小学科学探究：校园雨水收集系统设计与小学生环保实践能力教学研究课题报告

小学科学探究：校园雨水收集系统设计与小学生环保实践能力教学研究课题报告目录一、小学科学探究：校园雨水收集系统设计与小学生环保实践能力教学研究开题报告二、小学科学探究：校园雨水收集系统设计与小学生环保实践能力教学研究中期报告三、小学科学探究：校园雨水收集系统设计与小学生环保实践能力教学研究结题报告四、小学科学探究：校园雨水收集系统设计与小学生环保实践能力教学研究论文小学科学探究：校园雨水收集系统设计与小学生环保实践能力教学研究开题报告一、课题背景与意义

全球气候变化与水资源短缺问题日益严峻，可持续发展理念已成为国际社会的共识，而教育作为培养未来公民的关键途径，在传递环保意识、践行绿色生活方式中肩负着不可替代的责任。小学科学课程作为培养学生科学素养与探究能力的基础学科，其“从生活中来，到生活中去”的课程理念，为环保教育的落地提供了天然土壤。雨水收集系统作为一种简单、实用的水资源利用方式，其设计过程涉及物理、工程、环境等多学科知识，且与校园环境紧密相关，能够成为连接科学知识学习与环保实践行动的有效载体。当孩子们亲手搭建起雨水收集装置，观察雨水从收集到净化的完整过程，他们不再是被动的知识接收者，而是主动的探究者与问题的解决者——这种“做中学”的体验，正是科学教育的核心价值所在。

当前，小学环保教育仍存在“重知识灌输、轻实践体验”的倾向，学生环保意识的培养多停留在“知道”层面，难以转化为“做到”的行动力。校园雨水收集系统的设计与实践，恰好弥补了这一短板：它以真实的校园环境为课堂，以具体的环境问题为驱动，让学生在设计、搭建、优化系统的过程中，理解雨水循环的生态意义，掌握简单的工程设计与数据分析方法，更在团队协作中培养责任意识与创新思维。当孩子们看到自己收集的雨水用于浇灌校园绿植时，那种“我的行动能改变环境”的成就感，将成为滋养环保信念的沃土。这种将科学探究与环保实践深度融合的教育模式，不仅响应了“双碳”目标下对基础教育提出的新要求，更在潜移默化中播撒下可持续发展的种子，让环保意识真正内化为学生的核心素养，为他们未来成为具有社会责任感的公民奠定坚实基础。

二、研究内容与目标

本研究以校园雨水收集系统为载体，聚焦小学科学探究与环保实践能力的融合教学，具体研究内容包括三个维度：其一，校园雨水收集系统的适切性设计与实践探索。基于小学高年级学生的认知水平与动手能力，结合校园地形、建筑布局与气候特点，开展雨水收集系统的可行性分析，包括集水面选择（如屋顶操场）、输送管道简易设计、储存容器容量计算、过滤装置（如砂石过滤、活性炭吸附）等模块的优化，形成一套安全、经济、可操作的校园雨水收集系统方案，并指导学生参与系统的搭建与调试，在实践中理解工程设计的基本流程。其二，小学生环保实践能力的教学策略开发。围绕“认知—情感—行为”的培养逻辑，设计“问题情境—探究实践—反思迁移”的教学活动链，开发包括雨水循环原理认知课、系统设计工作坊、数据记录与分析课、环保主题辩论会等系列教学内容，通过任务驱动、项目学习等方式，引导学生观察雨水水质变化、分析收集效率影响因素、提出系统改进方案，在实践中提升观察能力、动手操作能力、数据分析能力与批判性思维。其三，雨水收集系统教学与环保实践能力的融合路径研究。探究科学探究活动与环保意识培养的内在关联，分析学生在系统设计、参与实践过程中的行为表现与认知发展规律，提炼出“以系统设计为载体，以问题解决为纽带，以能力提升为核心”的环保实践教学模式，形成可复制、可推广的教学策略与评价体系。

研究目标分为总体目标与具体目标两个层面。总体目标在于构建一套以校园雨水收集系统为载体的、融合科学探究与环保实践能力培养的教学模式，提升小学生的环保知识应用能力、问题解决能力与责任担当意识，为小学科学课程中环保教育的实践提供范例。具体目标包括：完成一套适合小学5-6年级学生参与的校园雨水收集系统设计方案，包含材料清单、搭建步骤与安全规范；形成包含教学目标、活动设计、实施流程与评价标准的环保实践能力教学策略体系；通过一学年的教学实验，验证该教学模式对学生环保知识掌握度、探究能力与环保行为习惯的积极影响；总结出小学科学探究活动中环保实践能力培养的关键要素与有效路径，形成具有推广价值的研究报告与教学案例集。

三、研究方法与步骤

本研究采用质性研究与量化研究相结合的混合方法，以行动研究为核心，辅以文献研究、案例观察与访谈，确保研究的科学性与实践性。文献研究法将系统梳理国内外雨水收集系统在教育领域的应用案例、小学生环保实践能力培养的理论框架与评价标准，为研究提供理论基础与实践参考，重点关注“项目式学习”“STEM教育”等理念在环保教学中的整合路径。行动研究法则选取2所城区小学作为实验校，组建由研究者、科学教师、学生组成的实践共同体，开展为期一学年的教学迭代：在准备阶段，通过实地调研了解校园环境条件，访谈一线教师明确教学痛点；在实施阶段，按照“设计方案—搭建系统—开展教学—收集数据—反思改进”的循环，逐步优化教学内容与方法，研究者全程参与教学实践，记录教学日志与学生成长档案。案例分析法聚焦典型学生与典型教学事件，选取10-15名不同能力水平的学生作为跟踪案例，通过作品分析、行为观察记录其参与系统设计、数据收集、团队协作等过程中的具体表现，深入分析环保实践能力的发展轨迹。观察法采用结构化与非结构化相结合的方式，设计学生参与度、问题解决策略、协作质量等观察维度，记录学生在实践活动中的真实行为，量化分析其能力变化。访谈法则对参与实验的教师、学生及家长进行半结构化访谈，了解教学实施中的困难、学生的学习体验与环保行为的日常迁移，获取质性反馈以丰富研究数据。

研究步骤分为三个阶段，历时12个月。准备阶段（第1-3个月）：完成文献综述，明确研究框架与核心问题；调研实验校校园环境，测量集水面面积、降雨量等基础数据；访谈科学教师与学生，了解现有环保教学情况与需求；制定详细的研究方案与教学计划，开发初步的教学活动设计。实施阶段（第4-9个月）：在实验校启动雨水收集系统搭建项目，指导学生参与系统设计与安装；每周开展1-2次融合科学探究与环保实践的教学活动，同步收集观察记录、学生作品、测试数据等资料；每两个月召开一次教研会，基于实践数据调整教学策略，形成中期研究成果。总结阶段（第10-12个月）：整理分析所有数据，提炼教学模式的有效要素与改进方向；撰写研究报告，编制教学案例集与雨水收集系统操作手册；组织成果展示会，邀请教师、学生与家长分享实践经验，验证研究成果的推广价值，最终完成研究论文与政策建议。

四、预期成果与创新点

本研究预期形成多层次、立体化的研究成果，既包含理论层面的教学模式构建，也涵盖实践层面的可操作方案，更在环保教育路径上实现突破性创新。理论成果方面，将提炼出“以真实环境问题为驱动、以科学探究为载体、以行为养成为目标”的小学环保实践能力培养模式，形成包含教学目标、活动设计、实施策略与评价标准的一体化理论框架，填补当前小学科学教育中“探究实践”与“环保行动”深度融合的理论空白。实践成果方面，将产出《校园雨水收集系统设计与实践指南》，涵盖系统搭建的材料清单、步骤流程、安全规范及维护细则，开发配套的《小学生环保实践能力教学案例集》，包含雨水循环认知课、系统设计工作坊、数据分析实践课等12个完整教学案例，并形成学生参与雨水收集系统设计、搭建、优化的作品集与成长档案，直观展现学生环保实践能力的发展轨迹。创新点则体现在三个维度：其一，载体的创新性突破。传统环保教育多依赖课堂讲解与模拟实验，而本研究以校园雨水收集系统这一真实、可操作的工程为载体，让抽象的“水资源保护”转化为学生可触摸、可改造、可优化的具体项目，使环保知识从“书本符号”变为“行动工具”，这种“用中学”的实践逻辑，彻底改变了环保教育“知易行难”的困境。其二，路径的融合性重构。研究打破了“科学知识传授”与“环保意识培养”的割裂状态，构建“问题发现—方案设计—动手实践—数据反思—行为迁移”的闭环路径，学生在设计雨水收集装置时，既需要运用物理学的“压力与流速”、工程学的“结构稳定性”等知识，也需要思考“如何提高收集效率”“怎样过滤杂质更环保”等实际问题，这种跨学科、多场景的探究体验，让环保意识的培养不再是单向说教，而是在解决问题的自然生长中生根发芽。其三，评价的动态性转向。研究摒弃了传统环保教育中“知识测验”为主的单一评价方式，构建包含“知识理解—技能掌握—行为习惯—情感态度”的四维动态评价体系，通过学生参与系统搭建的观察记录、雨水水质检测的数据分析、日常节水行为的跟踪日志等多元证据，全面捕捉环保实践能力的真实发展，使评价从“结果判断”转向“过程激励”，真正实现“以评促学、以评促行”。

五、研究进度安排

本研究历时12个月，遵循“准备—实施—总结”的递进逻辑，分阶段有序推进。前期准备阶段（第1-3个月）聚焦基础夯实与方案细化：完成国内外雨水收集系统教育应用、小学生环保实践能力培养的文献综述，明确研究核心问题与理论框架；实地走访2所实验校，测量校园集水面面积、年均降雨量、地形坡度等基础数据，绘制校园雨水收集潜力分析图；深度访谈8名科学教师与20名学生，梳理当前环保教学的痛点与需求，形成《教学现状调研报告》；基于调研结果，制定详细的研究方案与教学计划，开发初步的教学活动设计稿，完成雨水收集系统原型搭建的可行性论证。中期实施阶段（第4-9个月）聚焦实践迭代与数据收集：在实验校启动“校园雨水收集系统”项目，组建由研究者、教师、学生组成的实践共同体，指导学生参与系统选址、材料采购、管道铺设、过滤装置安装等全流程实践，每周开展2次融合科学探究与环保实践的教学活动，同步记录学生设计草图、实验数据、团队协作视频等过程性资料；每两个月组织一次教研研讨会，结合学生作品、测试数据、课堂观察记录，反思教学策略的有效性，调整活动设计与指导方式，形成中期教学案例集与改进方案；选取10名不同能力水平的学生作为跟踪案例，建立个人成长档案，定期收集其环保知识掌握度、问题解决能力、日常节水行为的变化数据。后期总结阶段（第10-12个月）聚焦成果提炼与推广验证：系统整理分析12个月的研究数据，包括教学日志、学生作品、访谈记录、测试成绩等，提炼环保实践能力培养的关键要素与有效路径；撰写《小学科学探究与环保实践能力融合教学模式研究报告》，编制《校园雨水收集系统操作手册》与《教学案例集》；组织成果展示会，邀请实验校师生、家长、教育专家参与，展示学生雨水收集系统成果与教学实践成效，收集反馈意见并完善研究成果；完成研究论文撰写，投稿教育类核心期刊，形成具有推广价值的教育实践模式。

六、研究的可行性分析

本研究的开展具备坚实的政策基础、成熟的理论支撑、充分的实践条件与专业的研究团队，可行性显著。政策层面，国家“双碳”目标与《义务教育科学课程标准（2022年版）》均强调基础教育阶段需加强环保教育与可持续发展意识培养，明确指出“要引导学生通过动手实践、探究活动，理解人与环境的相互关系，形成绿色生活方式”，本研究以校园雨水收集系统为载体，正是对国家教育政策的具体落实，符合当前基础教育改革的方向。理论层面，项目式学习（PBL）、STEM教育、环境教育中的“体验式学习”等理论已为本研究提供丰富参考，国内外已有将雨水收集系统融入中学或职业教育的成功案例，但针对小学生认知特点与科学课程要求的系统性研究尚属空白，本研究在借鉴已有成果的基础上，聚焦小学阶段的适切性改造，理论框架清晰，研究路径明确。实践层面，两所实验校均位于城区，具备开展雨水收集系统的场地条件（如教学楼屋顶、操场边缘空地），且学校已配备科学实验室、工具间等基础设施，能够满足系统搭建与教学活动的需求；科学教师团队均具有5年以上教学经验，曾参与过校本课程开发，对环保教育有热情、有思考，为教学实践的实施提供了人力保障；学生方面，小学高年级学生已具备基本的科学知识与动手能力，对“雨水利用”“环境保护”等话题有天然好奇心，参与意愿强烈，前期调研显示，85%的学生表示“愿意亲手搭建雨水收集装置”，为研究的顺利推进奠定了学生基础。团队层面，研究者长期从事小学科学教育与环境教育研究，主持过相关校级课题，具备扎实的理论基础与丰富的实践经验；合作教师均为学校科学教研骨干，熟悉学生认知特点与教学规律，能够有效将研究方案转化为具体教学行为；此外，研究团队已与当地环保部门建立联系，可获得技术指导与资源支持，确保雨水收集系统的科学性与安全性。政策支持、理论指引、实践条件与团队实力的多维协同，为本研究的高质量完成提供了坚实保障。

小学科学探究：校园雨水收集系统设计与小学生环保实践能力教学研究中期报告一：研究目标

本研究以校园雨水收集系统为实践载体，聚焦小学科学探究与环保实践能力的深度融合，中期阶段的核心目标在于验证教学模式的可行性并提炼阶段性成果。具体而言，需完成一套适配小学5-6年级认知水平的雨水收集系统设计方案，确保其安全性与可操作性；构建包含问题驱动、实践探究、反思迁移的教学策略体系，通过真实场景下的工程实践，提升学生的科学素养与环保行动力；同步建立动态评价机制，通过过程性数据捕捉学生环保知识应用能力、问题解决能力及责任意识的成长轨迹。研究期望通过半年的实践迭代，形成可复制的教学案例集与操作指南，为后续推广提供实证基础，同时探索"做中学"模式在小学环保教育中的长效路径，让环保意识从课堂认知转化为日常行为习惯，最终实现科学探究能力与环保实践素养的协同发展。

二：研究内容

中期研究围绕"系统设计—教学实施—能力培养"三位一体展开。在系统设计维度，基于前期校园环境调研数据，优化雨水收集装置的模块化结构，重点解决集水面选择（教学楼屋顶与操场边缘的复合利用）、简易过滤装置（砂石-活性炭-布料三级过滤）、储存容器容量（按单场降雨量20%储备）及输送管道坡度（3%防淤积）等关键技术问题，形成包含材料清单、搭建步骤与安全规范的标准化方案。教学实施层面，开发"雨水循环原理认知—系统设计工作坊—数据监测实践—环保行动迁移"四阶课程链，通过"屋顶雨水收集效率对比实验""过滤装置效果检测""雨水浇灌植物生长观察"等活动，引导学生运用物理、生物、工程知识解决实际问题。能力培养则聚焦环保实践能力的三要素：知识维度（理解水资源循环与污染控制）、技能维度（系统搭建、数据分析、团队协作）、情感维度（节水责任感与生态保护意识），通过学生设计图纸、实验记录、反思日志等载体，构建"认知—行动—内化"的成长模型。

三：实施情况

研究自启动以来，在两所实验校同步推进，已完成系统原型搭建与首轮教学实践。系统设计阶段，联合科学教师、工程技术人员完成校园雨水收集装置的实地勘测与方案迭代，最终确定"屋顶集水+地面储水+自动灌溉"的复合模式，采用PVC管道与食品级塑料桶构建低成本系统，总造价控制在500元以内。教学实施中，组织6个班级共180名学生参与项目，通过"问题墙"活动激发探究兴趣（如"雨水能直接浇花吗？"），分组完成系统设计草图；在教师指导下，学生亲手切割管道、铺设过滤层、安装水位计，过程中自然融入压强计算、材料力学等知识点。数据监测环节，学生每周记录降雨量、收集效率、水质变化（用pH试纸与浊度对比），发现砂石层易堵塞后主动提出改进方案，体现问题解决能力的提升。情感培养方面，通过"雨水用途辩论赛"深化节水意识，85%的学生主动提出家庭节水计划，系统收集的雨水已成功用于校园菜园灌溉，学生观察到植物生长后，环保行动的成就感显著增强。当前正基于首轮实践优化教学策略，重点强化小组协作指导与数据反思环节，为下一阶段能力迁移研究奠定基础。

四：拟开展的工作

中期阶段后，研究将聚焦系统深化、教学优化与成果转化三大方向。系统层面，基于首轮实践反馈，启动雨水收集装置的迭代升级：引导学生自主设计可拆卸式过滤模块，解决砂石层堵塞问题；增设简易水质检测工具包，包含pH试纸与浊度卡，实现数据可视化；探索屋顶与操场集水面的协同利用，通过管道连接扩大收集面积。教学深化方面，开发“雨水花园”延伸项目，将收集雨水用于校园种植区，设计植物生长对比实验（雨水vs自来水），强化生态循环认知；开设“雨水工程师”工作坊，邀请家长工程师参与指导，提升系统设计的科学性；建立“雨水行动档案”，要求学生记录家庭节水实践，促进环保行为迁移。成果转化则包括：整理首轮教学案例，提炼“问题发现—方案设计—实践验证—反思改进”的探究模型；编制《校园雨水收集系统学生操作手册》，用漫画形式呈现搭建步骤；联合环保部门开展“雨水利用进社区”活动，将学生设计的微型装置推广至居民楼，扩大实践影响。

五：存在的问题

研究推进中暴露出三方面现实挑战。技术层面，校园建筑限制导致集水面分散，管道铺设需穿越硬化路面，增加施工难度；部分过滤装置在暴雨期出现溢流现象，需重新计算储水容量。教学实施中，小组协作效率不均衡，能力差异导致部分学生参与度不足；数据监测环节存在记录不规范问题，影响后期分析准确性。资源方面，专业实验设备短缺，水质检测依赖简易工具，数据精度受限；跨学科教师协作机制尚未完善，科学教师需独立承担工程指导，负担较重。此外，环保行为迁移存在断层，学生校园实践表现积极，但家庭节水行为持续性不足，需强化家校协同机制。

六：下一步工作安排

后续工作将分三阶段推进。优化系统与教学（第10月）：针对暴雨溢流问题，组织学生设计溢流管方案，开展模型测试；开发《小组协作指导手册》，明确角色分工与任务清单；采购便携式水质检测仪，提升数据可靠性；设计“家庭节水任务卡”，通过打卡积分制促进行为迁移。深化成果提炼（第11月）：整理180名学生的设计图纸、实验记录与反思日志，构建环保实践能力发展图谱；录制典型教学活动视频，制作《雨水收集系统实践课程》系列微课；召开跨学科教研会，邀请物理、生物教师参与，完善STEM融合教学策略。推广与验证（第12月）：在实验校举办“雨水利用成果展”，邀请周边学校观摩；开展“社区雨水装置捐赠”活动，验证学生设计的可复制性；完成中期研究报告，重点分析“做中学”模式对环保行为转化的影响机制，为结题奠定基础。

七：代表性成果

中期研究已形成系列具象化成果。学生层面，诞生12份雨水收集系统原创设计方案，其中《阶梯式过滤装置》获校级创新奖；汇编《雨水探究日记集》，收录学生观察记录与反思文本，如“发现雨水浇灌的豆芽比自来水更壮”等真实发现；拍摄《我们的雨水花园》纪录片，记录从系统搭建到植物生长的全过程。教师层面，开发《环保实践能力评价量表》，包含知识应用、问题解决、责任担当等6个维度；形成《跨学科教学设计案例集》，融合物理压强计算、生物植物生理等知识点。物化成果包括：低成本雨水收集装置原型（造价不足300元）；《雨水利用科普手册》漫画版，发放至周边社区；学生自主绘制的“校园雨水循环路线图”，张贴于教学楼走廊。这些成果既体现科学探究的严谨性，又充满童真创意，成为连接课堂与社会的鲜活载体。

小学科学探究：校园雨水收集系统设计与小学生环保实践能力教学研究结题报告一、研究背景

全球水资源短缺与生态危机已成为人类文明发展的时代命题，可持续发展理念从国际共识转化为国家战略，深刻影响着基础教育改革的走向。我国“双碳”目标的提出与《义务教育科学课程标准（2022年版）》的修订，明确要求教育系统将环保意识培养贯穿科学教育全过程，强调通过真实情境中的探究实践，让学生理解人与自然的共生关系。然而，传统小学环保教育长期受困于“认知与实践割裂”的困境：课堂上的节水宣传难以转化为学生日常行为，抽象的生态概念缺乏具象化的实践载体。校园作为学生成长的重要场域，其雨水收集系统设计兼具工程实践性与教育适切性——它既是科学知识的综合应用平台，又是环保行动的真实演练场。当孩子们亲手搭建起连接屋顶、管道、储水桶的收集网络，亲眼见证浑浊雨水经过过滤层变得清澈，最终滋养校园绿植时，环保意识便从课本符号内化为生命体验。这种“做中学”的沉浸式实践，恰恰契合小学高年级学生具象思维向抽象思维过渡的认知特点，为破解环保教育“知易行难”的困局提供了钥匙。

二、研究目标

本研究以校园雨水收集系统为支点，撬动小学科学探究与环保实践能力的深度融合，最终目标在于构建一套可推广的“双育共生”教育模式。核心目标包含三个维度：其一，系统设计目标，开发适配小学5-6年级认知水平的模块化雨水收集装置，确保其安全性、经济性与可操作性，形成包含材料清单、搭建规范、维护细则的标准化方案；其二，能力培养目标，通过工程实践中的问题解决过程，提升学生的科学探究能力（如变量控制、数据分析）、环保实践能力（如资源循环意识、协作创新精神）及社会责任意识；其三，模式建构目标，提炼“真实问题驱动—跨学科知识整合—行为习惯养成”的教学路径，验证该模式对学生环保行为迁移的长期有效性，为小学科学课程中的生态教育提供范式。研究期望通过系统化的实践探索，让环保意识不再是悬浮的道德说教，而是扎根于学生日常生活的行为自觉，最终实现科学素养与生态素养的协同发展。

三、研究内容

研究内容围绕“系统载体—教学实施—能力转化”三重逻辑展开。系统载体层面，聚焦校园雨水收集装置的适切性设计，基于校园建筑布局与气候特征，优化集水面选择（屋顶与操场复合利用）、输送管道坡度计算（3%防淤积）、三级过滤装置（砂石-活性炭-布料）的层级结构，以及储水容器容量与溢流系统的协同配置，形成低成本、易维护的工程方案。教学实施层面，开发“认知建构—工程实践—数据反思—行为迁移”四阶课程链：在认知建构环节，通过雨水循环模型制作、水质对比实验等理解生态原理；在工程实践环节，引导学生分组完成系统设计、材料采购、装置搭建与调试；在数据反思环节，利用简易水质检测工具包（pH试纸、浊度卡）监测收集效率，分析过滤效果差异；在行为迁移环节，通过“家庭节水计划”“社区雨水装置捐赠”等活动促进环保习惯养成。能力转化层面，建立“知识—技能—情感”三维评价体系：知识维度考察对水资源循环、污染控制等概念的理解；技能维度评估系统搭建、数据分析、团队协作等实践能力；情感维度追踪节水行为频率、环保责任感等态度变化，通过成长档案记录能力发展的真实轨迹。

四、研究方法

本研究扎根教育现场，以行动研究为主线，融合质性分析与量化验证，形成动态迭代的研究闭环。行动研究贯穿始终，研究者与实验校教师组成实践共同体，在真实教学场景中经历“计划—实施—观察—反思”的螺旋上升：初期基于校园环境调研制定系统设计方案，中期通过教学观察记录学生行为表现，后期根据数据反馈优化教学策略，整个过程如同园丁培育幼苗，在持续调整中探寻教育规律。案例追踪法则选取15名不同能力水平的学生作为深度观察对象，建立个人成长档案，通过设计图纸、实验记录、反思日志等多元载体，记录其从“被动参与”到“主动创新”的蜕变轨迹，这种显微镜式的观察让能力发展变得可感可知。课堂观察采用结构化与非结构化相结合的方式，研究者以“参与者”身份融入教学活动，记录学生在系统搭建、数据分析、团队协作中的真实反应，用视频、照片、文字捕捉那些转瞬即逝的灵感火花，比如当某个小组发现砂石层堵塞时主动提出“可拆卸过滤装置”的创意瞬间。问卷调查则覆盖实验校180名学生及家长，通过前后测对比，量化分析环保知识掌握度、行为习惯变化等指标，数据背后的故事更令人动容——87%的学生开始主动纠正家人的用水习惯，家长反馈“孩子会提醒我们洗菜水浇花”。访谈聚焦教师、学生、家长三方视角，半结构化对话中流淌着真实的教育感悟：有学生说“原来雨水也能变宝贝”，有教师反思“环保教育就该让学生亲手触摸真实世界”，这些鲜活的声音成为研究最珍贵的注脚。文献研究为实践提供理论滋养，系统梳理国内外雨水收集系统教育应用案例，借鉴PBL、STEM等理念精髓，但始终保持本土化改造的自觉，让理论真正落地生根。

五、研究成果

经过两年的深耕，研究结出丰硕果实，在系统设计、教学创新、能力培养三个维度形成可推广的实践范式。系统设计层面，诞生《校园雨水收集系统标准化方案》，包含低成本模块化装置（造价控制在350元以内）、三级过滤技术（砂石-活性炭-布料）、溢流防淤结构等创新设计，已成功应用于两所实验校，累计收集雨水8.2吨，满足校园绿化30%的用水需求。教学创新层面，构建“四阶十二环”课程体系，开发《雨水探究实践手册》等12套教学资源，形成“问题墙激发探究—设计工作坊碰撞思维—数据实验室验证猜想—社区行动场迁移应用”的完整链条，其中“雨水花园”项目被纳入校本课程，成为科学课的标志性实践。能力培养成果最为亮眼：学生层面，180名参与者全部掌握系统搭建基础技能，65%能独立设计优化方案，环保行为转化率达92%（持续家庭节水实践）；教师层面，提炼出“三导三学”教学策略（问题导学、任务导学、反思导学），形成《跨学科教学案例集》，3名教师获市级环保教学奖项；学校层面，建成“雨水生态教育实践基地”，辐射周边5所学校，接待观摩学习23批次。物化成果同样丰硕：学生原创设计方案28份，其中《阶梯式过滤装置》获省级青少年科技创新大赛二等奖；拍摄纪录片《一滴雨的旅程》，记录项目全貌；汇编《雨水探究日记集》，收录学生观察笔记与反思文本，字里行间流淌着对自然的敬畏与热爱。

六、研究结论

研究证实，以校园雨水收集系统为载体的科学探究活动，是破解小学环保教育“知行脱节”困境的有效路径。系统设计的工程实践性，让抽象的环保知识转化为可触摸、可改造的实体装置，学生在切割管道、铺设过滤层的过程中，自然融入物理压强计算、材料力学应用等跨学科知识，这种“用中学”的体验彻底改变了传统课堂的灌输模式。教学实施中的“四阶课程链”，通过真实问题驱动（如“如何让雨水更清澈？”），引导学生经历完整的科学探究循环，从提出假设到设计实验再到验证结论，环保意识在问题解决过程中自然生长，而非被动接受。能力培养的“三维评价体系”揭示了关键规律：知识理解是基础，但技能习得（如系统搭建、数据分析）才是行为转化的桥梁，而情感内化（如责任感、成就感）则是持续行动的引擎——当学生亲眼见证用自己收集的雨水浇灌的植物发芽时，那种“我的行动能改变环境”的体验，比任何说教都更有力量。家校社协同机制验证了行为迁移的可能性：通过“家庭节水计划”“社区装置捐赠”等活动，校园实践延伸至日常生活，环保习惯从校园走向社会，形成“教育一个孩子，带动一个家庭，影响一个社区”的辐射效应。研究最终提炼出“真实载体—问题驱动—能力转化”的环保教育模型，其核心价值在于让环保意识从课本符号升华为生命体验，让科学探究从知识学习走向责任担当，这正是小学科学教育应有的温度与深度。

小学科学探究：校园雨水收集系统设计与小学生环保实践能力教学研究论文一、背景与意义

全球水资源短缺与生态危机已成为人类文明发展的时代命题，可持续发展理念从国际共识转化为国家战略，深刻影响着基础教育改革的走向。我国“双碳”目标的提出与《义务教育科学课程标准（2022年版）》的修订，明确要求教育系统将环保意识培养贯穿科学教育全过程，强调通过真实情境中的探究实践，让学生理解人与自然的共生关系。然而，传统小学环保教育长期受困于“认知与实践割裂”的困境：课堂上的节水宣传难以转化为学生日常行为，抽象的生态概念缺乏具象化的实践载体。校园作为学生成长的重要场域，其雨水收集系统设计兼具工程实践性与教育适切性——它既是科学知识的综合应用平台，又是环保行动的真实演练场。当孩子们亲手搭建起连接屋顶、管道、储水桶的收集网络，亲眼见证浑浊雨水经过过滤层变得清澈，最终滋养校园绿植时，环保意识便从课本符号内化为生命体验。这种“做中学”的沉浸式实践，恰恰契合小学高年级学生具象思维向抽象思维过渡的认知特点，为破解环保教育“知易行难”的困局提供了钥匙。

研究意义在于构建“科学探究—环保实践—行为养成”三位一体的教育生态。在科学教育层面，雨水收集系统设计涉及物理压强计算、材料力学应用、水质检测方法等跨学科知识，为小学科学课程提供了真实的工程实践场景，推动“从课本到生活”的教学范式转型。在环保教育层面，通过系统设计、搭建、优化的完整流程，让学生经历“问题发现—方案设计—动手实践—数据反思—行为迁移”的闭环探究，将“保护水资源”的抽象理念转化为可操作、可感知的具象行动，实现环保意识的深度内化。在育人价值层面，项目式学习中的团队协作、创新思维、责任担当等核心素养，在真实问题解决中自然生长，培养具有可持续发展视野的未来公民。这种以真实环境问题为驱动的教育模式，不仅响应了国家生态文明建设的战略需求，更在潜移默化中重塑着人与自然的关系认知，让环保意识真正扎根于学生的生命体验。

二、研究方法

本研究扎根教育现场，以行动研究为主线，融合质性分析与量化验证，形成动态迭代的研究闭环。行动研究贯穿始终，研究者与实验校教师组成实践共同体，在真实教学场景中经历“计划—实施—观察—反思”的螺旋上升：初期基于校园环境调研制定系统设计方案，中期通过教学观察记录学生行为表现，后期根据数据反馈优化教学策略，整个过程如同园丁培育幼苗，在持续调整中探寻教育规律。案例追踪法则选取15名不同能力水平的学生作为深度观察对象，建立个人成长档案，通过设计图纸、实验记录、反思日志等多元载体，记录其从“被动参与”到“主动创新”的蜕变轨迹，这种显微镜式的观察让能力发展变得可感可知。

课堂观察采用结构化与非结构化相结合的方式，研究者以“参与者”