小学科学课堂探究学习设计案例

基于核心素养的小学科学探究学习设计案例——以"种子发芽需要什么条件"为例一、案例背景1.1主题选择依据种子发芽是小学科学"生命世界"领域的经典探究主题，具有贴近生活、材料易得、现象直观、周期短等特点，符合三年级学生"具体形象思维向抽象逻辑思维过渡"的认知水平。学生通过观察种子从休眠到萌发的过程，能直观感知生物与环境的关系，同时在探究中学习"对比实验"这一科学研究的核心方法，落实"科学探究"与"科学思维"素养。1.2课标对应要求本案例符合《义务教育科学课程标准（2022年版）》中"生命科学"领域的内容要求——"描述植物的生命周期，知道种子发芽需要适宜的条件"；同时对应"科学探究"维度的目标——"能基于观察提出问题，作出假设，设计简单的对比实验，收集数据并分析得出结论"；此外，还渗透"科学态度"目标——"培养严谨求实的探究精神与合作交流的意识"。二、探究学习目标结合小学科学核心素养（科学观念、科学思维、探究实践、态度责任），本案例的学习目标设定如下：科学观念：通过探究，理解种子发芽需要适宜的水分、温度和空气（核心条件），初步建立"生物生存依赖环境"的科学观念。科学思维：能通过"猜想—设计—验证"的逻辑过程，识别实验中的"变量"与"常量"，运用"单一变量原则"设计对比实验，提升逻辑推理能力。探究实践：掌握"观察记录""数据对比"等探究技能，能独立完成简单的实验操作（如种子处理、变量控制），学会用表格、图画等方式记录实验现象。态度责任：在合作探究中培养耐心、细致的观察习惯，尊重实验数据的真实性，体会"科学结论来自证据"的严谨性；通过拓展活动，增强对生命的敬畏与对环境的关注。三、探究学习准备3.1材料准备（每组）实验材料：绿豆种子（20粒，颗粒饱满、无破损）、一次性透明塑料杯（4个）、医用脱脂棉（或纸巾）、标签纸、马克笔、滴管、清水。记录工具：《种子发芽观察记录表》（见表1）、铅笔、放大镜。3.2环境准备实验室需提供：温暖通风处（如窗台，温度18-25℃）、低温环境（如教室阴凉角落，温度10-15℃）、黑暗环境（如纸箱）。安全提示：选用无毒种子（绿豆），避免学生接触尖锐物品（如滴管尖端）。3.3教师准备预实验：提前3天用绿豆种子做对比实验，验证实验设计的可行性（如水分过多会导致种子腐烂）。课件：包含"种子发芽的现象""对比实验设计"等内容，辅助学生理解实验逻辑。分组：按"异质分组"原则，每组4人（含1名动手能力强、1名记录能力强、1名表达能力强、1名协调能力强的学生）。四、探究学习过程设计本案例遵循"问题驱动—猜想假设—设计方案—实施探究—分析结论—表达交流"的科学探究逻辑，共设计6个环节，时长为3课时（每课时40分钟）。环节1：情境导入，提出问题（第1课时，10分钟）教师活动：展示实物：将两盆绿豆苗放在讲台上（一盆是发芽的嫩苗，一盆是未发芽的干种子），引导学生观察："这两盆绿豆有什么不同？"追问："为什么左边的绿豆发芽了，右边的没有？"鼓励学生自由发言（如"没浇水""没晒太阳""温度太低"）。聚焦问题："种子发芽到底需要哪些条件？"把问题写在黑板上，明确探究主题。学生活动：观察实物，描述现象（如"左边的有小芽，右边的还是硬的"）。结合生活经验，提出猜想（如"需要水""需要阳光""需要土壤"）。设计意图：用真实情境引发认知冲突，激发探究欲望，让问题来自学生的观察与思考。环节2：猜想假设，聚焦变量（第1课时，15分钟）教师活动：引导学生整理猜想：将学生提出的"水、阳光、温度、土壤"等条件写在黑板上，提问："这些条件都是种子发芽必需的吗？我们可以用什么方法验证？"介绍"对比实验"："要验证一个条件是否必需，需要设置两组实验——一组有这个条件（实验组），一组没有（对照组），其他条件都相同。这样才能确定这个条件的作用。"举例说明："如果要研究'水是不是必需的'，应该怎么设计？"引导学生说出"一组加水，一组不加，其他条件（阳光、温度、种子数量）都相同"。学生活动：分组讨论，整理自己的猜想（如"我认为需要水，因为妈妈发豆芽时会浇水"）。理解"对比实验"的逻辑，尝试说出"变量"（要研究的条件）和"常量"（保持相同的条件）。设计意图：将学生的发散猜想转化为可探究的变量，渗透"单一变量原则"的科学思维。环节3：设计方案，明确变量（第1课时，15分钟）教师活动：发放《实验设计表》（见表2），指导学生分组设计实验："每组选择一个要研究的变量（水、阳光、温度中的一个），讨论如何设置实验组和对照组，填写表格。"巡视各组，及时指导（如"研究温度时，对照组放在温暖的地方，实验组放在阴凉处，其他条件要相同"）。组织各组展示设计方案，引导全班评价："这个方案有没有控制好变量？有没有遗漏什么？"如学生设计"研究阳光"时，可能会忽略"温度"的控制，教师要提醒："实验组放在阳光下，对照组放在黑暗处，要保证两组的温度相同（如都放在窗台边的纸箱里，只是一个开洞，一个不开）。"学生活动：分组选择变量（如第1组选"水"，第2组选"温度"，第3组选"阳光"）。讨论实验步骤：如研究"水"的组，设计"实验组：在纸巾上滴3滴水，放10粒种子；对照组：不滴水，放10粒种子，都放在窗台"。填写《实验设计表》，明确"变量""常量""实验组""对照组"。设计意图：让学生参与实验设计，培养"设计实验方案"的探究能力，明确实验的逻辑框架。环节4：实施探究，收集数据（第2课时，40分钟）教师活动：强调实验注意事项：1.种子要选饱满、无破损的，避免因种子本身问题影响结果；2.加水要适量（纸巾湿润但不积水，避免种子腐烂）；3.每天同一时间观察，记录发芽情况（如"第2天，实验组有3粒种子破壳"）。发放实验材料，指导学生分组操作：给每个杯子贴标签（如"实验组：有水""对照组：无水"）；在杯子里铺2层纸巾，放入10粒绿豆（均匀摆放）；实验组用滴管加清水（湿润纸巾），对照组不加；将杯子放在指定位置（如研究"温度"的组，实验组放在窗台，对照组放在阴凉角落）。提醒学生填写《种子发芽观察记录表》（见表1），每天记录1次（共记录5天）。学生活动：分组操作，按设计方案处理种子（如"我们组研究温度，把实验组放在窗台，对照组放在柜子里"）。用放大镜观察种子的变化（如"第1天，种子吸饱了水，变大了"），认真记录。设计意图：让学生亲身体验实验过程，培养动手能力与观察习惯，学会用数据支持结论。环节5：分析数据，得出结论（第2课时，10分钟+第3课时，15分钟）教师活动（第2课时结束前10分钟）：引导学生整理数据："请各组把5天的记录汇总，看看实验组和对照组的发芽率有什么不同？"（发芽率=发芽种子数/总种子数×100%）举例说明："如果实验组有8粒发芽，对照组有0粒，说明什么？"引导学生说出"水是种子发芽必需的"。教师活动（第3课时开始15分钟）：分组展示数据：让各组用表格或画图的方式展示实验组与对照组的发芽情况（如"实验组第3天发芽率80%，对照组0%"）。引导分析："实验组和对照组的差异是什么？这个差异说明什么？"帮助学生得出结论（如"水是种子发芽必需的条件"）。总结："通过对比实验，我们发现种子发芽需要适宜的水分、温度和空气（补充空气的作用：种子呼吸需要氧气，如浸泡在水中的种子会因缺氧而腐烂）。"学生活动：汇总数据，计算发芽率（如"我们组实验组10粒种子发了9粒，发芽率90%"）。对比两组数据，说出结论（如"加水的种子发芽了，没加水的没发芽，说明需要水"）。记录结论，写在《观察记录表》的最后。设计意图：让学生通过数据对比得出结论，体会"科学结论来自证据"的严谨性，提升分析与归纳能力。环节6：表达交流，拓展延伸（第3课时，25分钟）教师活动：组织"探究成果发布会"：让各组派代表分享实验过程、数据与结论（如"我们研究的是温度，实验组放在窗台（20℃），第3天发芽率70%；对照组放在冰箱（5℃），没有发芽，说明温度太低种子不会发芽"）。追问："如果种子发芽需要水，是不是水越多越好？"展示预实验中的"水过多导致种子腐烂"的例子，引导学生思考"适宜"的含义（如"水分要适量，不能太多也不能太少"）。拓展活动：问题1："不同种子的发芽条件一样吗？"建议学生课后用黄豆、花生做实验，比较发芽率。问题2："种子发芽后，还需要哪些条件？"引导学生观察绿豆苗的生长（如需要阳光、土壤），为后续"植物的生长"探究做铺垫。总结："科学探究就是从问题开始，通过实验找证据，再得出结论。希望同学们以后遇到问题时，也能像今天这样用实验来验证。"学生活动：代表发言，分享成果（如"我们组的实验证明，阳光不是种子发芽必需的，因为放在黑暗处的种子也发芽了"）。讨论"适宜"的含义（如"水太多会淹死种子"）。制定课后探究计划（如"我想试试用黄豆做实验，看看需要多少水"）。设计意图：通过表达交流，培养学生的语言表达与倾听能力；拓展活动让探究延伸到生活中，提高应用能力。五、评价与反思5.1评价设计过程性评价：关注学生在探究中的参与度（如是否积极讨论、动手操作）、记录的完整性（如《观察记录表》是否填写规范）、合作情况（如是否分工明确）。采用"教师评分+同伴互评"的方式，占比60%。结果性评价：评价学生的结论是否正确（如是否得出"种子发芽需要水、温度、空气"）、数据是否真实（如发芽率计算是否准确）。占比30%。拓展性评价：评价学生课后探究的积极性（如是否做了黄豆发芽实验）、反思能力（如是否能解释"水过多导致腐烂"的原因）。占比10%。5.2反思与改进学生层面：部分学生在设计实验时容易忽略"常量"（如研究阳光时，没有控制温度相同），需要教师在环节3加强引导，用"举例+提问"的方式强化"单一变量原则"。教师层面：预实验要更充分（如测试不同温度下的发芽率，确保实验结果明显）；在环节6的拓展活动中，可以提供更多材料（如黄豆、花生），让学生有更多选择。设计层面：可以增加"种子结构"的观察（如用放大镜看绿豆的胚芽），让学生更理解"发芽"的本质（胚根突破种皮），提升科学观念的深度。六、案例特色与价值6.1核心素养导向本案例以"种子发芽"为载体，落实了科学核心素养的四个维度：科学观念：通过探究，建立"生物生存依赖环境"的观念；科学思维：通过对比实验，培养"变量控制"的逻辑思维；探究实践：让学生亲自动手设计、实施实验，掌握探究技能；态度责任：通过数据记录与分析，培养严谨求实的科学态度。6.2实用性与可复制性材料易得：绿豆、纸巾、杯子等材料都是生活中常见的，成本低；操作简单：实验步骤不复杂，适合三年级学生的动手能力；可复制性强：教师可以根据学生的情况调整变量（如研究"土壤"是否必需），或拓展到其他主题（如"蚯蚓喜欢什么环境"）。6.3生活联结案例贴近学生生活（如妈妈发豆芽、家里的绿豆），让学生感受到"科学就在身边"，提高学习兴趣；拓展活动让探究延伸到生活中，培养"用科学解决问题