核心素养导向下的“电路”单元实验作业设计

〔摘""要〕"以教科版科学四年级下册“电路”单元为例，探讨核心素养导向下单元实验作业的设计与实施，其教学与实践意义较大。从基于整体实现情境创意，到落实目标聚焦素养发展，再到关注学生从无趣探索到习学共生的转变，探讨单元实验作业设计对提升学生科学素养的意义与实践路径。实践证明，三个“走向”，能够更好地提升学生的学习力、实验力与核心素养，助力于科学教学的内涵式改革。〔关键词〕"小学科学；核心素养；“电路”单元；实验作业科学课程核心素养包括科学观念、科学思维、探究实践、态度责任四个方面，其中“探究实践”是基础教育阶段比较重要的素养之一。探究实践离不开接地气、接生活的实验活动。《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确指出：科学课程应注重实验教学，通过实践活动培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。这一提法与核心素养的理念是一致的，旨在凸显通过实验教学提升探究实践的实效性。其中，设计单元实验作业并促使学生亲力亲为，是提升科学核心素养的基本路径。传统实验作业往往存在形式单一、脱离实际等问题，难以有效激发学生的学习兴趣和提升其综合素养。教科版科学四年级下册“电路”单元作为小学科学课程中的重要组成部分，为学生理解电的基本知识和培养实践能力提供了契机。科学教师应基于核心素养，设计并实施具有创新性和有效性的单元实验作业，引导学生从被动学习走向主动探索，实现科学素养的提升，为科学教学改革提供更多实践经验。一、突出整体，从“机械熟题”走向“情境创意”认真分析小学科学探究活动，往往“机械熟题”较多，而“情境创意”较少。毋庸置疑，“机械熟题”只关注知识技能与基本操作，较少关注素养立意与科学学科核心素养。这就需要教师从整体上将教学内容、教学方法和教学目标进行有机整合，形成一个完整的教学体系，使实验作业与整个单元的教学相协调。教师应遵循整合性原则、情境性原则、创意性原则、启发性原则，创设贴近生活、具有情境性的创意实验作业。就教科版科学四年级下册“电路”单元而言，教师应梳理教材、创设情境，实现从知识立意到素养立意的转变。（一）将零散知识合成系统概念实验作业应将不同的知识点融合在一起，确保教学内容的连贯性和一致性，使学生能够形成一个完整的知识框架。“电路”单元的每课都安排了一至两个实验活动，通过实际应用和实验活动，加深学生对概念的理解，掌握基本知识技能。【案例1】制作彩光台灯首先以情境任务的形式布置作业：设计和制作1台能发出多种颜色的彩光台灯。材料准备：电池盒（含电池）、小电珠（不同颜色）、导线若干、开关、电阻（可选，用于调节亮度）、底座材料（如纸板、塑料等）。步骤：设计电路图——在纸上画出简单的电路图，包括电池盒、开关、电阻（如果使用）、小电珠和导线的连接方式；组装电路——按照电路图，将电池盒、开关、电阻（如果使用）、小电珠用导线连接起来。确保所有连接都牢固且正确；测试电路——连接好所有部件后，打开开关，检查小电珠是否发光；调整与优化——如果需要，可以调整电阻的位置或更换不同阻值的电阻来改变小电珠的亮度；装饰与完善——将电路固定在底座材料上，然后，根据个人喜好对台灯进行装饰。以上实验将电路的基本概念（如电流、电压、电阻等）融入实验，整合成系统概念，使学生在实践中理解和掌握这些概念。学生不断尝试、调整和优化电路设计，培养其科学探究能力和创新精神。（二）让学习过程对接真实体验由纸笔问答型作业到对接真实体验，是培养科学核心素养的基本途径。真实的体验能够使学习内容更加生动、有趣，贴近学生的生活实际。当学生在具有真实性的情境中学习时，他们更容易对知识产生好奇心和探索欲，从而主动地投入学习活动。【案例2】用电调查和节电建议记录家庭中各类电器的名称、功率和使用频率。例如，统计每天电视机使用时长，查询其功率，计算每日耗电量；对空调、冰箱、电脑等常用电器也进行同样的统计。观察不同季节家庭用电总量变化，分析与气温、昼夜长短等因素的关系。调查家庭成员的用电习惯，如是否随手关灯、关闭待机电器等。通过以上科学调查，学生在家长帮助下，形成如下节电建议：根据电器使用频率和功率，合理安排电器使用时间，如将洗衣机、洗碗机等大容量用电设备集中安排在电价低谷时段使用；短时间使用的小电器，如吹风机，尽量在洗漱等用水环节集中使用，减少开关次数；推广节能灯具，将白炽灯更换为节能型荧光灯或"LED"灯等。在这样的真实调查中，学生科学探究的半径持续扩大、体验持续加深，经历由“感”到“识”到“思”的过程，不经意间提升了科学探究能力与素养。（三）用探究经历发展学生关键能力在实验作业探究过程中，学生需要对问题进行分析、综合、比较、分类、抽象、概括等，从而构建合理的逻辑框架，提出假设和推理结论，发展关键能力。第一步，市场调查，确定手环的主要使用人群，如青少年、运动爱好者、时尚达人等。通过问卷调查、访谈等方式收集目标受众对手环的需求和期望。问卷内容可以包括对手环颜色的偏好、希望具备的功能、可接受的价格范围等问题。第二步，根据市场调查结果，确定手环的核心功能。例如，如果主要面向运动爱好者，那么可以设计具有计步、心率监测等功能的手环；如果是面向时尚人群，可以侧重于独特的发光效果和外观设计。在此基础上，规划手环的基本结构，确定"LED"灯的位置和数量，以及如何通过电路实现不同的发光效果。第三步，根据设计图准备所需的材料并制作表带，按照设计图开始组装电路，进行电路测试。将组装好并通过测试的电路固定到手环主体的内部，然后将准备好的表带与手环主体进行连接。最后将点亮的手环拍照上传。以上科学探究过程培养了学生多方面的能力：信息收集与整理能力、数据分析与解读能力、创意与创新思维能力、空间想象与视觉表达能力、逻辑规划与系统思维能力、动手实践与问题解决能力等，有效地发展了学生的关键能力。二、落实目标，从“知识立意”走向“素养发展”小学科学实验情境作业不应空转，而应探寻概念的衔接点、思维的提升点与能力的生长点，将所学知识融会贯通，形成系统的知识体系，提升综合运用知识解决实际问题的能力。这就需要实验应强调知识的综合性和整体性，打破学科界限，整合不同学科的知识和技能，真正实现由“知识立意”到“素养发展”的过渡。（一）关注概念衔接点概念衔接点是指在不同知识点或学科之间起到连接和过渡作用的关键概念或主题。学习电路知识后，学生了解了电流、电阻、灯泡等基本概念。制作彩光台灯的实验作业，就是将这些电路知识与生活中的需求相结合的一个很好的例子。学生理解不同颜色的灯泡是如何通过电路连接实现同时亮灭的，以及如何控制电流和电阻来调节灯泡的亮度。这就找到了科学知识与生活应用之间的概念衔接点，让学生看到了科学知识在实际生活中的作用。再如，设计制作LED手环需要学生掌握各种电子元件的性能和特点。（二）凸显思维提升点思维提升点是指在实验过程中，能够引导学生进行更深入思考、拓展思维边界、提升思维能力的关键因素或问题。在“用电调查与节电建议”的科学实践过程中，学生收集各种电器的用电数据，如功率、使用时间、电量消耗等。这要求学生设计合理的数据收集方案，确保数据的准确性和完整性。通过分析用电数据，学生探究不同因素对电量消耗的影响，如电器类型、使用频率、使用时间等。在调查和分析的基础上，学生提出切实可行的节电建议。这要求学生综合考虑各种因素，如电器的使用需求、节能技术的可行性、经济成本等。这个过程中，学生的创新意识和实践能力得到了提升。（三）突出能力生长点能力生长点是指学生在学习过程中能够发展和提升的特定技能或能力区域，它们超越了简单的知识记忆，更注重于培养学生的分析、评价、创造等高阶思维能力。比如，在“设计制作LED手环”中，学生将应用工程设计过程来规划和构建手环，包括选择材料、设计电路布局和确保安全性。教师鼓励学生发挥创意，设计独特的手环样式或功能，如使用不同颜色的LED来显示不同的信息。在制作过程中，学生会遇到各种挑战。这样的实验作业，突出了学生能力的生长点，培养了关键技能和综合素养。三、关注发展，从“无趣探索”走向“习学共生”优质的科学实验一定要关注学生的发展，实现由“无趣探索”到“习学共生”的转变。“习”是对旧知的巩固，将知识更加牢固地存储在记忆中；“学”是对新知的拓展，包括学习新的知识、技能、方法等，不断拓宽知识面，提升认知水平和能力层次。通过有目的地做、有兴趣地玩、有反思地学，促进学生的发展，提升核心素养。（一）标准前置，有目的地做前置性实验作业要求学生在课前自主完成一定的学习任务，这有助于培养学生的自主学习能力和自我管理能力，为终身学习奠定基础。尤其是将评价标准前置时，学生自我评估学习进度和成果，从而培养其自主学习和反思能力，避免浅尝辄止，促进深度学习。同时，有了清晰的目标和方向，学生在进行实验时会更加有的放矢，从而提高实验的成功率和效果。（二）任务闯关，有兴趣地玩任务闯关通过分阶段、逐步深入的方式引导学生完成学习目标，激发学生的好奇心和探索欲，促进他们的主动学习和团队合作。在“电路”单元的实验作业中，设计了三个闯关任务。任务一：电路初探；任务二：电流与电压的探秘；任务三：电路故障排除大挑战。通过这样的任务闯关设计，学生能够在有趣的游戏情境中完成学习目标，同时培养他们的实践能力、问题解决能力和团队合作精神。正如陶行知所说：实际生活向我们供给无穷的问题，要求不断解决。我们朝着实际生活走，大致不至于迷路。（三）思维碰撞，有反思地学通过思维碰撞，学生接触到不同的观点和想法，从而拓宽视野，增进对科学概念的深入理解。在反思过程中，学生需要评估信息的准确性、逻辑性和可靠性，进行“有反思地学”，这有助于培养他们的批判性思维能力。在“设计制作LED手环”的实验作业中，就需要学生反思项目的优缺