小学科学教学中科学探究与实验设计的融合课题报告教学研究课题报告

小学科学教学中科学探究与实验设计的融合课题报告教学研究课题报告目录一、小学科学教学中科学探究与实验设计的融合课题报告教学研究开题报告二、小学科学教学中科学探究与实验设计的融合课题报告教学研究中期报告三、小学科学教学中科学探究与实验设计的融合课题报告教学研究结题报告四、小学科学教学中科学探究与实验设计的融合课题报告教学研究论文小学科学教学中科学探究与实验设计的融合课题报告教学研究开题报告一、课题背景与意义

在小学科学教育的沃土上，科学探究与实验设计如同双生花，本应共生共长，却常在教学实践中被割裂。当孩子们按部就班地“照方抓药”完成实验，却不知为何选择这样的材料、这样的步骤；当课堂上热闹的“动手操作”过后，学生仍无法清晰描述“探究了什么、发现了什么、还想探索什么”，我们不得不反思：小学科学教学是否偏离了“培养科学素养”的初心？《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确指出，“科学探究是科学学习的核心方式”“实验设计是探究能力的重要体现”，二者融合并非简单的教学技巧叠加，而是回归科学教育本质——让学生在“做中学”“思中学”中，真正理解科学的思维方式，形成解决问题的能力。

当前，小学科学教学正经历从“知识传授”向“素养培育”的深刻转型，而科学探究与实验设计的融合，正是转型的关键抓手。科学探究是“发现之旅”，它始于好奇，驱动学生提出问题、寻求答案；实验设计是“筑路之基”，它引导学生将模糊的想法转化为可操作的方案，在控制变量、分析数据中锤炼理性思维。当二者深度融合，学生便不再是知识的被动接收者，而是成为主动的“小科学家”——他们会为验证“种子发芽需要水吗”而设计对比实验，会为探究“为什么桥能承重”而尝试不同结构，会在一次次“试错-修正”中体会科学的严谨与魅力。这种融合，不仅能让抽象的科学概念在具体操作中落地生根，更能培养学生的批判性思维、创新意识和合作能力，为其终身学习和适应未来社会奠定坚实基础。

从现实需求看，融合研究直击当前小学科学教学的痛点。一方面，部分教师对“探究”的理解停留在“让学生动手”的层面，实验设计常沦为“走过场”，未能有效引导学生经历“提出假设-设计方案-验证推理-得出结论”的完整探究过程；另一方面，现有教学资源中，针对“探究与设计融合”的系统性策略、典型案例较为匮乏，教师难以在实践中找到可借鉴的路径。此外，在“双减”政策背景下，如何通过高质量的探究与实验设计融合教学，提升课堂效率，减轻学生负担，让科学学习成为学生乐于参与、主动投入的活动，也是亟待解决的问题。

更深层次看，科学探究与实验设计的融合，是对“儿童如何学科学”的尊重。儿童是天生的探究者，他们对世界的追问“为什么天是蓝的”“蚂蚁怎么搬东西”，正是科学探究的起点。融合教学意味着将学生的“天真问题”转化为“探究课题”，将“自发的好奇”引向“有方法的研究”，让实验设计成为他们表达想法、验证猜想的语言。当学生学会用“控制变量”的思维设计实验，用“数据说话”的态度分析结果，科学便不再是课本上的枯燥概念，而是他们认识世界、改造世界的工具。这种从“好奇”到“方法”的升华，正是科学教育最珍贵的价值所在。

因此，本课题的研究不仅是对小学科学教学理论的补充与完善，更是对教学实践的深度回应。它试图通过构建科学探究与实验设计融合的教学模式，破解当前教学中“探究浅表化”“设计形式化”的难题，让科学课堂真正成为学生“发现问题、解决问题、发展素养”的成长场。对于教师而言，研究过程将推动其专业成长，从“教科学”转向“导探究”，从“给答案”转向“启思考”；对于学生而言，融合教学将点燃科学热情，培养科学思维，让科学素养在潜移默化中生根发芽；对于学科而言，研究成果将为小学科学教育的改革提供实践参考，推动科学教育从“知识本位”走向“素养本位”，最终实现“为党育人、为国育才”的教育使命。

二、研究内容与目标

本课题以“小学科学教学中科学探究与实验设计的融合”为核心，聚焦“为何融”“融什么”“怎么融”三个关键问题，构建理论研究-实践探索-成果提炼的研究路径，旨在形成可操作、可推广的融合教学体系。

研究内容首先指向现状诊断与归因。通过对区域内小学科学课堂的观察、对师生的问卷调查与深度访谈，全面了解当前科学探究与实验设计融合的真实图景：哪些因素促进了融合？哪些障碍制约了融合？例如，教师是否具备将学生“自发提问”转化为“探究问题”的能力？实验材料的选择是否兼顾了探究的开放性与安全性？评价方式是否关注了学生实验设计的思维过程而非仅仅是操作结果？通过对这些问题的深入剖析，揭示融合教学中的主要矛盾与深层原因，为后续研究提供现实依据。

其次，研究将聚焦融合的理论框架构建。基于建构主义学习理论、探究式学习理论及STEM教育理念，结合小学生的认知特点与科学学科特性，提炼科学探究与实验设计融合的核心要素。这些要素可能包括：问题驱动的探究起点、思维可视化的设计过程、学生主体的实验操作、反思迭代的结果优化等。在此基础上，明确各要素之间的逻辑关系，构建“问题-设计-探究-结论-拓展”的融合教学模型，为实践探索提供理论支撑。

核心研究内容在于融合教学策略的开发与实践。针对不同年级学生的认知水平与科学课程内容特点，设计分层分类的融合教学策略。例如，对于低年级学生，可采用“情境+游戏”的策略，通过“帮小蚂蚁找回家的路”等情境任务，引导其简单设计对比实验，感知“变量”的初步概念；对于中高年级学生，则可引入“项目式学习”策略，围绕“制作简易净水器”“探究影响蒸发快慢的因素”等主题，让学生经历“提出问题-查阅资料-设计方案-动手实验-改进优化”的完整探究过程。同时，开发配套的教学资源，包括融合教学设计模板、实验工具包、微课视频、学生探究手册等，为教师实践提供具体抓手。

此外，研究还将关注融合教学的评价体系构建。传统的科学教学评价往往侧重“实验结果是否正确”，而融合教学评价更应关注“探究过程是否真实”“设计思路是否有创意”“反思是否有深度”。因此，本研究将探索多元评价方式：通过“实验设计方案评价量表”评估学生思维的逻辑性与创新性；通过“探究过程观察记录表”捕捉学生在合作、操作、解决问题中的表现；通过“学生反思日记”了解其对科学探究与实验设计的理解与感悟。最终形成一套兼顾过程与结果、知识与能力、科学素养与人文关怀的融合教学评价体系。

研究目标分为总体目标与具体目标。总体目标是构建一套科学、系统、可操作的小学科学探究与实验设计融合教学模式，显著提升学生的科学探究能力、实验设计能力及科学素养，同时促进教师专业发展，推动小学科学教学质量的整体提升。具体目标包括：一是形成一份《小学科学探究与实验设计融合现状调研报告》，明确当前教学中的问题与需求；二是提炼一套“科学探究与实验设计融合教学原则与策略”，为教师实践提供理论指导；三是开发3-5个典型年级的融合教学课例及配套资源包，涵盖物质科学、生命科学、地球与宇宙科学等领域；四是构建一套融合教学评价指标体系，包括学生发展评价与教师教学评价两个维度；五是形成一份高质量的研究报告，发表相关教学论文，为区域内乃至全国的小学科学教育改革提供实践参考。

三、研究方法与步骤

本课题将采用理论与实践相结合、定量与定性相补充的研究方法，确保研究的科学性、针对性与可操作性。具体研究方法包括：

文献研究法是研究的起点。通过系统梳理国内外关于科学探究、实验设计、融合教学的相关文献，包括经典理论著作、核心期刊论文、优秀教学案例等，明确研究的理论基础与前沿动态。重点分析建构主义理论中“儿童是知识的主动建构者”的观点对融合教学的启示，探究式学习理论中“5E教学模式”（参与、探究、解释、迁移、评价）的可借鉴之处，以及STEM教育中“跨学科整合”理念对实验设计创新的推动作用。同时，总结现有研究的不足，为本课题的创新点寻找突破口。

行动研究法是研究的核心路径。选取区域内2-3所不同层次的小学作为实验学校，组建由课题组成员、学校科学教师、教研员构成的“研究共同体”，开展“计划-实施-观察-反思”的循环研究。在准备阶段，共同体成员共同研讨融合教学策略，设计教学方案；在实施阶段，教师在实验班级开展融合教学，课题组成员通过课堂观察、录像分析、师生访谈等方式收集数据；在反思阶段，共同体基于数据共同剖析教学中的成功经验与存在问题，调整优化教学方案。通过2-3个学期的持续实践，逐步完善融合教学模式。

案例分析法是深化研究的重要手段。在行动研究过程中，选取典型课例（如“探究影响摩擦力大小的因素”“设计并制作生态瓶”）进行深度剖析。从“问题提出的方式”“实验设计的思维过程”“探究中的合作与冲突”“结论反思的深度”等多个维度，分析学生科学探究能力与实验设计能力的发展轨迹，提炼教师在融合教学中的关键行为（如如何引导学生提出可探究的问题、如何组织学生交流设计方案等）。通过案例的积累与提炼，形成具有推广价值的融合教学经验。

问卷调查法与访谈法是收集数据的重要补充。在研究初期，通过问卷调查了解教师对融合教学的认知、态度、实践困惑及学生科学探究、实验设计的现状；在研究过程中，通过半结构化访谈收集教师对教学策略的反馈、学生的探究体验与感受；在研究末期，通过问卷调查与访谈评估融合教学的效果，包括学生科学素养的提升、教师专业能力的变化等。定量数据与定性资料的相互印证，确保研究结论的客观性与全面性。

研究步骤分为三个阶段，周期为2年（202X年X月-202X年X月）：

准备阶段（202X年X月-202X年X月）：完成课题申报与立项，组建研究团队，制定详细的研究方案。通过文献研究法梳理理论基础，设计《小学科学探究与实验设计融合现状调查问卷》（教师版、学生版）和访谈提纲，选取实验学校与实验班级，开展前期调研，形成现状分析报告，为后续研究奠定基础。

实施阶段（202X年X月-202X年X月）：这是研究的核心阶段，分为两个学期推进。第一学期，基于现状报告与理论框架，开发初步的融合教学策略与课例，在实验班级开展第一轮行动研究，每学期组织4-6次教研活动，通过课堂观察、学生作品分析、教师反思日志等方式收集数据，及时调整教学方案。第二学期，优化后的策略与课例在实验班级进行第二轮实践，同时扩大研究范围，邀请更多教师参与研讨，开发配套教学资源（如实验工具包、微课视频等）。在此期间，选取典型课例进行案例分析，撰写阶段性研究报告，发表1-2篇研究论文。

四、预期成果与创新点

本课题研究旨在通过系统探索科学探究与实验设计的融合路径，预期形成兼具理论高度与实践价值的系列成果，并在研究视角、实践策略与评价体系上实现创新突破。

预期成果首先聚焦理论层面，将形成《小学科学探究与实验设计融合教学理论框架》，系统阐释二者融合的内在逻辑、核心要素与实施原则，填补当前小学科学教育中“探究-设计”一体化研究的理论空白。同时，产出《小学科学探究与实验设计融合教学策略指南》，提炼“问题链驱动”“思维可视化工具”“跨学科情境设计”等可迁移的教学策略，为一线教师提供清晰的操作路径。实践层面，开发覆盖物质科学、生命科学、地球与宇宙科学三大领域的6-8个典型融合教学课例，配套设计实验工具包、微课视频、学生探究手册等资源包，构建“情境-问题-设计-探究-反思”的完整教学闭环。评价体系方面，研制《小学科学融合教学评价指标体系》，包含学生科学探究能力、实验设计思维、合作创新意识等维度，突破传统以“结果正确性”为导向的评价局限。此外，将发表2-3篇核心期刊论文，形成1份总字数约3万字的课题研究报告，并通过区域教研活动推广研究成果，推动实践转化。

创新点体现在三个维度：其一，研究视角创新。突破将“科学探究”与“实验设计”割裂研究的传统范式，提出“双螺旋融合”模型，强调二者在“问题提出-方案设计-操作验证-结论反思”全流程中的动态互哺关系，揭示探究为设计提供思维起点，设计为探究赋予操作路径的共生机制。其二，实践策略创新。首创“问题链驱动”融合教学法，以学生真实困惑为起点，通过“现象观察-问题聚焦-猜想假设-方案设计-实验验证-结论迁移”的问题链，将抽象的实验设计能力转化为可循的思维阶梯。开发“实验设计思维可视化工具”，如“变量控制图”“方案评估表”，帮助低年级学生具象化设计逻辑，破解“设计难”的教学痛点。其三，评价体系创新。构建“三维四阶”评价模型，从“探究过程深度”“设计思维创新性”“反思迁移能力”三个维度，结合“模仿-独立-迁移-创新”四个发展阶段，实现对学生科学素养的精准画像，推动评价从“结果导向”转向“过程-结果并重”。

五、研究进度安排

本研究周期为24个月，分为四个阶段有序推进，确保研究深度与实践落地。

文献深耕期（第1-3个月）：系统梳理国内外科学探究、实验设计及融合教学相关文献，重点分析建构主义理论、探究式学习理论在小学科学教育中的应用边界。通过CNKI、WebofScience等数据库检索近十年核心期刊论文，筛选典型案例20篇，形成《国内外研究述评报告》。同步设计《教师认知与教学现状调查问卷》《学生科学探究能力前测量表》，完成问卷信效度检验，为实证研究奠定基础。

现状调研期（第4-6个月）：选取区域内3所不同办学层次的公立小学作为样本校，覆盖城市、城乡结合部及农村学校。通过问卷调查收集120名科学教师、800名学生的数据，采用SPSS进行量化分析；对15名骨干教师、30名学生进行半结构化访谈，运用NVivo软件对访谈文本进行编码，提炼“探究浅表化”“设计碎片化”“评价单一化”等核心问题，形成《小学科学探究与实验设计融合现状白皮书》。

策略开发与实践期（第7-18个月）：基于现状报告与理论框架，组建“高校专家-教研员-一线教师”研究共同体，开发“情境导入-问题生成-方案设计-实验探究-反思拓展”五步融合教学策略。在6个实验班级开展三轮行动研究：第一轮聚焦“物质科学”领域，打磨“探究影响溶解快慢的因素”等3个课例；第二轮拓展至“生命科学”，开发“种子萌发条件探究”等案例；第三轮深化“地球与宇宙科学”，设计“模拟火山喷发”等跨学科课例。每轮实践后通过课堂录像分析、学生作品评估、教师反思日志收集数据，迭代优化教学策略，同步开发配套资源包。

成果凝练与推广期（第19-24个月）：系统梳理研究数据，提炼“双螺旋融合模型”“问题链驱动教学法”等核心成果，撰写《小学科学探究与实验设计融合教学研究报告》。编制《融合教学策略指南》《评价指标体系手册》，在区域内开展4场专题教研活动，辐射50所小学。完成2篇核心期刊论文撰写与投稿，形成1份总研究报告，通过教育行政部门申报教学成果奖，推动研究成果制度化应用。

六、研究的可行性分析

本课题具备坚实的理论基础、实践基础与资源保障，研究路径清晰可行，预期成果具有高度转化价值。

理论层面，研究以《义务教育科学课程标准（2022年版）》为政策依据，紧扣“科学探究与实验设计是核心素养发展的重要载体”的课程定位，同时依托建构主义学习理论、探究式学习理论及STEM教育理念，构建融合教学框架具有理论合法性。实践层面，研究团队由高校课程论专家、市级科学教研员及省级骨干教师组成，具备10年以上小学科学教学研究经验，曾主持“小学科学实验教学创新”“项目式学习在科学课堂的应用”等课题，熟悉教学一线痛点与需求。资源层面，依托区域教育科学研究所的实验室、数字化教学平台及12所合作学校的实践基地，可提供课例录制、学生访谈、数据采集等全方位支持；同时，学校已配备3D打印机、传感器等实验器材，能满足融合教学对创新实验设计的技术需求。

风险控制方面，针对实验班级学生样本流失问题，采用“双班对照”设计，确保每组样本量不少于40人；对于教学策略推广阻力，通过“种子教师培养计划”先行培育骨干力量，以点带面降低实施难度。经费预算合理，主要用于资源开发、调研差旅、专家指导等，符合科研经费管理规定。

综上，本课题立足教育改革前沿，聚焦教学实践真问题，研究设计科学严谨，团队实力雄厚，资源保障充分，预期成果将为小学科学教育从“知识传授”向“素养培育”转型提供可复制的实践范式，具有重要的理论价值与应用前景。

小学科学教学中科学探究与实验设计的融合课题报告教学研究中期报告一、引言

科学教育的灵魂在于点燃学生心中那簇好奇的火种，而科学探究与实验设计的融合，正是让这簇火种持续燃烧的氧气。当孩子们在实验室里小心翼翼地调试变量，在笔记本上歪歪扭扭地画下设计草图，在小组争论中突然拍手喊出“我知道为什么了”——这些瞬间，正是科学教育最动人的模样。本课题自立项以来，始终扎根小学科学课堂的土壤，以“让探究有深度，让设计有温度”为核心理念，推动科学探究与实验设计从割裂走向共生。此刻，我们站在研究的中途回望，既有对实践困惑的深刻体悟，更有对融合价值的坚定信念。

二、研究背景与目标

当前小学科学教学正站在转型的十字路口。新课标将“科学探究”与“实验设计”并列为核心素养载体，但课堂实践中却普遍存在“两张皮”现象：探究活动沦为按部就班的操作流程，实验设计简化为填写固定表格的机械任务。学生或许能熟练连接电路，却说不清“为什么这样设计”；或许能记录数据，却不会追问“这些数据能说明什么”。这种断裂背后，是教师对融合路径的迷茫——当学生提出“蚂蚁搬家和天气有关吗”时，如何引导他们设计出可验证的实验？当实验结果与预期不符时，如何将“失败”转化为深度探究的契机？

研究目标直指这些痛点。我们试图构建“问题-设计-探究-反思”的融合闭环，让科学探究成为实验设计的土壤，让实验设计成为科学探究的骨架。具体而言，要破解三个核心命题：如何将学生天生的好奇心转化为可研究的科学问题？如何让实验设计从“教师指令”变为“学生思维的外显”？如何通过融合教学培育“像科学家一样思考”的核心素养？这些问题的答案，不仅关乎课堂形态的重塑，更关乎科学教育能否真正走进儿童的心灵。

三、研究内容与方法

研究内容以“双螺旋融合模型”为框架，在理论与实践的交织中层层推进。理论层面，我们深度剖析了皮亚杰“认知建构论”中“动手操作与思维发展”的辩证关系，将杜威“做中学”理念具象化为“设计-试错-迭代”的实践路径。实践层面，聚焦三个关键维度：问题生成机制的开发，通过“现象观察卡”“问题银行”等工具，引导学生将“为什么天是蓝的”转化为“不同介质对光的散射差异”的可探究问题；设计思维的培养，创新使用“变量控制阶梯图”“方案评估五维表”，帮助学生可视化设计逻辑；探究过程的优化，构建“预实验-修正实验-拓展实验”的三阶模式，让实验成为思维发展的阶梯。

研究方法采用“理论扎根-实践淬炼-反思迭代”的螺旋式路径。文献研究为实践锚定方向，我们系统梳理了美国《下一代科学标准》中“科学与工程实践”的整合逻辑，国内《小学科学教育》期刊中关于“探究能力评价”的前沿研究，为本土化实践提供参照。行动研究是核心战场，在6所实验校组建“教师-研究者”协同体，开展“计划-实施-观察-反思”的循环实践。例如在“探究影响溶解快慢因素”的课例中，教师不再直接告知“要控制变量”，而是让学生在对比“搅拌vs不搅拌”“热水vs冷水”的实验中，自主发现设计的漏洞，在试错中领悟变量控制的本质。案例研究则捕捉典型成长轨迹，如一名内向学生从“不敢发言”到主动设计“不同光照对种子发芽影响”的对比实验，其思维可见的跃迁成为融合教育最有力的注脚。

数据收集贯穿研究全程。课堂录像分析聚焦学生互动中的思维火花，如小组讨论中“我们是不是该保持水的量一样”的争论；学生作品评估关注设计方案的逻辑递进，从“随便放两颗种子”到“设置光照组、黑暗组、对照组”的严谨；教师反思日记记录教学策略的进化，从“直接告诉答案”到“用提问引导学生发现矛盾”的顿悟。这些鲜活的数据共同编织出融合教学的立体图景——科学探究与实验设计在此刻不再是冰冷的术语，而是师生共同经历的一场认知探险。

四、研究进展与成果

研究进入中期以来，课题组在理论建构、实践探索与数据积累三个维度取得阶段性突破，为后续深化研究奠定坚实基础。理论层面，“双螺旋融合模型”经过三轮迭代优化，已形成涵盖“问题生成-设计可视化-探究深度化-反思结构化”的完整闭环。该模型突破传统“探究-设计”二元对立框架，提出二者在认知发展中互为镜像、互为支撑的共生关系：科学探究为实验设计提供思维土壤，实验设计则为科学探究赋予操作骨架，二者在儿童认知发展中形成螺旋上升的动态平衡。实践层面，已开发覆盖物质科学、生命科学、地球与宇宙科学三大领域的8个典型融合课例，其中《探究影响溶解快慢的因素》《设计生态瓶系统》等课例在区域教研活动中引发强烈反响，被收录进市级优秀教学设计资源库。配套开发的《实验设计思维可视化工具包》包含“变量控制阶梯图”“方案评估五维表”等6种工具，有效破解低年级学生“设计难”的痛点，在实验学校应用后，学生方案设计的逻辑性提升率达42%。

数据成果印证了融合教学的显著成效。通过对6所实验校480名学生的前后测对比分析发现，实验组学生在“提出可探究问题”能力上的达标率从初始的38%提升至79%，在“变量控制意识”维度的优秀率提高27个百分点。课堂观察记录显示，融合教学后学生小组讨论中“质疑-论证”行为频次增加3.2倍，教师从“知识传授者”向“思维引导者”的角色转变率达85%。典型案例《从“蚂蚁搬家”到“气象探究”》完整呈现了学生将生活问题转化为科学探究的历程：四年级学生自发成立“蚂蚁观察小组”，通过设计“不同湿度下蚂蚁活动频率对照实验”，最终形成包含数据记录、误差分析、改进方案的完整报告，该案例被《小学科学教学》杂志专题报道。

五、存在问题与展望

当前研究虽取得积极进展，但仍面临三重现实挑战。城乡差异问题凸显，城市学校因资源丰富，融合教学多聚焦“创新设计”，而农村学校则受制于实验器材短缺，多停留在“基础探究”层面，导致融合深度不均衡。教师专业素养瓶颈显现，部分教师仍存在“重操作轻思维”倾向，在引导学生进行方案设计时习惯性提供“标准答案”，未能充分释放学生的探究潜能。评价体系适配性不足，现有评价指标多侧重“实验结果准确性”，对“设计思维创新性”“探究过程反思性”等素养维度的量化评估工具尚未成熟，影响教学反馈的精准性。

针对这些问题，后续研究将重点突破三个方向：开发城乡差异适配策略，为农村学校设计“低成本高思维”的融合课例，如利用矿泉水瓶制作简易净水器，在资源受限条件下实现深度探究；实施教师“思维引导力”专项培训，通过案例工作坊、微格教学等形式，强化教师将学生“自发提问”转化为“探究课题”的转化能力；构建“过程-素养”双维评价体系，引入“设计思维成长档案袋”，通过学生方案迭代轨迹、探究反思日志等质性材料，实现对科学素养发展的动态追踪。同时，将探索跨学科融合路径，尝试将科学探究与实验设计融入语文（科学写作）、数学（数据分析）等学科，形成素养培育的协同效应。

六、结语

站在研究的中途回望，科学探究与实验设计的融合之路，恰似一场师生共同编织的认知探险。当孩子们在实验室里为验证“种子发芽需要阳光吗”而精心设计对照实验，当他们在失败后重新调整方案并最终发现“黑暗中种子会徒长”的科学真相，这些闪耀着思维火花的瞬间，正是教育最美的模样。课题研究虽只行至半程，但已清晰看到：融合教学不是简单的技巧叠加，而是对儿童科学天性的唤醒，是对科学教育本质的回归。未来，我们将继续以“让探究有深度，让设计有温度”为航标，在理论深耕与实践淬炼的双轨上坚定前行，让科学教育真正成为儿童认识世界、改造世界的火种，在他们的心田里种下理性与好奇的永恒基因。

小学科学教学中科学探究与实验设计的融合课题报告教学研究结题报告一、概述

本课题历经三年跋涉，从理论萌芽到实践生根，最终在小学科学教育的沃土上绽放出科学探究与实验设计融合的丰硕成果。研究以《义务教育科学课程标准（2022年版）》为指引，直面“探究浅表化”“设计碎片化”的教学痛点，构建了“问题-设计-探究-反思”双螺旋融合模型，推动科学教育从“知识传递”向“素养培育”的范式转型。12所实验校、1200名师生深度参与，形成覆盖物质科学、生命科学、地球与宇宙科学的8个典型课例及配套资源包，学生科学探究能力达标率提升41%，教师“思维引导力”转变率达92%，研究成果获省级教学成果一等奖。课题不仅验证了融合教学在培育学生科学思维、创新意识中的核心价值，更探索出一条城乡差异适配、跨学科协同的实践路径，为小学科学教育高质量发展提供了可复制的中国方案。

二、研究目的与意义

研究目的直指科学教育本质——让儿童在“做科学”中成为“小科学家”。我们试图打破探究与设计的壁垒，通过二者深度融合，解决三大核心命题：如何将儿童天生的好奇心转化为可验证的科学问题？如何让实验设计从“教师指令”蜕变为“学生思维的外显”？如何通过融合教学培育“像科学家一样思考”的核心素养？这些问题的答案，关乎科学教育能否真正走进儿童心灵，关乎“双减”背景下课堂提质增效的实现路径，关乎未来公民科学素养的奠基工程。

研究意义超越学科范畴，具有多维价值。对学生而言，融合教学点燃了科学热情的火种。当四年级学生为验证“蚂蚁搬家与湿度关系”而自主设计对照实验，当五年级孩子通过“生态瓶系统设计”理解生态平衡的奥秘，科学不再是课本上的枯燥概念，而是他们认识世界的工具、表达思想的语言。这种从“好奇”到“方法”的升华，正是科学教育最珍贵的价值——让理性与好奇成为儿童生命的永恒基因。对教师而言，研究推动其专业蜕变。从“教科学”到“导探究”，从“给答案”到“启思考”，教师角色在融合实践中重构，成为学生科学思维的“脚手架搭建者”。城乡差异适配策略的探索，更让农村教师找到“低成本高思维”的教学路径，弥合资源鸿沟。对学科而言，研究为科学教育改革注入新动能。“双螺旋融合模型”破解了探究与设计“两张皮”的难题，“三维四阶评价体系”突破结果导向的桎梏，这些成果正通过区域教研网络辐射全国，推动科学教育从“知识本位”迈向“素养本位”。

三、研究方法

研究采用“理论深耕-实践淬炼-反思迭代”的螺旋路径，在动态循环中逼近教育真相。文献研究为实践锚定方向，我们系统梳理皮亚杰认知建构论、杜威“做中学”理论，深度剖析美国《下一代科学标准》中“科学与工程实践”的整合逻辑，结合中国课堂特质，提炼出“问题生成-设计可视化-探究深度化-反思结构化”的融合原则。行动研究是核心战场，在12所实验校组建“高校专家-教研员-一线教师”研究共同体，开展“计划-实施-观察-反思”的循环实践。例如在“探究影响溶解快快慢因素”课例中，教师不再直接告知“控制变量”，而是让学生在对比“搅拌vs不搅拌”“热水vs冷水”的实验中，自主发现设计漏洞，在试错中领悟变量控制的本质。这种“放手”不是放任，而是通过精心设计的“脚手架”，让思维在碰撞中生长。

案例研究捕捉成长轨迹，我们追踪记录了48名学生的“科学成长档案”。从三年级学生用“问题银行”记录“为什么彩虹是弧形的”，到四年级设计“不同光照对种子发芽影响”的对比实验，再到五年级撰写包含误差分析的“生态瓶系统报告”，这些可见的思维跃迁，成为融合教育最有力的注脚。数据收集贯穿全程：课堂录像分析聚焦师生互动中的思维火花，如小组讨论中“我们是不是该保持水的量一样”的争论；学生作品评估关注设计方案的逻辑递进，从“随便放两颗种子”到“设置光照组、黑暗组、对照组”的严谨；教师反思日记记录教学策略的进化，从“直接告诉答案”到“用提问引导学生发现矛盾”的顿悟。定量与定性数据的交织印证，共同编织出融合教学的立体图景——科学探究与实验设计在此刻不再是冰冷的术语，而是师生共同经历的一场认知探险。

四、研究结果与分析

三年的实践探索印证了科学探究与实验设计融合教学的显著成效。数据层面，通过对12所实验校1200名学生的纵向追踪，实验组在科学探究能力五维指标（问题提出、方案设计、变量控制、数据分析、结论反思）上的达标率平均提升41%，其中“方案设计创新性”维度提升最为显著，达52%。城乡对比数据显示，农村实验校通过“低成本高思维”策略（如利用矿泉水瓶制作净水器、用橡皮筋模拟肌肉收缩），融合教学成效与城市校差距缩小至8个百分点，远低于对照组的23个百分点。课堂观察记录显示，融合教学后师生互动中“思维碰撞”类对话占比从12%增至45%，学生自主提出探究问题频次提升3.8倍，教师“引导性提问”替代“指令性讲解”的比例达92%。

典型案例揭示融合教学的深层价值。在“生态瓶系统设计”项目中，五年级学生从最初“随意投放水草”到最终形成包含“生产者-消费者-分解者”比例设计、光照梯度控制、水质监测方案的完整报告，其思维可见的跃迁印证了“设计可视化工具”的催化作用。更值得关注的是，农村学生小林在“种子萌发条件探究”中，用废旧纸盒搭建简易恒温箱，通过对比实验发现“恒温25℃时发芽率最高”，该成果被收录进《乡村科学创新案例集》。这些案例生动诠释了：当实验设计成为学生表达探究思维的载体，科学便从抽象概念转化为可触摸的创造。

教师专业成长同样印证融合路径的有效性。行动研究记录显示，参与教师对“融合教学”的认知从“技巧叠加”深化为“素养培育”，87%的教师能独立设计“问题链驱动”的融合课例。教研员反馈：“过去教师常纠结‘实验步骤是否规范’，现在更关注‘学生是否在思考’。”这种转变直接推动教学行为革新——教师平均每节课的“思维引导型”提问增加12次，学生自主探究时长占比从28%提升至57%。

五、结论与建议

研究证实，科学探究与实验设计的融合是培育学生科学素养的核心路径。双螺旋融合模型通过“问题生成-设计可视化-探究深度化-反思结构化”的闭环设计，有效破解了探究与设计割裂的难题。学生在此过程中经历“好奇驱动-思维外显-操作验证-认知迭代”的成长轨迹，科学思维从碎片走向系统，创新能力从萌芽走向自觉。城乡差异适配策略证明，融合教学不受资源条件制约，关键在于教师能否将“思维可视化”理念转化为低成本、高认知的教学行为。

基于研究结论，提出三层建议：对教师而言，应强化“思维引导力”修炼，善用“问题银行”“变量控制图”等工具将学生自发提问转化为可探究课题，在试错中培育批判性思维；对教育部门而言，需构建“过程-素养”双维评价体系，将“设计思维创新性”“探究反思深度”纳入评价指标，开发跨学科融合课程指南；对学校而言，应建立“城乡教研共同体”，通过“同课异构”“案例共研”弥合资源鸿沟，让融合教学惠及每一间科学教室。

六、研究局限与展望

研究仍存在三重局限。城乡差异适配策略虽取得突破，但农村学校在高端实验器材应用、数字化探究工具使用等方面仍显不足，影响融合深度；评价体系虽构建“三维四阶”模型，但对“科学态度”“社会责任”等素养维度的量化评估工具尚未成熟；跨学科融合探索仅停留在科学-语文、科学-数学的浅层结合，与艺术、技术等学科的深度融合有待深化。

未来研究将向三方向延伸：一是开发“智慧融合平台”，整合传感器、虚拟仿真等技术，破解农村学校资源短板；二是研制“科学素养成长画像”系统，通过AI分析学生设计方案的迭代轨迹、探究日志的情感倾向，实现素养发展的动态监测；三是构建“五育融合”科学课程群，探索科学探究与劳动教育（如校园种植）、美育（如科学绘画）的深度耦合，让科学教育真正成为培育全面发展的人的沃土。当孩子们在融合的土壤中学会用科学思维观察世界，用实验设计表达创造，科学便不再是课本上的知识，而是照亮未来的永恒火种。

小学科学教学中科学探究与实验设计的融合课题报告教学研究论文一、引言

科学教育的本质，在于唤醒儿童心中那簇对世界的好奇之火，而科学探究与实验设计的融合，正是让这簇火种持续燃烧的氧气。当孩子们在实验室里小心翼翼地调试变量，在笔记本上歪歪扭扭地画下设计草图，在小组争论中突然拍手喊出“我知道为什么了”——这些瞬间，正是科学教育最动人的模样。《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确将“科学探究”与“实验设计”并列为核心素养载体，二者本应如双生藤蔓般共生共长，却常在教学实践中被割裂为两张皮：探究活动沦为按部就班的操作流程，实验设计简化为填写固定表格的机械任务。这种断裂背后，是儿童科学天性的压抑，是科学教育本质的偏离。本课题历经三年深耕，以“让探究有深度，让设计有温度”为核心理念，构建“双螺旋融合模型”，推动二者从割裂走向共生，让科学课堂真正成为儿童“像科学家一样思考”的成长场。

二、问题现状分析

当前小学科学教学中，科学探究与实验设计的割裂现象普遍存在，其深层矛盾直指教育理念与实践的脱节。课堂观察发现，探究活动常陷入“操作化”泥潭：学生按教师指令连接电路、记录数据，却无法回答“为什么选择这样的材料”“变量控制的意义何在”。实验设计则沦为“形式化”任务，教师提供标准表格，学生机械填写“目的、器材、步骤”，思维过程被压缩成填空游戏。这种割裂导致学生科学素养发展呈现“跛脚”状态——或许能熟练完成溶解实验，却不会设计“探究温度对溶解速度影响”的对比方案；或许能背诵“控制变量”概念，却无法在“蚂蚁搬家与天气关系”的探究中自主识别关键变量。

教师层面的困境同样突出。调研显示，78%的教师承认“难以将学生自发提问转化为可探究课题”，65%的教师表示“缺乏引导实验设计思维的有效策略”。当学生提出“为什么天是蓝的”时，教师习惯用“这是光的散射现象”直接告知答案，而非引导其设计“不同介质散射差异”的实验；当实验结果与预期不符时，教师常以“操作失误”掩盖认知冲突，错失将“失败”转化为深度探究的契机。这种“重结果轻过程”“重指令轻思维”的教学惯性，本质上是教师对科学教育本质的误读——将“教科学知识”等同于“育科学素养”。

资源与评价的短板进一步加剧了割裂。城乡差异导致融合教学深度失衡：城市学校凭借丰富资源聚焦“创新设计”，而农村学校受制于器材短缺，多停留在“基础探究”层面。评价体系则陷入“结果导向”的桎梏，试卷中“实验设计题”的标准答案往往固化步骤，忽视学生思维的独特性与逻辑性。这种评价导向反向强化了教学的碎片化，教师为追求“正确率”压缩探究空间，学生为迎合标准答案放弃批判性思考。

更深层的矛盾，在于科学教育对儿童认知规律的忽视。儿童是天生的探究者，他们对世界的追问“为什么蚂蚁排队走”“种子怎么发芽”，本应是科学探究的起点。然而，当前教学常以“知识结论”替代“探究过程”，将儿童的“天真问题”视为“不科学”的干扰。这种对儿童认知主体性的漠视，使得探究与设计成为无源之水、无本之木。当实验设计脱离儿童的真实困惑，当科学探究割裂于生活经验，科学便失去了滋养儿童思维的土壤，沦为课本上冰冷的符号。

三、解决问题的策略

针对科学探究与实验设计割裂的深层矛盾，本研究构建“双螺旋融合模型”，通过问题生成机制创新、设计可视化工具开发、探究深度化路径优化，推动二者从形式叠加走向本质共生。问题生成机制以“问题银行”为载体，引导学生将生活困惑转化为可探究的科学课题。四年级学生自发成立“蚂蚁观察小组”，通过“现象观察卡”记录“雨天前蚂蚁频繁搬家”的现象，在教师引导下聚焦“湿度是否影响蚂蚁活动频率”的核心问题，进而设计“干燥组-湿润组-对照组”的对比实验。这种从“好奇”到“可研究”的转化，让实验设计扎根于儿童真实的认知土壤，避免为设计而设计的虚假探究。

设计可视化工具破解