基于核心素养的小学科学探究式教学实践

《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确指出，科学课程应通过探究式学习，引导学生在真实情境中建构科学概念，形成科学态度。本文以粤教版小学科学三年级上册“它们占据空间吗”一课为例，基于兰本达“探究—研讨”教学法，通过“问题导向—实验验证—生活迁移”的路径，探索如何在科学课堂中落实核心素养培养目标。课程设计聚焦“物质占据空间”的核心概念，通过阶梯式实验活动，培养学生实证意识与创新思维，为小学科学教学提供可操作性范例。

一、教学背景分析

（一）学科逻辑与学情研判

从学科知识体系看，“物质占据空间”是理解物质特性的基础概念。三年级学生已具备固体、液体、气体的初步认知（粤教版二年级下册“物质的状态”），但对空间占位的抽象理解仍存在认知冲突。前测显示，78%的学生能直观判断固体、液体占据空间，但对气体占位的理解正确率仅为32%，普遍存在“看不见即不存在”的迷思概念。

（二）教学价值定位

本节课处于“物质世界”单元承启节点：既是对前序课程的具体化延伸，又为四年级“物态变化”奠定理论基础。通过具身化实验活动，可有效突破“气体占据空间”的认知难点，发展“证据推理”“模型建构”等科学思维（见下图）。

（三）素养目标设计

基于新课标四维目标框架，设定如下教学目标：1. 科学观念：通过实证建立“物质三态均占据空间”的概念模型；2. 科学思维：运用对比实验法分析现象，发展归纳推理能力；3. 探究实践：能设计控制变量实验验证猜想，形成严谨求真的科学态度；4. 态度责任：运用科学原理创新解决生活问题，树立科技服务社会的意识。

二、教学策略设计

（一）双主线驱动架构

采用“认知发展线”与“素养养成线”双轨并进模式（见下表）。认知线遵循“现象观察→矛盾冲突→概念重构”路径；素养线贯穿“质疑精神→实证意识→迁移能力”梯度发展。

（二）阶梯式实验群设计

设置三级实验梯度：1. 基础验证层（乌鸦喝水实验）：通过水位变化可视化固体、液体占位；2. 认知冲突层（密闭吹气球实验）：制造“气球无法膨胀”的认知矛盾；3. 概念建构层（浸不湿纸巾实验）：通过控制变量法验证气体占位。

三、教学实践过程

（一）情境锚定：制造认知冲突

以江门园山湖音乐喷泉为导入原型，利用塑料瓶、软管制作简易喷泉装置。当学生观察到水位下降与喷泉形成时，教师设问：“喷出的水原先占据什么空间？气体是否‘让出’了位置？”此设计实现三重目的：1. 衔接地方文化资源，增强学习代入感；2. 制造“气体空间让渡”的直观现象；3. 引发“物质占位”的元认知冲突。

（二）实验探究：建构科学概念

在本环节，将通过三个层层递进的实验，引导学生深入探究固体、液体和气体占据空间的特性，逐步构建科学概念，培养学生的科学探究能力、思维能力以及数据处理能力。

1. 实验1：乌鸦喝水的科学重构。改进传统演示实验，提供多种材料（石子、泡沫块、木块），要求学生定量记录水位变化数据。

关键设问：“放入20颗石子后，水位上升2cm，能否建立占位体积的数学模型？”

【设计意图】通过让学生尝试建立数学模型，培养学生的数据处理能力和逻辑思维能力，加深学生对固体占据空间特性的理解，使学生从定性观察上升到定量分析，进一步构建科学概念。

2. 实验2：吹气球比赛的认知突围。

设置对照组实验：A组：密闭瓶口吹气球（失败）。B组：瓶底穿孔吹气球（成功）。

引导学生绘制气体流动示意图，理解“空间置换”原理。

【设计意图】利用竞赛机制激发学生的参与热情，让学生在对比实验中直观感受气体占据空间的现象，引发学生对气体占据空间原理的思考。进而通过绘制气体流动示意图，将抽象的气体流动过程具象化，帮助学生更好地理解气体占据空间的原理，培养学生的科学思维能力和图形表达能力，让学生在探究过程中构建科学概念。

3. 实验3：浸不湿纸巾的魔法解密。

进阶挑战：提供不同形状容器（锥形瓶、广口瓶），探究倾斜角度对实验结果的影响。

思维提升：通过控制变量法排除干扰因素，强化实证精神。

【设计意图】通过有趣的实验现象和设置进阶挑战，引导学生运用控制变量法进行实验探究，培养学生的科学探究能力和实证精神，让学生在实验过程中发现问题、解决问题，深化对空气占据空间概念的理解，构建更完善的科学概念体系。

（三）迁移应用：培育创新素养

1. 生活问题解决场。呈现真实情境问题：“快递易碎品为何用气泡纸包装？”“充气城堡如何实现快速收纳？”引导学生运用课堂原理进行解释，并设计改进方案。

2. STEAM项目延伸。布置跨学科任务：利用占位原理设计节水装置，融合工程设计与数学计算，培养综合实践能力。

四、教学成效与反思

（一）学习效果评估

通过后测发现：气体占位概念理解正确率提升至89%；92%的学生能独立设计控制变量实验；涌现出“智能水位报警器”等创新设计方案。

（二）教学创新点

1. 认知冲突策略：利用非常规实验现象打破前概念；2. 量化探究导向：在传统观察中融入数据记录与分析；3. 本土资源整合：将地方科技景观转化为学习素材。

（三）改进方向

1. 需加强跨学科融合的深度设计；2. 可引入传感器技术实现实验数据可视化；3. 应建立长期追踪机制评估概念保持率。

五、结论

实践表明，基于认知冲突的实验群设计能有效促进概念转变，而真实情境的迁移任务则可显著提升创新素养。在“双减”政策背景下，此类探究式教学范式为小学科学课堂提质增效提供了可行路径。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］［美］兰本达，P.E.布莱克伍德，P.F.布兰德韦恩.小学科学教育的“探究—研讨”教学法［M］.陈德彰，张泰金，译.北京：人民教育出版社，2003.

［3］张红霞.科学教育中的迷思概念及其转变策略［J］.课程·教材·教法，2015（06）.

［4］蔡铁权.科学概念转变教学的认知冲突策略研究［J］.全球教育展望，2007（03）.