一、研究背景与理论基础

（一）现实诉求：科学探究能力培养的时代定位

政策导向与教育目标的紧密结合《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确将“科学探究与实践”定位为核心素养的关键维度，要求学生通过实验探究构建起“提出问题—设计方案—获取证据—得出结论”的科学思维链条^[1]。然而，目前小学科学实验教学中存在“重视演示而轻视探究”“重视结论而忽视过程”的问题，学生往往被动地执行实验步骤，缺少自主提问、方案设计以及批判性思考的机会，这导致了探究能力的滞后发展。根据对某市5所小学的调查结果显示，83%的实验课程以教师演示为主导，学生的自主操作时间不足20分钟，而只有12%的学生在实验过程中提出过具有创新性的问题。

儿童认知发展的内在需求皮亚杰认知发展理论指出，7—11岁儿童处于具体运算阶段，需通过动手操作、观察比较等具象化体验建构知识。科学实验作为连接理论与实践的桥梁，能有效激活学生的探究本能，培养观察、分类、推理等基础能力，为抽象思维发展奠定基础。心理学研究表明，该阶段儿童的动手操作能使大脑神经元连接效率提升40%，实验探究活动可显著增强其问题解决的迁移能力。

（二）理论支撑：探究能力培养的核心框架

建构主义学习理论维果茨基“最近发展区”理论强调，学生通过与环境互动、同伴协作实现认知建构。实验教学中，教师需创设“脚手架”，引导学生在自主探究中发现问题、验证假设，逐步形成科学探究的方法与策略。例如，在“植物生长条件”实验中，教师可先提供“水、阳光、土壤”等变量的提示，再逐步引导学生自主设计多变量对照实验。

科学探究能力三维模型参照美国《K—12科学教育框架》，将小学阶段科学探究能力分成三个部分：

操作技能（实验器材使用、数据记录等）；

思维能力（提出问题、逻辑推理、批判性思维）；

实践能力（方案设计、团队协作、问题解决）^[2]。

三者相互依存，构成螺旋上升的能力发展体系。低年级学生以操作技能培养为主，如学会使用放大镜观察昆虫；中高年级逐步过渡到思维与实践能力的综合培养，如设计“影响电磁铁磁力大小”的实验方案。

二、小学科学实验教学中探究能力培养的现状分析

（一）调查设计与实施

采用混合研究法，对某市5所小学12名科学教师及360名学生开展调查：

教师问卷：聚焦实验教学目标、方法、评价方式，回收有效问卷10份，问卷信度系数为0.89；

学生访谈：围绕实验兴趣、参与度及困难，选取30名学生进行半结构化访谈，访谈提纲经专家效度检验；

课堂观察：记录20节实验课，运用弗兰德斯互动分析系统，分析师生互动模式与探究活动设计。

（二）现存问题与归因

80%的教师将实验课定位为“知识验证工具”，如“浮力实验”中，教师直接给出“浮力大小与排开水量有关”的结论，学生仅需按步骤操作验证，缺乏“为什么测排开水量”“如何设计对比实验”的深度思考。这一现象与刘恩山指出的“重结论轻过程”的教学误区高度吻合^[3]。

课堂观察显示，65%的实验课遵循“教师讲解—示范操作—学生模仿—记录数据”的固定模式，学生实验报告中“实验步骤”“现象结论”的重复率高达90%，反映出探究过程的同质化与创造性缺失。夏金财的实证研究也指出，传统实验教学对学生自主探究空间的压缩是共性问题^[4]。

教师普遍采用“实验报告完成度”“数据准确性”作为主要评价指标，仅有20%的教师关注学生在实验中“提出问题的质量”“方案设计的创新性”及“合作中的思维贡献”，导致学生形成“重结果轻过程”的功利化倾向。

三、小学科学实验教学中探究能力培养的实践策略

（一）问题驱动

结合儿童生活经验设计探究主题，如“家庭节水实验”“植物向光性观察”，通过视频、实物展示引发认知冲突。例如在“影子的秘密”实验中，教师让学生观察不同时段校园内树木影子的变化，提问：“为什么影子长短、方向会变？影子形状与物体有什么关系？”将日常现象转化为可探究的科学问题。

推行“开放式实验设计”，提供多元器材（如探究“影响摆速的因素”时，除标准摆锤外，增设不同质量的砝码、长短可调的棉线），让学生自主选择变量、设计对比实验。下表（表3.1）为某小组“摆速与摆长关系”的方案设计：

表3.1

引入“证据链分析法”，要求学生在实验中记录“观察到什么现象—这些现象说明什么—与假设是否一致—可能的误差来源”。例如“水的浮力”实验中，学生发现“橡皮泥捏成船形能浮起”，需进一步分析“形状改变如何影响排开水量”“浮力大小与排开水量的数学关系”，将感性认识上升为理性分析。

（二）实践建构

针对低年级学生（3—4年级），设计“观察—描述—简单推理”任务，如“蜗牛的生活习性观察”，要求记录蜗牛的运动方式、食物偏好；针对高年级学生（5—6年级），开展“控制变量实验”“对比实验设计”，如“种子发芽条件探究”，让学生自主设计“水、空气、温度”三变量的对照实验。

结合数学、信息技术等学科，提升实验的综合性。例如“测量摆的周期”实验中，学生需用秒表记录时间、用表格统计数据，并用Excel绘制“摆长—摆动次数”折线图，分析变量关系；“自制显微镜”实验则融合科学（光学原理）、技术（器材组装）、工程（结构设计）、数学（放大倍数计算），培养STEM素养。

开设“科学探究社团”，开展“鸡蛋撞地球”“水火箭制作”等长周期项目，要求学生经历“方案设计—材料测试—改进优化”全过程；布置“家庭小实验”，如“发酵面团观察”“静电现象探究”，通过录制实验视频、撰写家庭科学日记，将探究从课堂延伸至生活。

（三）评价反馈

过程性评价：捕捉探究能力发展轨迹设计“探究能力成长档案袋”，收录学生的实验方案、观察记录、反思日志、小组合作视频等，重点需要关注以下三个方面：

提问质量：是否能从现象中提出可验证的科学问题；

思维深度：是否能运用归纳、演绎等逻辑方法分析数据；

创新表现：是否提出独特的实验设计或问题解决方案。

档案袋中还可包含学生对同一项实验的多次改进记录，如“电路连接”实验中，从简单串联到复杂并联的设计演变过程。

采用“实验操作秀”“科学辩论赛”等形式，让学生在真实任务中展示能力。例如在“设计保温杯”项目中，评价指标包括：功能性（保温效果是否达标）；创新性（材料选择与结构设计是否新颖）；协作性（小组分工是否合理，沟通是否有效）。

在“校园节水方案设计”展示中，学生需通过PPT汇报、模型演示、数据论证等环节，综合展现探究能力。

关注个体进步与能力增值通过前后测对比分析学生的能力变化，采用《小学生科学探究能力量表》（自编，信效度系数分别为0.85、0.82），从“问题提出”“方案设计”“证据收集”“结论推理”四个维度量化评估，为每个学生绘制能力发展曲线图，针对性调整教学策略。某学生在“问题提出”维度的前测得分为22分，经过一学期训练后提升至30分，教师据此为其提供“复杂问题拆解”的进阶训练。

四、实证研究：探究能力培养的效果验证

（一）研究设计

选取某市A小学6年级2个平行班作为研究对象，实验班（35人）采用上述“问题驱动—实践建构—评价反馈”模式，对照班（34人）采用传统实验教学法，周期为16周，开展8次探究性实验。实验期间，实验班每周安排2课时进行开放式实验设计，对照班按教材完成规定实验。

（二）数据收集与分析

量化数据：能力量表与学业成绩对比实验后，实验班学生在“问题提出”“方案设计”维度的得分显著高于对照班（p<0.05），如下表（表4.1）所示：

表4.1

同时，实验班学生在期末科学素养测试中，“探究应用题”得分率为78%，显著高于对照班的56%（χ²=12.34,p<0.01）。

实验班学生在访谈中普遍表示：“现在做实验前会先想‘为什么要这样做’‘有没有其他方法’”“小组讨论时我们会争论变量控制的问题”。实验报告显示，实验班学生的“实验改进建议”“误差分析”篇幅占比达30%，而对照班仅为10%，反映出批判性思维与反思能力的提升。

五、结论与展望

（一）研究结论

通过问题驱动激发探究动机、实践建构提供能力载体、评价反馈指引发展方向，形成“目标—过程—评价”闭环，显著提升学生的问题提出与方案设计能力。

贴近生活的探究主题、自主选择的实验材料、多元包容的探究空间，能有效激活学生的创造性思维，培养科学探究的核心素养。

过程性、表现性、增值性评价的结合，使教师能实时捕捉学生的能力短板，提供个性化指导，实现“教—学—评”一体化。

（二）研究展望

信息技术与探究性实验的深度融合，如利用虚拟仿真实验拓展探究边界，开发“AI实验助手”实时反馈学生操作问题；

跨校际、跨区域的探究性实验资源共建共享机制，建立区域小学科学实验资源库；

长周期探究项目对学生科学态度与创新精神的影响，开展为期1年以上的“科学探究马拉松”项目，追踪学生的兴趣持续度与能力发展轨迹，为构建“全周期”科学探究能力培养体系提供更丰富的实证依据。

通过持续优化实验教学策略，小学科学教育定能成为孕育科学素养的沃土，让每个孩子都能在探究中感受科学的魅力，发展适应未来的核心能力。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部。义务教育科学课程标准（2022年版）[S].北京：人民教育出版社，2022.

[2]NationalResearchCouncil.AFrameworkforK-12ScienceEducation:Practices,CrosscuttingConcepts,andCoreIdeas[M].Washington,DC:NationalAcademiesPress,2012.

[3]刘恩山。科学探究能力的构成及教学策略[J].课程・教材・教法，2019(5):98-103.

[4]夏金财。培养小学生科学探究能力的实践研究[J].教育探索，2018(7):71-73.