小学科学探究活动课程案例集

小学科学探究活动课程案例集一、引言小学科学教育的核心在于通过探究活动培养学生的科学素养，引导他们以实证思维观察世界、解决问题。本案例集立足小学科学课程标准，精选生命科学、物质科学、地球与宇宙科学三大领域的探究活动，从“问题驱动—实践探究—思维建构”的逻辑链出发，呈现真实可操作的教学范式，为一线教师提供教学参考，助力学生在体验式学习中发展观察、推理、创新等核心能力。二、生命科学领域探究案例（一）案例1：植物向光性的秘密——基于对比实验的生长观察1.探究背景春季校园植物角的绿豆苗出现“歪头生长”现象，学生提出疑问：“植物会朝着光的方向长吗？”结合《植物的一生》单元目标，设计本探究活动，引导学生通过控制变量验证植物向光性。2.探究目标科学概念：理解植物生长具有向光性，认识环境因素对生物的影响。能力目标：掌握对比实验的设计方法（控制单一变量、设置对照组），提升观察与数据记录能力。情感态度：激发对植物生长的好奇心，培养严谨的实证精神。3.探究过程（1）材料准备实验组：3个带盖透明塑料盒（侧面开不同方向的小孔模拟单侧光照）、绿豆种子（提前浸泡发芽）、湿润脱脂棉。对照组：1个无孔透明塑料盒、相同发芽绿豆、湿润脱脂棉。（2）实验设计变量控制：实验组分别设置“左侧光”“右侧光”“顶部光”，对照组为“全向光（自然散射）”；保持温度（25℃左右）、水分（脱脂棉湿润程度一致）、种子初始状态（芽长1cm左右）相同。观察记录：学生分组每天同一时间（如15:00）用直尺测量茎的长度、弯曲角度，绘制生长轨迹图（示例：第3天左侧光组茎向左侧弯曲15°，顶部光组茎直立生长）。（3）数据分析与结论实验组中，单侧光组的茎明显向光源方向弯曲，顶部光组茎直立；对照组茎生长方向随机。结论：植物茎的生长具有向光性，单侧光照会引导茎向光源方向弯曲，顶部光照则促进直立生长。4.教学反思难点突破：学生易忽视“脱脂棉湿度一致”等细节，可通过“用滴管定量滴水”“标记棉线湿度刻度”等方法强化变量控制意识。拓展延伸：课后观察教室盆栽（如绿萝）的生长方向，验证自然环境中的向光性。（二）案例2：蚯蚓的生活环境偏好——基于实地观察与模拟实验1.探究背景学生在校园花坛发现蚯蚓，提出疑问：“蚯蚓喜欢干土还是湿土？亮处还是暗处？”结合《动物的生存环境》主题，设计“蚯蚓的选择”探究，引导学生通过模拟自然环境分析生物与环境的关系。2.探究目标科学概念：了解蚯蚓偏好阴暗、潮湿的环境，理解生物对环境的适应性。能力目标：学会设计“选择实验”（如干湿/明暗对比盒），提升数据分析与推理能力。情感态度：培养对土壤生物的关爱意识，体会“生物与环境相适应”的科学观念。3.探究过程（1）材料准备选择盒：长方形塑料盒（内部用隔板分成左右两部分，底部打孔透气）、干土（晒干的园土）、湿土（园土+水至手捏成团不散）、黑布（模拟阴暗环境）、手电筒（模拟光照）。实验生物：校园采集的健康蚯蚓（提前用湿纸巾保湿，避免损伤）。（2）实验设计干湿环境实验：左侧放干土，右侧放湿土，将5条蚯蚓放在隔板中间，盖盒盖（留透气孔），静置10分钟后统计两侧蚯蚓数量。明暗环境实验：左侧铺湿土+黑布遮光，右侧铺湿土+手电筒照射，重复上述操作。（3）数据分析与结论干湿实验：80%的小组观察到蚯蚓集中在湿土区（如5条蚯蚓中4条在湿土）；明暗实验：90%的小组观察到蚯蚓集中在阴暗区。结论：蚯蚓偏好阴暗、潮湿的环境，这是其适应土壤生活（避免干燥、躲避天敌）的表现。4.教学反思伦理注意：实验后需将蚯蚓放回采集地，强调“尊重生命”的科学态度；部分学生因“怕蚯蚓”不敢操作，可通过“小组分工（胆大同学操作，胆小同学记录）”缓解。拓展延伸：查阅资料分析“蚯蚓松土对植物生长的作用”，开展“蚯蚓与土壤肥力”的后续探究。三、物质科学领域探究案例（一）案例1：溶解的秘密——影响溶解速度的因素探究1.探究背景学生冲咖啡时发现“搅拌的咖啡溶解更快”，结合《物质的变化》单元，设计多变量对比实验，探究温度、搅拌、颗粒大小对溶解速度的影响。2.探究目标科学概念：理解溶解是物质在水中分散的过程，认识温度、搅拌、颗粒大小会影响溶解速度。能力目标：掌握“单一变量对比实验”的设计逻辑（如研究温度时，保持搅拌、颗粒大小一致），提升实验设计与数据处理能力。情感态度：体会“生活处处有科学”，培养基于证据的推理习惯。3.探究过程（1）材料准备溶质：冰糖（完整块、碾碎末）、食盐（备用对比）；溶剂：常温水（20℃）、热水（80℃，教师提前准备）。工具：透明烧杯（每组6个，标记A-F）、玻璃棒、秒表、电子秤（称量溶质质量，保证每组10g）。（2）实验设计（以冰糖为例）温度变量：A杯（常温水+完整冰糖+不搅拌）、B杯（热水+完整冰糖+不搅拌），观察并记录“完全溶解时间”。搅拌变量：C杯（常温水+完整冰糖+不搅拌）、D杯（常温水+完整冰糖+搅拌），重复记录。颗粒变量：E杯（常温水+完整冰糖+不搅拌）、F杯（常温水+冰糖末+不搅拌），重复记录。（3）数据分析与结论温度：B杯溶解时间（约2分钟）远短于A杯（约10分钟），说明温度越高，溶解越快。搅拌：D杯溶解时间（约5分钟）短于C杯（约10分钟），说明搅拌能加快溶解。颗粒：F杯溶解时间（约3分钟）短于E杯（约10分钟），说明颗粒越小，溶解越快。4.教学反思变量混淆：学生易同时改变多个变量（如既加热又搅拌），可通过“实验任务卡”明确变量控制要求（如“研究温度时，只能改变水的温度，其他条件打√”）。拓展延伸：探究“50ml水最多能溶解多少克冰糖”，理解“溶解度”的初步概念。（二）案例2：纸的承重奥秘——结构与强度的关系探究1.探究背景学生质疑“一张A4纸能托住多少本书？”结合《形状与结构》单元，设计“纸桥承重”实验，探究纸张折叠方式（平面、瓦楞、圆柱）对承重能力的影响。2.探究目标科学概念：认识物体结构（形状、排列）会影响其承重能力，瓦楞、圆柱结构能分散压力。能力目标：学会设计“结构对比实验”（控制纸张大小、材质、书本重量一致），提升动手实践与工程思维能力。情感态度：体会“技术优化源于科学探究”，培养创新设计意识。3.探究过程（1）材料准备纸张：A4打印纸（每组3张，统一品牌）；承重物：相同规格的数学课本（约200g/本）；工具：胶带（固定结构）、直尺（测量高度，保证结构高度一致）。（2）实验设计结构类型：平面组：将纸平铺在两个课桌之间（跨度20cm），缓慢加书，记录“纸张塌陷时的书本数”。瓦楞组：将纸折叠成瓦楞状（波浪形，峰谷间距3cm），同样跨度，加书记录。圆柱组：将纸卷成直径3cm的圆柱（两端用胶带固定），跨度20cm，加书记录。（3）数据分析与结论平面组：平均承重1.5本（约300g）；瓦楞组：平均承重5本（约1000g）；圆柱组：平均承重8本（约1600g）。结论：改变纸张结构（瓦楞、圆柱）能显著提升承重能力，因为结构变化分散了压力（瓦楞通过“峰谷”分散，圆柱通过“圆周”均匀受力）。4.教学反思结构稳定性：部分小组的圆柱结构易滚动，可通过“在圆柱两端粘贴圆形硬纸板”增强稳定性；瓦楞折叠的“峰谷数量”影响结果，可引导学生探究“不同瓦楞密度的承重差异”。拓展延伸：用瓦楞纸设计“抗震包装盒”，模拟运输中保护鸡蛋的任务，融合工程实践与科学探究。四、地球与宇宙科学领域探究案例（一）案例1：月相变化的模拟探究——基于模型建构的空间认知1.探究背景学生观察到“月亮形状总在变”，结合《宇宙中的地球》单元，设计“手电筒—乒乓球—人”的模型，模拟地球、月球、太阳的相对运动，探究月相成因。2.探究目标科学概念：理解月相是月球被太阳照亮部分的可见形态，其变化由地月日相对位置决定。能力目标：学会用模型模拟天体运动，提升空间想象与逻辑推理能力（如“满月时地月日的位置关系”）。情感态度：激发对宇宙探索的兴趣，体会“模型是科学研究的重要工具”。3.探究过程（1）材料准备光源：手电筒（模拟太阳，保持位置固定）；模型：乒乓球（模拟月球，表面涂白表示被照亮面）；观察者：学生（模拟地球，站在固定点）。（2）模拟实验位置设定：手电筒（太阳）在教室前方，学生（地球）站在教室中央，乒乓球（月球）在学生与手电筒之间（代表“新月”位置）。观察记录：学生手持乒乓球，绕自己（地球）逆时针转动一周（模拟月球公转），每转动30°（共12个位置），观察乒乓球“被照亮面”的可见形态，绘制月相图（如位置1：全黑（新月）；位置5：右侧半圆亮（上弦月）；位置7：全亮（满月）；位置11：左侧半圆亮（下弦月））。（3）数据分析与结论月相变化规律：从新月到上弦月、满月、下弦月、残月，再回到新月，周期约29.5天。成因总结：月球绕地球公转时，地月日相对位置变化导致“被太阳照亮的月球面”可见部分不同，形成月相。4.教学反思空间认知难点：学生易混淆“月球公转方向”与“月相变化方向”，可通过“标记乒乓球初始位置（贴小贴纸）”强化方向感知；部分学生难以理解“满月时月球在地球背向太阳一侧”，可结合“农历十五夜晚的月出时间（日落时升起）”辅助推理。拓展延伸：用手机APP（如“StarWalk”）观察实时月相，对比模拟实验结果，验证月相变化规律。（二）案例2：土壤的秘密——成分与性质的探究1.探究背景学生在种植活动中发现“不同地方的土颜色、手感不同”，结合《地球表面的变化》单元，设计“土壤成分分析”与“渗水性对比”实验，探究土壤的组成与特性。2.探究目标科学概念：了解土壤包含沙、黏土、腐殖质、水、空气等成分，不同土壤（沙质土、黏质土、壤土）的渗水性不同。能力目标：学会用“沉淀法”分析土壤成分，用“对比实验”探究渗水性，提升观察与分类能力。情感态度：树立“保护土壤资源”的意识，体会“土壤是生命的基础”。3.探究过程（1）材料准备土壤样本：校园花坛土（壤土）、河边沙土（沙质土）、农田黏土（黏质土，教师提前采集）；工具：烧杯、玻璃棒、滤纸、漏斗、铁架台、水（每组500ml）、托盘天平（称量土壤质量，保证每组100g）。（2）成分分析（沉淀法）取100g湿润土壤放入烧杯，加200ml水搅拌，静置30分钟，观察分层：上层漂浮物（腐殖质）、中层浑浊液（黏土）、下层沉积物（沙、小石子）。（3）渗水性实验装置：漏斗垫滤纸，放入100g土壤，置于烧杯上方；操作：缓慢倒入100ml水，记录“水完全渗透的时间”。对比结果：沙质土（约1分钟）>壤土（约3分钟）>黏质土（约8分钟）。（4）结论总结成分：土壤由固体（沙、黏土、腐殖质、矿物质）、液体（水）、气体（空气）组成。渗水性：沙质土颗粒大、孔隙多，渗水性强；黏质土颗粒小、孔隙少，渗水性弱；壤土介于两者之间。4.教学反思实验耗时：沉淀法需30分钟，可提前一天分组预处理，课堂上直接观察结果；渗水性实验中“倒水速度”易影响结果，可通过“用滴管匀速滴水”控制变量。拓展延伸：调查校园土壤的“植被类型”，分析“土壤与植物分布的关系”（如沙质土种耐旱植物，黏质土种耐涝植物）。五、课程实施建议（一）教学准备策略1.材料选择：优先选用生活易得材料（如饮料瓶、吸管、种子），降低成本；危险材料（如热水、尖锐工具）由教师提前处理或替代（如用温水代替热水，用塑料刀代替金属刀）。2.安全预案：实验前明确“三不原则”（不尝不明物质、不直接用手接触腐蚀性物质、不随意混合化学试剂）；蚯蚓实验后需洗手，避免过敏。3.分组优化：采用“异质分组”（按动手能力、性格互补），每组4-5人，明确“操作员、记录员、汇报员、材料员”分工，避免“搭便车”现象。（二）教学引导策略1.问题驱动：用“认知冲突”激发探究欲，如“纸很软，为什么能托住书？”“蚯蚓生活在土里，为什么不会闷死？”2.思维可视化：用“实验记录单”（含假设、变量、数据、结论）引导学生梳理逻辑；用“思维导图”总结探究过程（如“植物向光性”的因果关系图）。3.差异化指导：对能力弱的小组，提供“步骤卡”（如“溶解实验步骤：1.称取10g冰糖…2.倒入50ml常温水…”）；对能力强的小组，提出拓展问题（如“探究‘搅拌速度’对溶解的影响”）。（三）评价与拓展策略1.过程性评价：关注“实验操作规范性”“小组合作有效性”“数据记录真实性”，采用“星级评价表”（如“变量控制★★★”“结论推理★★★”）。2.成果展示：组织“科学小论坛”，让小组汇报探究发现；制作“科学手抄报”，融合实验数