，“怎樣讓衣服干得更快？”（探究蒸發(fā)的影響因素：溫度、表面積、風(fēng)速），“為什么冬天窗戶上會有哈氣？”（探究凝結(jié)現(xiàn)象），“怎樣讓糖水更甜？”（探究溶解的影響因素：溫度、攪拌、顆粒大小）。三、小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)活動設(shè)計案例以下案例覆蓋不同年級、不同領(lǐng)域（物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)），體現(xiàn)實驗設(shè)計的原則與實踐。（一）低年級（1-2年級）：“水的魔法”（物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域）1.實驗?zāi)繕?biāo)通過觀察與操作，認(rèn)識水的基本特征（無色、無味、透明、流動）。培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力與表達能力。2.實驗材料透明塑料杯、水、牛奶、醋、石頭、羽毛、滴管。3.實驗過程情境導(dǎo)入：教師展示一杯水，問：“這杯水像什么？它有什么特點？”引導(dǎo)學(xué)生提出問題。探究活動：①看顏色：將水與牛奶倒入杯子，對比“水是無色的，牛奶是白色的”。②聞氣味：讓學(xué)生聞水與醋，說出“水沒有氣味，醋有酸味”。③測透明：將石頭放在杯子后，透過水能看到石頭（說明透明）；透過牛奶則看不到（說明不透明）。④玩流動：用滴管滴一滴水在手心，觀察水“會跑”（流動）；用羽毛撥水，感受水的“柔軟”（無固定形狀）?？偨Y(jié)拓展：總結(jié)：水是無色、無味、透明、會流動的液體。拓展：讓學(xué)生用杯子接水，觀察“水會填滿杯子”（無固定形狀）；用毛巾擦手，發(fā)現(xiàn)“水不見了”（滲透）。（二）中年級（3-4年級）：“種子的‘起床’計劃”（生命科學(xué)領(lǐng)域）1.實驗?zāi)繕?biāo)探究種子發(fā)芽的必要條件（水分、溫度、空氣）。學(xué)習(xí)控制變量的實驗方法，培養(yǎng)實證精神。2.實驗材料綠豆種子、一次性杯子、紙巾、水、冰箱、保鮮膜。3.實驗過程提出問題：教師展示干綠豆，問：“怎樣讓綠豆‘起床’（發(fā)芽）？”學(xué)生自由猜想（需要水、陽光、溫度等）。作出假設(shè)：引導(dǎo)學(xué)生聚焦“水分”“溫度”“空氣”三個變量，作出假設(shè)（如“種子發(fā)芽需要水分”）。設(shè)計實驗：①探究“水分”：設(shè)置兩組，A組（加適量水，紙巾濕潤）、B組（不加水，紙巾干燥），其他條件（溫度、空氣）相同。②探究“溫度”：設(shè)置兩組，C組（放在教室窗臺，溫度適宜）、D組（放在冰箱，溫度低），其他條件（水分、空氣）相同。③探究“空氣”：設(shè)置兩組，E組（不蓋保鮮膜，有空氣）、F組（蓋保鮮膜，隔絕空氣），其他條件（水分、溫度）相同。實施實驗：學(xué)生分組完成實驗，每天觀察并記錄（如“第2天，A組綠豆脹大，B組無變化”；“第3天，A組長出小根，C組綠豆發(fā)芽，D組無變化”）。分析數(shù)據(jù)：一周后，學(xué)生對比各組結(jié)果：A組發(fā)芽，B組未發(fā)芽→種子發(fā)芽需要水分；C組發(fā)芽，D組未發(fā)芽→種子發(fā)芽需要適宜溫度；E組發(fā)芽，F(xiàn)組未發(fā)芽→種子發(fā)芽需要空氣。得出結(jié)論：種子發(fā)芽需要水分、適宜的溫度和充足的空氣。4.總結(jié)拓展總結(jié)：控制變量是科學(xué)實驗的重要方法（只有一個變量不同，其他變量相同）。拓展：讓學(xué)生探究“種子發(fā)芽需要陽光嗎？”（設(shè)置“陽光下”與“黑暗處”兩組）；觀察發(fā)芽的綠豆（根向下長，芽向上長），認(rèn)識“向性運動”。（三）高年級（5-6年級）：“讓小燈泡‘亮起來’”（物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域）1.實驗?zāi)繕?biāo)認(rèn)識簡單電路的組成（電源、導(dǎo)線、用電器、開關(guān)）。學(xué)會連接簡單電路，培養(yǎng)動手能力與問題解決能力。2.實驗材料干電池、電池盒、導(dǎo)線、小燈泡、燈座、開關(guān)、橡皮。3.實驗過程認(rèn)識材料：教師展示材料，介紹“電源（電池）提供能量”“導(dǎo)線傳遞能量”“用電器（小燈泡）消耗能量”“開關(guān)控制能量”。設(shè)計電路：引導(dǎo)學(xué)生思考“怎樣讓小燈泡亮起來？”，畫出電路示意圖（電池→導(dǎo)線→小燈泡→導(dǎo)線→電池，形成閉合回路）。實施實驗：①連接電池：將電池放入電池盒，正極對正極，負(fù)極對負(fù)極。②固定小燈泡：將小燈泡插入燈座，旋緊。③連接導(dǎo)線：用導(dǎo)線將電池盒的正極與燈座連接，再將燈座與電池盒的負(fù)極連接（閉合回路）。④觀察現(xiàn)象：小燈泡亮了！學(xué)生歡呼，記錄“成功”。問題探究：若小燈泡不亮，引導(dǎo)學(xué)生排查原因：導(dǎo)線沒接牢？（重新連接）電池裝反了？（調(diào)整電池方向）小燈泡壞了？（換一個燈泡）拓展實驗：①加入開關(guān)：將開關(guān)串聯(lián)在電路中，演示“開關(guān)斷開→燈滅，開關(guān)閉合→燈亮”，說明“開關(guān)控制電路通斷”。②并聯(lián)電路：用兩根導(dǎo)線連接兩個小燈泡，讓它們同時亮（探究“并聯(lián)電路各用電器獨立工作”）。4.總結(jié)拓展總結(jié)：簡單電路由電源、導(dǎo)線、用電器、開關(guān)組成，閉合回路是燈亮的關(guān)鍵。拓展：用檸檬、銅片、鋅片做“水果電池”（探究“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”）；觀察家里的插座（“為什么插座有兩個孔？”→火線與零線）。四、小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)資源的開發(fā)與利用實驗資源是實驗教學(xué)的支撐，需多元化開發(fā)，滿足不同教學(xué)需求。（一）課程資源：挖掘教材與教師用書的潛力教材實驗：教材是實驗教學(xué)的核心資源，教師需深入解讀教材中的實驗設(shè)計意圖。例如，人教版《科學(xué)》三年級“水的蒸發(fā)”實驗，教師需引導(dǎo)學(xué)生觀察“水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)”的過程，而非僅記錄“水不見了”。教師用書：教師用書提供了實驗的教學(xué)建議、材料準(zhǔn)備、注意事項等。例如，“種子發(fā)芽實驗”建議提前一周準(zhǔn)備，讓學(xué)生觀察種子發(fā)芽的完整過程；“簡單電路”建議使用安全電池（如5號干電池），避免學(xué)生觸電。（二）生活資源：利用身邊的材料開展實驗材料收集：鼓勵學(xué)生收集生活中的廢舊物品，如飲料瓶、雞蛋殼、氣球、筷子、毛巾等。例如：飲料瓶：做“水火箭”（反沖力）、“生態(tài)瓶”（生物與環(huán)境的關(guān)系）、“漏斗”（水的流動）。雞蛋殼：做“蛋殼的承受力”（結(jié)構(gòu)與力）、“蛋殼畫”（溶解現(xiàn)象：用醋泡蛋殼，去除鈣質(zhì)）。氣球：做“氣球的膨脹”（空氣壓力）、“氣球小車”（反沖力）、“氣球聽診器”（聲音的傳播）。生活問題：結(jié)合生活中的困惑設(shè)計實驗。例如：“為什么夏天的冰淇淋會化？”→探究“熔化需要吸熱”?！盀槭裁磱寢層名}腌菜？”→探究“滲透作用”?！盀槭裁醋孕熊囕喬俊薄骄俊皻怏w受熱膨脹”。（三）數(shù)字化資源：借助技術(shù)提升實驗效果虛擬實驗：使用虛擬實驗軟件（如“NOBOOK虛擬實驗”“小學(xué)科學(xué)虛擬實驗室”）模擬危險或難以操作的實驗。例如：“酒精燈的使用”：虛擬實驗可模擬“用火柴點燃酒精燈”“用燈帽熄滅”“酒精灑出時用濕抹布覆蓋”等操作，避免學(xué)生燒傷?！盎鹕絿姲l(fā)”：虛擬實驗可模擬“巖漿從火山口噴出”“火山灰擴散”的過程，讓學(xué)生觀察“地殼運動”的結(jié)果。視頻資源：利用“國家中小學(xué)智慧教育平臺”“B站科學(xué)小實驗”等視頻資源，輔助實驗教學(xué)。例如：課前：讓學(xué)生看“種子發(fā)芽”的視頻，了解實驗步驟。課中：用視頻補充“水的三態(tài)變化”（如“雪融化成水”“水蒸發(fā)成云”），增強直觀性。課后：讓學(xué)生看“科學(xué)小發(fā)明”視頻（如“用飲料瓶做澆花器”），拓展創(chuàng)新思維。數(shù)據(jù)工具：使用APP（如“實驗記錄簿”“釘釘表格”）記錄實驗數(shù)據(jù)，生成圖表。例如：“植物生長實驗”：用APP記錄植物高度，生成折線圖，觀察“植物每天長多少”?！昂唵坞娐贰保河肁PP記錄“不同電池數(shù)量對燈泡亮度的影響”，分析“電壓與亮度的關(guān)系”。（四）社區(qū)資源：拓展實驗教學(xué)的空間博物館與科技館：組織學(xué)生參觀自然博物館、科技館，參與互動實驗。例如：自然博物館：觀察“恐龍化石”（探究“生物進化”）、“礦物標(biāo)本”（探究“巖石的特征”）?？萍拣^：做“電磁感應(yīng)”實驗（探究“電能轉(zhuǎn)化為機械能”）、“聲音的共鳴”實驗（探究“聲音的傳播”）。農(nóng)場與植物園：組織實地考察，讓學(xué)生在真實情境中學(xué)習(xí)。例如：農(nóng)場：觀察“蔬菜的種植過程”（播種→澆水→施肥→收獲），探究“植物生長需要的條件”。植物園：觀察“不同植物的葉片”（如銀杏葉像扇子，楓葉像手掌），探究“葉片的形態(tài)與功能”。社區(qū)活動：參與社區(qū)“科學(xué)節(jié)”“科技小發(fā)明比賽”，展示學(xué)生的實驗成果。例如：學(xué)生展示“水火箭”“生態(tài)瓶”“水果電池”等實驗，向社區(qū)居民介紹科學(xué)知識。組織“科學(xué)小講師”活動，讓學(xué)生給younger學(xué)生講“水的特征”“種子發(fā)芽”等實驗。五、小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)實施的建議（一）教師角色：從“講授者”到“引導(dǎo)者”引導(dǎo)問題：通過情境創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生提出問題。例如，在“水的浮力”實驗中，教師展示“雞蛋沉在水底”的現(xiàn)象，問：“怎樣讓雞蛋浮起來？”引導(dǎo)學(xué)生思考。支持設(shè)計：鼓勵學(xué)生自主設(shè)計實驗，提供必要的材料與指導(dǎo)。例如，“雞蛋浮起來”實驗中，學(xué)生想加食鹽，教師提供食鹽；學(xué)生想加糖，教師提供糖。合作探究：參與學(xué)生的探究過程，與學(xué)生一起討論、解決問題。例如，“簡單電路”實驗中，學(xué)生的燈不亮，教師引導(dǎo)學(xué)生檢查“導(dǎo)線是否接牢”“電池是否裝反”，而非直接幫學(xué)生連接。（二）學(xué)生參與：從“被動操作”到“自主探究”自主操作：讓學(xué)生自己動手做實驗，觀察現(xiàn)象，記錄數(shù)據(jù)。例如，“水的蒸發(fā)”實驗中，學(xué)生用滴管滴一滴水在玻璃片上，放在陽光下，每天觀察水的變化。小組合作：組織小組合作，分工明確（如記錄員、操作員、匯報員）。例如，“種子發(fā)芽”實驗中，小組內(nèi)有的學(xué)生負(fù)責(zé)加水，有的負(fù)責(zé)記錄，有的負(fù)責(zé)觀察，有的負(fù)責(zé)匯報。表達交流：讓學(xué)生分享自己的探究過程與結(jié)果。例如，“水火箭”實驗中，學(xué)生匯報“我們的火箭飛了5米，因為我們加了半瓶水，用了大的飲料瓶”，其他學(xué)生提問“為什么加半瓶水？”“用小飲料瓶會怎樣？”。（三）評價方式：從“結(jié)果