小学科学创新实验活动设计与实施案例

小学科学创新实验活动设计与实施案例摘要本文以“水的旅行”探究项目为例，阐述小学科学创新实验的设计逻辑与实施路径。该项目以“水的循环”为核心，融合科学、数学、工程、艺术（STEM）等学科，通过问题导入—实验探究—展示交流三环节，引导学生在动手操作中掌握水的三态变化及水循环的科学概念，提升观察、实验、合作等探究技能，培养环保意识。实践表明，该案例符合小学中年级学生认知特点，能有效激发学习兴趣，促进科学核心素养的发展，为一线教师提供了可复制的创新实验模板。引言《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确指出：“小学科学课程以培养学生科学素养为宗旨，倡导探究式学习，注重跨学科融合，联系学生生活实际。”创新实验作为探究式学习的重要载体，能打破“教师讲、学生听”的传统模式，让学生在“做中学、思中学、创中学”。本文以“水的旅行”探究项目为例，结合小学3-4年级学生认知特点，探讨创新实验的设计与实施策略，为一线教师提供实践参考。一、案例背景（一）主题选择依据“水的旅行”主题源于学生日常生活，水是学生最熟悉的物质之一（喝水、下雨、冰雕等场景），但学生对“水的三态变化”“水循环”等抽象概念缺乏直观认知。选择这一主题的原因有三：1.生活关联性：水的循环与学生生活密切相关（如雨水的形成、自来水的来源），能让学生感受到“科学就在身边”；2.课程标准要求：《义务教育科学课程标准（2022年版）》将“物质的状态变化”“水循环”列为中年级核心概念，要求学生“能通过实验观察水的三态变化，描述水循环的主要过程”；3.学生认知特点：小学中年级学生（8-10岁）以具体形象思维为主，通过直观实验能有效突破抽象概念（如水循环）的学习难点。二、设计思路（一）目标定位1.科学概念：知道水有固态（冰）、液态（水）、气态（水蒸气）三种状态；能描述水的三态变化条件（温度变化）；了解水循环的主要过程（蒸发、凝结、降水、径流）。2.探究技能：能设计简单的实验方案（如“探究水的三态变化”）；能使用表格、图画等方式记录实验现象；能与同伴合作完成探究任务（分工、交流、分享）。3.情感态度：激发对水的探究兴趣；体会水在生活中的重要性，增强节约用水的意识；培养认真观察、实事求是的科学态度。（二）设计原则1.贴近生活：以“水的旅行”为线索，联系学生熟悉的生活场景（如河流、下雨、冰融化），让科学学习更具代入感。2.问题导向：以“水从哪里来？到哪里去？”“水会变吗？”等开放性问题引导探究，激发学生的好奇心与求知欲。3.跨学科融合：融合科学（水的三态变化）、数学（记录时间、统计数据）、工程（设计水循环模型）、艺术（用图画记录实验现象）等学科，促进学生综合能力发展。4.开放性：实验材料（如塑料瓶、土壤、小草）、探究方法（如观察、实验、记录）、汇报形式（如海报、实验演示、故事表演）均具有开放性，鼓励学生创新。（三）学生认知适配小学中年级学生已具备一定的观察能力与动手操作能力，但抽象思维较弱。因此，实验设计以直观现象为核心（如冰融化、水蒸气凝结成小水滴），通过具体操作帮助学生理解抽象概念（如水循环）。三、实施过程（一）前期准备（1课时）1.问题导入：教师展示一组图片（河流、湖泊、下雨、冰雕），提问：“这些图片中的水有什么不同？水是怎样‘旅行’的？”引导学生提出问题，如“水为什么会变成冰？”“水蒸发后去哪里了？”“下雨的水是从哪里来的？”等。2.分组与计划：将学生分成4-5人一组，每组选择1个感兴趣的问题，制定探究计划。教师指导学生明确“探究目的—材料—步骤—记录方式”，例如“探究水的三态变化”的计划：目的：观察水的固态、液态、气态变化；材料：冰块、烧杯、酒精灯（教师操作）、玻璃片；步骤：冰融化→水蒸发→水蒸气凝结；记录：用表格（状态、变化条件、现象）或图画（冰→水→水蒸气→小水滴）记录。（二）探究阶段（2课时）活动1：水的形态变变变（探究三态变化）材料：冰块、烧杯、玻璃片、计时器。步骤：1.冰融化：每组取1块冰块放入烧杯，观察冰块变化（从固体变为液体），用计时器记录完全融化的时间（如“5分钟”）；2.水蒸发：教师演示用酒精灯加热烧杯中的水（强调安全：用火柴点燃酒精灯，加热时远离烧杯），学生观察“水变成水蒸气”的现象（烧杯上方有“白雾”）；3.水蒸气凝结：学生将冷玻璃片放在烧杯上方，观察玻璃片上的变化（水蒸气遇冷变成小水滴）。学生活动：分工合作（操作组、观察组、记录组），用表格记录实验现象（如下表）。状态变化条件现象描述冰（固态）温度升高慢慢变成水（液态）水（液态）温度升高（加热）变成水蒸气（气态），有白雾水蒸气（气态）温度降低（遇冷）变成小水滴（液态），附在玻璃片上活动2：水的路径追踪（模拟水循环）材料：透明塑料瓶（去掉上半部分）、土壤、小草、水、保鲜膜、橡皮筋。步骤：1.在塑料瓶底部铺1层土壤（约2cm厚），种植2-3棵小草（如绿萝、小草），加入适量水（湿润土壤）；2.用保鲜膜封住塑料瓶开口，用橡皮筋扎紧（模拟“大气层”）；3.将塑料瓶放在阳光下照射（或用台灯照射），每天观察瓶内变化（持续3天）。学生活动：每天记录瓶内现象，用“旅行日记”描述（如“第1天：土壤湿润，小草直立；第2天：保鲜膜上有小水滴；第3天：小水滴落下来，像下雨一样”）。活动3：水的旅行总结（整理与分析）材料：实验记录、图画本、马克笔。步骤：1.每组整理前两个活动的记录，分析“水的旅行”路线；2.用图画制作“水循环流程图”（如“湖泊中的水→蒸发→天空中的云→凝结→下雨→流回湖泊”）；3.回答最初的问题（如“水蒸发后变成水蒸气，升到天空中，遇冷凝结成小水滴，形成云，云变重了就会下雨，雨水流回湖泊，完成‘旅行’”）。（三）展示交流（1课时）1.分组汇报：每组选择1种方式展示探究结果，如：实验演示：现场操作“水的三态变化”，让其他学生观察；海报展示：用图画和文字说明“水循环流程图”；故事表演：用童话剧演绎“水的旅行”（如“小水滴的冒险”：小水滴从湖泊出发，蒸发到天空，变成云，然后下雨回到湖泊）。2.互动提问：其他组学生针对汇报内容提问（如“为什么保鲜膜上的小水滴会落下来？”“水蒸发需要什么条件？”），汇报组学生回答，教师适时补充（如“小水滴变多了，重量超过保鲜膜的承受力，就会落下来，这就是‘降水’”）。3.总结提升：教师总结“水的旅行”核心概念（水循环的主要过程：蒸发、凝结、降水、径流），联系生活提问：“我们应该怎样节约用水？”引导学生说出“随手关水龙头”“用淘米水浇花”“不浪费水”等，增强环保意识。四、效果分析（一）知识掌握情况通过实验探究，学生对“水的三态变化”“水循环”的理解明显加深。课后测试显示：85%的学生能正确描述水的三态变化（冰→水→水蒸气→小水滴）；78%的学生能说出水循环的主要过程（蒸发、凝结、降水、径流）；65%的学生能解释“下雨的水是从哪里来的”（云里的小水滴落下来）。（二）探究技能提升1.观察与记录：学生能认真观察实验现象（如冰融化时的体积变化、水蒸气凝结时的小水滴数量），并能用表格、图画等方式准确记录（如用流程图表示水循环）。2.合作与交流：每组学生能分工合作（操作、观察、记录），在汇报时能清晰表达自己的想法（如“我们组观察到，冰融化需要5分钟，水蒸发需要加热”）。3.问题解决：学生能通过实验解决提出的问题（如“水蒸发后去哪里了？”——“变成水蒸气，升到天空中”）。（三）情感态度变化1.兴趣激发：很多学生在课后主动探究与水有关的现象（如“观察家里的水壶烧水时的水蒸气”“记录下雨后的积水变化”），有的学生还制作了“水的旅行”手账本。2.环保意识：学生体会到“水的旅行很辛苦”，主动提出“要节约用水”，如“洗手时要关紧水龙头”“用洗脸水浇花”。3.科学态度：学生学会了“认真观察”（如“我发现冰融化时，体积变小了”）、“实事求是的记录”（如“我们组的冰融化用了6分钟，不是5分钟”）。五、反思与改进（一）存在的问题1.材料优化：部分塑料瓶的透明度不够，导致学生观察不到瓶内“小水滴形成”的细节；2.时间安排：探究阶段的“水的路径追踪”（3天）需要课后完成，部分学生的记录不够及时；3.参与均衡：有些内向的学生在分组讨论时发言较少，主要由外向的学生主导；4.安全细节：在“水蒸发”实验中，有学生用手触摸加热后的烧杯（虽未受伤，但存在安全隐患）。（二）改进措施1.材料调整：选择透明度更高的塑料瓶（如矿泉水瓶），或在瓶身贴“观察窗”（用透明胶带粘住），方便学生观察；2.时间管理：在课堂上预留10分钟指导学生“如何记录课后实验”（如用手机拍照片、写简短日记），并定期检查；3.角色分配：在分组时明确每个学生的角色（如“发言者”“记录者”“操作员”），并定期轮换，确保每个学生都有参与机会；4.安全强化：在实验前，用视频演示“酒精灯的正确使用方法”（如“用灯帽盖灭酒精灯，不能用嘴吹”），并在实验过程中巡回指导，提醒学生“远离加热中的烧杯”。六、结语“水的旅行”探究项目以“生活—问题—探究—总结”为主线，通过直观实验、跨学科融合、自主探究等方式，帮助学生掌握了科学概念，提升了探究技能，培养了情感态度。该案例的启发在于：小学科学创新实验的设计要贴近学生生活，以问题为导向，给予学生充分的自主探究空间，同时注重反思与改进，不断优化实验效果。未来，我们可以将“水的旅行”拓展为“长期探究项目”（如“观察校园里的水”“调查家庭用水量”），进一步深化学生对“水的重要性”的认识