小學科學實驗的選題困境與基本對策

中圖分類號：G62 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）07-0101-04

2023年5月17日，教育部等十八部門聯合印發的《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》提出，科學教育應注重實踐，激發學生興趣，推進探究實踐；應強調融合，實現校內外聯動，將知識學習與實踐相結合，強化“做中學、用中學、創中學”的教學理念，創造條件豐富活動內容，拓展科學實踐活動。由此可知，科學教育具有重要的育人價值，承擔著培養學生科學素養的重要職責。然而，當前部分小學科學教師對小學科學實驗的內涵理解不夠深入，對其育人價值的領悟也較為模糊，導致在實驗選題時面臨諸多困難，進而影響了科學教育活動的順利開展。為此，筆者基于小學科學教師培養現狀的調查，探討教師在職前與職后科學實驗選題中所面臨的困境及基本對策，以期提高小學科學教師的實驗選題能力。

一、小學科學實驗的內涵及特征

在方法論層面，《中國大百科全書·哲學》將科學實驗定義為人們為實現預定目的，在人工控制條件下對客體進行研究的一種科學方法。從實踐角度來看，科學實驗是運用特定儀器設備，在人工設定的條件下觀察和研究自然現象及其規律性的一種特殊的社會實踐形式[。筆者認為，科學實驗是人們為了推動生活、生產等物質世界的高質量發展，以及提升精神世界的豐富度，采用科學的方法嘗試發現新事物、新規律的研究過程。小學生好奇心強、探索欲旺盛，這與科學實驗所強調的探索未知、發現新知的核心理念相契合，從而為學校開展小學科學實驗教學提供了可能性。同時，小學科學實驗的設計與實施還應充分考慮小學生的認知水平和實驗操作能力，以確保實驗活動的有效性和安全性。具體說來，小學科學實驗的設計與實施應注意體現以下特征。

（一）觀察性

小學生具有很強的觀察力，尤其擅長在細節中發現事物的區別，這對科學實驗至關重要。兒童能在細致入微的觀察中發現問題，這是一種直覺式的發現，體現了直接經驗與思維的直接對話。隨著年齡的增長，兒童對細節的觀察逐漸轉向更為寬泛的視角，觀察的尺度也相應擴大。在此過程中，兒童的歸納能力逐漸發展，小學科學實驗的觀察方式也隨之調整，以適應其認知水平的提升。

（二）想象性

年齡較小的兒童更傾向于天馬行空地想象，有時會將想象與事實混同，認為想象中的事物即為真實存在，即便當前尚未發生。小學生的想象力受限于其直接經驗，并影響其間接經驗的習得。對小學生而言，科學實驗是探索未知世界的活動，具有前瞻性和未發生性。因此，小學生需充分發揮想象力來設計實驗活動，在實驗過程中積累直接經驗，而這些直接經驗又會為后續的想象提供實證基礎。此外，科學實驗中的交流互動是小學生獲取間接經驗的重要途徑，也是促進其想象力發展的思維碰撞平臺。在具體實施過程中，想象通常以隱性的方式存在，貫穿于小學科學實驗的問題提出、方案設計、探究過程及總結反思等各個環節。

（三）多樣性

科學實驗有許多不同的研究方法。科學實驗方法不僅受到個體觀察能力和想象能力的制約，而且受限于當前的研究體系。經由教師傳授，學習者可以掌握恰當的方法，并了解科學實驗的研究規范。觀察、想象和研究體系共同構成了科學實驗方法多樣性的重要來源。研究體系是科學實驗的基礎，觀察與想象是在科學實驗中發現新事物、新規律的突破口。因此，小學科學實驗應當尊重兒童研究方法的多樣性，為小學生提供更多發現新事物、新規律的機會。

（四）嘗試性

小學生對間接經驗的領悟能力相對低下，對事物的探索表現出明顯的嘗試性特征。在思維層面，低年級學生主要停留在“是什么”的層面，常常是在現實中進行嘗試性實驗；中年級學生則開始關注“為什么”，實驗探索開始萌芽，但立場尚不穩定；高年級學生的認知水平有所提升，能理解“是什么”與“為什么”之間的聯系，嘗試性與驗證性進一步融合。思想的嘗試性決定了方法的嘗試性，也決定了科學實驗的嘗試性。這意味著，小學科學實驗是一個逐步探索、不斷試錯的活動過程，它有助于學生逐步積累實驗經驗和科學知識。

二、小學科學實驗的育人價值

（一）培養個體與自然對話的能力

科學實驗是與自然現象互動的實踐過程，實驗者在此過程中與自然進行對話。自然界存在諸多未解之謎，個體作為自然界的一部分，對自然界的許多領域仍感陌生。從科學實驗的準備到實施，再到反思總結，實驗者始終在與自然進行交流。這種與自然對話的方式多種多樣，如面對不解之物時常問“是什么”，遇到新現象時常問“為什么”，或喜歡模擬自然界的奇特現象。這種對話實際上是一種思考習慣，而小學科學實驗正是培養這一習慣的關鍵途徑，并借以提升小學生與自然對話的能力。

（二）培養科學論證的素養

科學論證是基于科學問題或假設進行嚴謹驗證的過程，其過程融合了方法、邏輯與論據。科學論證反映實驗者的科學觀念、科學思維、探索實踐和態度責任等科學核心素養。例如，實驗者在理解概念、規律、原理的基礎上，形成的對客觀事物的總體認識；以及從科學的視角對客觀事物的本質屬性、內在規律和相互關系的認識方式[2]。科學實驗是培養學生科學核心素養，特別是理性思維、批判質疑和勇于探究等科學精神的重要載體[3]。小學生的科學核心素養主要源自直接經驗，而科學實驗正是積累直接經驗的重要途徑。

（三）培養表達自然規律的方式

自然規律通過科學研究成果以規范的形式表達，具有符號化、抽象化、簡潔化等特點。自然規律寓于自然界之中，通常以較為隱蔽的方式與其他規律并存。科學實驗結論需與其他規律相區分并被清晰表達，這是人們總結和表達規律的基本要求。例如，在“勺柄是怎樣變熱的”教學中，熱的傳導規律被明確表述為：在同一物體中，熱能從溫度高的部分傳向溫度低的部分，這種傳遞熱的方式稱為傳導。科學實驗結論的清晰表達促進了信息交流，并為后續研究奠定了基礎。

三、小學科學實驗的選題困境

（一）研究價值未能體現時代特征

當前科技發展日新月異，新興領域和前沿技術層出不窮，但許多小學科學實驗選題仍局限于傳統內容，未能及時融入新時代的科學元素。這導致實驗內容與學生的生活實際和興趣點脫節，難以激發學生的探索熱情和創新思維。例如，“校園里的植物種類研究”這一實驗選題的價值有限，因為植物分類已相當成熟，《本草綱目》便是重要的研究成果之一。如果小學科學教師將課題改成“廣西本地校園野生植物生態適應性的研究”，其意義就完全不一樣了：一是關注廣西本地野生植物的獨特性；二是生態適應性的研究已經上升到“為什么”的層面；三是挖掘校園野生植物的價值，體現了綠色環保、人地和諧及可持續發展的理念。隨著時代的變遷，世界各國對人才的需求也在不斷變化，科學教育肩負著培養人才、推動科技發展的重任。因此，小學科學實驗選題應緊跟時代步伐，關注科技發展動態，引入更多與現代生活緊密相關的科學問題，體現教育性與時代性，以提升小學科學實驗的時代價值。

（二）問題來源缺乏理論對話

牛頓說過：“我之所以比別人看得更遠些，是因為站在巨人的肩膀上。”這句話意味著研究問題是離不開理論對話的，在前人理論基礎上進行研究至關重要。然而，許多小學科學實驗選題往往直接來源于教學實踐中的直觀感受或經驗總結，而缺乏與現有科學理論體系的對接和深入探討，這可能導致選題過于表面化，缺乏科學研究的深度，不利于引導學生探究科學現象背后的本質和規律。人們常說，提出一個問題比解決一個問題更為重要，因為提出科學的、有價值的問題并非易事。例如“巴西堅果為什么會落地？”雖看似新問題，但本質上與牛頓的“蘋果為什么落地？”完全一致。理論對話有利于準確識別問題的科學價值，進而幫助研究者決定研究方向。因此，小學科學實驗選題應重視學術理論的調查、梳理與對話，這是選擇研究問題的重要環節，也是理論研究的精髓所在。

（三）研究內容無法聚焦某一問題

通常來說，研究的開展始于某一個問題。為了解決這個問題，人們會想出很多辦法，并對辦法進行調查、篩選、實踐，最終產生針對該問題的研究方法和研究內容。從以上分析看來，科學的研究順序可以認為是“產生問題一想出辦法一確定方法與內容”的過程。這個看似通俗易懂的過程，對部分小學科學教師來說卻是一個復雜且容易迷失方向的過程，影響著其思維和思路，往往導致實驗設計過于寬泛，缺乏針對性和深度。主要原因在于以下兩方面：一是無法確定明晰的研究問題，隨著研究的深入，研究者往往會發現許多新問題，導致思維陷入迷宮，忘記了最初要解決的問題；二是混淆研究問題的層級關系，研究者在處理問題鏈時，往往難以厘清核心問題與子問題之間的層級關系。例如，在“光照對三角梅顏色的影響”課題中，核心問題是光照對三角梅顏色的影響，而子問題應是與核心問題直接相關的，如影響光照時長的因素、光照強度的測量方法等；平行關系的問題，如土壤、水分對三角梅顏色的影響，則不屬于該課題的核心研究內容，應予以剔除。

（四）研究對象主次關系不明

毫無疑問，科學實驗選題務必明確研究對象是什么，方可開展研究。若研究對象涉及多種事物的關系，會使選題表達復雜且難以理解。然而，一些小學科學實驗選題常常會陷入研究對象主次關系不明的困境，導致在設計實驗探究時難以確定核心研究對象，影響實驗效果。例如，原選題“探究不同萃取劑對薄荷清新劑除洋蔥異味效果及原因”較為晦澀難懂，但通過梳理主次關系，可簡化為“基于不同萃取劑的薄荷清新劑除異味效果的探索——以洋蔥為例”或“薄荷清新劑除洋蔥異味效果分析—基于不同的萃取劑”。由此可知，當科學實驗選題題目比較長、涉及的事物比較多時，往往需要進行對象的主次關系排序，適當地使用副標題的形式可以減緩主標題的表達壓力。此外，選題題目表達應盡可能簡潔明了，避免冗余和復雜的關系描述。

四、小學科學實驗選題的基本策略

（一）基于兒童的好奇心選題

選題是主體對客體存在的一種選擇，而好奇心是個體發現問題、潛心求證的動力源泉。好奇心反映了個體的求知欲望，反映了個體與自然界的互動強度，揭示了個體的思維方式。例如，伽利略不顧低頭祈禱的規定，好奇地發現懸在天花板上的掛燈在微微晃動。這本來是生活中常見的現象，而伽利略卻細心地觀察起來[4]。小學科學實驗選題可以源于個體兒童時代記憶中的問題、他人提出的困惑、生活中習以為常的現象、直接經驗與間接經驗的沖突，以及失敗后的好奇式反思。例如，含羞草閉合通常會引起兒童的注意，因為它是動態的變化，是相對微觀的、直觀的現象。相反，樹葉的脫落就沒那么容易引起兒童的注意，因為這種現象是習以為常的。在兒童心目中，幾乎所有的樹葉都會脫落，感覺已經沒有太多探究的必要，這種現象不易引發兒童的探究興趣。

自然界為科學實驗選題提供了豐富的素材。教學實踐中的科學實驗選題應緊密結合自然界中的事物、現象，以激發學生的好奇心和探索欲。下面，以“光照對豆芽生長的影響”為例，探析小學科學實驗基于好奇心選題的內在機理。第一，分享個體對自然的認知體驗。教師首先介紹氣候、地形、土壤、水源等自然因素，向學生說明熱量和水分是氣候的重要組成部分，然后引導學生分享對光照的個人認知。學生的分享是多樣的、自由的，可以分享“日光城”—一拉薩，也可以分享萬物生長靠太陽的道理。第二，提出個體的好奇式思考。教師引導學生列舉生活中的光照現象和植物生長現象，鼓勵學生選擇自己感興趣、好奇的事物進行探究。大多數學生選擇了常見的豆芽作為研究對象，體現了從生活實際出發的選題思路。第三，設計研究方案。教師引導學生思考種子發芽所需的環境條件，以及光照對植物顏色的影響等問題，并與學生共同確定選題名稱為“光照對豆芽生長的影響”。此環節強調師生互動，通過直接經驗與間接經驗的碰撞，形成科學的研究方案。

（二）基于類比思維選題

科學實驗的核心在于探索規律，而類比思維在此過程中扮演著至關重要的角色。類比思維是根據兩個具有相同或相似特征的事物間的對比，從某一事物的某些已知特征去推測另一事物的相應特征存在的思維活動。它主要包括對比前的分類和分類后的對比，兩者并沒有嚴格的先后順序，而是取決于科學實驗中的實踐需要和邏輯需求。無論是分類還是對比，都離不開個體的思維方式。因此類比思維具有多樣性，主要體現在以下三個方面。一是廣泛性。類比可以跨越學科、時空和對象等界限。例如，在小學科學實驗中，學生可以在觀察中進行分類，也可以在分類后進行對比，從而發現問題和探索規律。二是開放性。類比是個體的自由選擇，其科學合理性和高效性在思維層面上表現為自由的嘗試和對話，體現了思維的靈活性和創新性。三是想象性。類比的對象眾多，且可以是虛擬的或未來的，個體能在現實與想象中實現分類與對比。例如，赫胥黎在晚宴上偶然發現餐盤中的火雞與一種獸腳類恐龍的骨骼結構十分相似，通過對比，于是提出了地球上的鳥類可能是由遠古時期的恐龍進化而來的假說[5]。可見，類比思維的廣泛性、開放性和想象性，為科學探索提供了豐富的視角和方法。

以“薄荷清新劑去除洋蔥異味的探索”為例，教師可以通過分類、對比、構題等步驟，逐步明確小學科學實驗基于類比思維選題的方法。首先，教師引導學生對生活中的清新劑進行分類，識別出其主要成分，如乙醇、香精和去離子水等。在分類過程中，學生發現有橘子、檸檬、玫瑰等種類多樣的香精，并討論、分析不同香精的特點。其次，通過對比不同香精的效用，教師引導學生聚焦薄荷的潛在清新效果，基于檸檬、玫瑰清新劑的優點和制作方法，設計出以薄荷為原料的制作方案。最后，教師與學生合作探尋，選擇薄荷和洋蔥作為研究對象。在充分考慮實驗的便利性、可操作性的基礎上，師生共同確定以“薄荷清新劑去除洋蔥異味的探索”作為科學實驗選題。

（三）基于檢驗思維選題

檢驗是批判性思維與嚴謹性思維的集中體現。檢驗的對象可以是過去的，也可以是未來的，甚至是傳說的事物。例如，詹納從奶場工人談論中得知了一個公認的民間說法：人若傳染上牛痘，就再也不會得天花病。在詹納多年的檢驗下最終找到了治療天花病的科學方法。檢驗既可以針對當下的熱點問題，也可以源于自已突然的猜想。檢驗在科學實驗中無處不在，無時不有。嘗試是檢驗的一種常見形式，尤其適合缺少間接經驗的小學生。基于檢驗思維的小學科學實驗選題，鼓勵學生多嘗試、多提問，通過觀察、測量和記錄數據來驗證或修正自己的猜想，從而培養學生的科學探究能力和批判性思維，有利于實現從“熊孩子”到“小小科學家”的轉變。

基于檢驗思維選題通常包括“收集間接經驗一提出假設一設計實驗環境\"等一系列步驟。在收集間接經驗環節，選題的方向廣泛且具體，可以跨學科進行。例如，關于月相的選題可以來源于生活中的觀察，也可以來源于語文教材中的詩詞。《暮江吟》中的詩句“可憐九月初三夜，露似珍珠月似弓”就可以作為間接經驗，供學生對其進行驗證。在提出假設環節，教師可以擬定如“初三月相的形狀和方位探索”等選題名稱，引導學生參考《楓橋夜泊》中的“月落烏啼霜滿天”等詩句，對月相規律進行假設、探索，以加深對初三月相特征的理解。在設計實驗環境環節，應該重點考慮月相觀察的可行性，明確觀察時間、地點、工具及記錄方法，確保實驗能夠順利進行。

總之，小學科學實驗選題應面向現實與未來，落實新課標要求，強化師生在科學實驗方面的實踐能力。教師在選題過程中，需深入領悟小學科學實驗的本質和育人價值，遵循科學實驗的基本原理、方法和實際操作，緊密聯系自然與生活實際，精心挑選研究問題，注重尋求突破困境的有效策略，探索多樣化的實施路徑，以增強小學科學實驗的靈活性、探究性、互動性和創新性。

參考文獻

[1]馮契.哲學大辭典[M].上海：上海辭書出版社，2001：736.

[2]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，2022：4-5.

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[4郁波.義務教育課程標準實驗教科書·科學（五年級下冊）[M].北京：教育科學出版社，2003：68.

[5]胡軍.義務教育課程標準實驗教科書·科學（六年級上冊）[M].石家莊：河北人民出版社，2008：14.

[6馬磊，楊昭慶，王佑春.從經驗到創新發展的疫苗學[J].中國病毒病雜志，2024，14（4）：326-337.

注：本文系廣西教育科學“十四五”規劃2023年度科學教育專項課題“中美兩國小學科學教科書比較研究”（2023ZJY746）的階段研究成果。

（責編韋榕峰）