基于核心素養的小學科學探究式教學實踐

《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確指出，科學課程應通過探究式學習，引導學生在真實情境中建構科學概念，形成科學態度。本文以粵教版小學科學三年級上冊“它們占據空間嗎”一課為例，基于蘭本達“探究—研討”教學法，通過“問題導向—實驗驗證—生活遷移”的路徑，探索如何在科學課堂中落實核心素養培養目標。課程設計聚焦“物質占據空間”的核心概念，通過階梯式實驗活動，培養學生實證意識與創新思維，為小學科學教學提供可操作性范例。

一、教學背景分析

（一）學科邏輯與學情研判

從學科知識體系看，“物質占據空間”是理解物質特性的基礎概念。三年級學生已具備固體、液體、氣體的初步認知（粵教版二年級下冊“物質的狀態”），但對空間占位的抽象理解仍存在認知沖突。前測顯示，78%的學生能直觀判斷固體、液體占據空間，但對氣體占位的理解正確率僅為32%，普遍存在“看不見即不存在”的迷思概念。

（二）教學價值定位

本節課處于“物質世界”單元承啟節點：既是對前序課程的具體化延伸，又為四年級“物態變化”奠定理論基礎。通過具身化實驗活動，可有效突破“氣體占據空間”的認知難點，發展“證據推理”“模型建構”等科學思維（見下圖）。

（三）素養目標設計

基于新課標四維目標框架，設定如下教學目標：1. 科學觀念：通過實證建立“物質三態均占據空間”的概念模型；2. 科學思維：運用對比實驗法分析現象，發展歸納推理能力；3. 探究實踐：能設計控制變量實驗驗證猜想，形成嚴謹求真的科學態度；4. 態度責任：運用科學原理創新解決生活問題，樹立科技服務社會的意識。

二、教學策略設計

（一）雙主線驅動架構

采用“認知發展線”與“素養養成線”雙軌并進模式（見下表）。認知線遵循“現象觀察→矛盾沖突→概念重構”路徑；素養線貫穿“質疑精神→實證意識→遷移能力”梯度發展。

（二）階梯式實驗群設計

設置三級實驗梯度：1. 基礎驗證層（烏鴉喝水實驗）：通過水位變化可視化固體、液體占位；2. 認知沖突層（密閉吹氣球實驗）：制造“氣球無法膨脹”的認知矛盾；3. 概念建構層（浸不濕紙巾實驗）：通過控制變量法驗證氣體占位。

三、教學實踐過程

（一）情境錨定：制造認知沖突

以江門園山湖音樂噴泉為導入原型，利用塑料瓶、軟管制作簡易噴泉裝置。當學生觀察到水位下降與噴泉形成時，教師設問：“噴出的水原先占據什么空間？氣體是否‘讓出’了位置？”此設計實現三重目的：1. 銜接地方文化資源，增強學習代入感；2. 制造“氣體空間讓渡”的直觀現象；3. 引發“物質占位”的元認知沖突。

（二）實驗探究：建構科學概念

在本環節，將通過三個層層遞進的實驗，引導學生深入探究固體、液體和氣體占據空間的特性，逐步構建科學概念，培養學生的科學探究能力、思維能力以及數據處理能力。

1. 實驗1：烏鴉喝水的科學重構。改進傳統演示實驗，提供多種材料（石子、泡沫塊、木塊），要求學生定量記錄水位變化數據。

關鍵設問：“放入20顆石子后，水位上升2cm，能否建立占位體積的數學模型？”

【設計意圖】通過讓學生嘗試建立數學模型，培養學生的數據處理能力和邏輯思維能力，加深學生對固體占據空間特性的理解，使學生從定性觀察上升到定量分析，進一步構建科學概念。

2. 實驗2：吹氣球比賽的認知突圍。

設置對照組實驗：A組：密閉瓶口吹氣球（失敗）。B組：瓶底穿孔吹氣球（成功）。

引導學生繪制氣體流動示意圖，理解“空間置換”原理。

【設計意圖】利用競賽機制激發學生的參與熱情，讓學生在對比實驗中直觀感受氣體占據空間的現象，引發學生對氣體占據空間原理的思考。進而通過繪制氣體流動示意圖，將抽象的氣體流動過程具象化，幫助學生更好地理解氣體占據空間的原理，培養學生的科學思維能力和圖形表達能力，讓學生在探究過程中構建科學概念。

3. 實驗3：浸不濕紙巾的魔法解密。

進階挑戰：提供不同形狀容器（錐形瓶、廣口瓶），探究傾斜角度對實驗結果的影響。

思維提升：通過控制變量法排除干擾因素，強化實證精神。

【設計意圖】通過有趣的實驗現象和設置進階挑戰，引導學生運用控制變量法進行實驗探究，培養學生的科學探究能力和實證精神，讓學生在實驗過程中發現問題、解決問題，深化對空氣占據空間概念的理解，構建更完善的科學概念體系。

（三）遷移應用：培育創新素養

1. 生活問題解決場。呈現真實情境問題：“快遞易碎品為何用氣泡紙包裝？”“充氣城堡如何實現快速收納？”引導學生運用課堂原理進行解釋，并設計改進方案。

2. STEAM項目延伸。布置跨學科任務：利用占位原理設計節水裝置，融合工程設計與數學計算，培養綜合實踐能力。

四、教學成效與反思

（一）學習效果評估

通過后測發現：氣體占位概念理解正確率提升至89%；92%的學生能獨立設計控制變量實驗；涌現出“智能水位報警器”等創新設計方案。

（二）教學創新點

1. 認知沖突策略：利用非常規實驗現象打破前概念；2. 量化探究導向：在傳統觀察中融入數據記錄與分析；3. 本土資源整合：將地方科技景觀轉化為學習素材。

（三）改進方向

1. 需加強跨學科融合的深度設計；2. 可引入傳感器技術實現實驗數據可視化；3. 應建立長期追蹤機制評估概念保持率。

五、結論

實踐表明，基于認知沖突的實驗群設計能有效促進概念轉變，而真實情境的遷移任務則可顯著提升創新素養。在“雙減”政策背景下，此類探究式教學范式為小學科學課堂提質增效提供了可行路徑。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［2］［美］蘭本達，P.E.布萊克伍德，P.F.布蘭德韋恩.小學科學教育的“探究—研討”教學法［M］.陳德彰，張泰金，譯.北京：人民教育出版社，2003.

［3］張紅霞.科學教育中的迷思概念及其轉變策略［J］.課程·教材·教法，2015（06）.

［4］蔡鐵權.科學概念轉變教學的認知沖突策略研究［J］.全球教育展望，2007（03）.