学科素养视域下小学科学教学设计与实施研究

摘要：《义务教育科学课程标准（2022年版）》中明确提出科学课程的核心素养包括：“科学概念、科学思维、探究实践、态度责任。”在新质生产力的发展背景下，培养科技人才是科技强国的重要战略任务。科学教育是科技人才培养的基础教育，小学阶段的学生对新事物好奇心较重，具有较强的求知欲和探索欲，在小学阶段加强科学教育，促进学科素养的养成对于科技人才的培养有一定的帮助。基于此，研究在学科素养的视域下，以小学阶段学生为例，对小学科学教育活动展开了探究分析；并分析了学科素养下如何开展小学科学教学；最后以科教版小学科学四年级上册《食物在身体里的旅行》教学为例，对教学设计进行了阐述分析。旨在在新质生产力发展的背景下，加强科技人才的培养研究，促进学生科学素养的培养和提升。

关键词：学科素养；小学科学；教学设计

一、引言

在学科素养视域下开展小学科学教学设计与实施研究，是顺应国家教育政策导向、深化基础教育改革的重要实践。近年来，我国教育领域持续推进核心素养培育，2022年修订的《义务教育科学课程标准》明确将科学观念、科学思维、探究实践、态度责任列为科学学科核心素养，强调通过真实情境中的问题解决活动，引导学生形成跨学科综合能力[1]。教育部在《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中进一步提出，要构建以核心素养为导向的课程体系，将学科育人价值融入教学设计。在此背景下，小学科学课程不仅需传授基础科学知识，更需通过探究式学习、工程实践等创新模式，培养学生的批判性思维、计算思维及工程实践能力。教师突破传统知识本位的教学模式，以素养培育为目标重构教学内容与评价方式，推动科学教育从“知识灌输”向“素养导向”的深度转型。

二、学科素养视域下小学科学教学的对策

（一）提前预设教学结果

小学科学教学要致力于对学生的学科素养的培养，为学生的个人成长夯实基础，紧跟时代的需求，探索设计框架[2]。在学科素养的培养视域下，可以采用“逆向思维”的方式，提前预设教学结果，开展教学活动设计，确保教学的创新性。逆向思维教学设计思路见下图1：

图1 逆向思维科学教学设计思路

逆向思维的关键就是以学科素养培育为锚点，将“预期成果”作为教学设计的逻辑起点。教师需基于科学观念、探究实践、科学思维等核心素养目标，反向推演学生应达成的具体表现。这一过程将素养目标转化为可观测的行为表现，使教学设计从“经验导向”转向“证据导向”。逆向思维不仅确保教学环节紧扣素养内核，更通过“目标—证据—活动”的闭环设计，推动学生像科学家一样思考、像工程师一样实践，在主动建构知识的过程中实现思维进阶。

（二）创新教学活动设计

在学科素养视域下，小学科学教学活动的创新设计需要突破传统知识传授模式，转向以核心素养培育为导向的深度教学范式。教学活动设计应立足科学观念、科学思维、探究实践和责任态度四个维度，构建“情境——问题——探究——迁移”的闭环学习路径[3]。通过创设结构化的问题情境，引导学生经历“现象观察→假设生成→方案设计→证据收集→结论论证”的完整科学实践过程，在此过程中着重发展学生的模型建构、推理论证和创新思维等关键能力。

（三）科学设计教学评价

在学科素养的视域下，要根据学科素养的评价标准，动态评估学生的学习全过程，将评价的重心置于课堂表现以及作品评价两个方面，验证教学目标的达成。评价量表需要强调学生的实践能力以及科学素养，评价量表的设计思路见下表1：

表1 评价量表设计思路

总而言之，小学科学教学评价的科学设计需要突破传统单一知识检测模式，建立“三维四阶”的立体评价体系。“三维”即评价内容需涵盖科学观念理解度、科学思维发展度和探究实践能力度，通过设计阶梯式评价任务，从记忆性问答逐步过渡到开放性实践项目，实现对学生认知发展的全程追踪。“四阶”评价体系包含诊断性评价、形成性评价、表现性评价和发展性评价，形成螺旋上升的评价闭环。除了借助评价量表进行评价，还可以开发评价工具，评价工具开发应注重量化数据与质性分析的有机结合，例如运用概念图谱分析科学观念的结构化程度，通过实验操作录像评估探究流程的规范性，借助论证写作考察逻辑推理的严谨性。特别要引入“错误分析”机制，将学生的迷思概念转化为教学资源，推动评价从“结果判定”转向“过程优化”。

三、学科素养视域下小学科学教学的设计实施——以科教版小学科学四年级上册《食物在身体里的旅行》教学为例

（一）教材解析

《食物在身体里的旅行》选自科教版小学科学四年级上册第二单元《呼吸与消化》。设计深度融合了科学观念、科学思维与探究实践的素养培育目标。课程通过“旅行”这一隐喻，将抽象的消化系统转化为具象的探索路径，引导学生构建“结构与功能相适应”的科学认知框架。

课程以“食物旅行路线”为主线，帮助学生建立消化系统的整体概念。学生通过绘制初始消化路径图，对比科学家绘制的人体消化系统图，逐步修正前概念认知，明确食物在口腔、食道、胃、小肠、大肠等器官中的顺序流动。例如，通过对比实验发现，湿润软化的细碎食物更易通过食道，印证了口腔中牙齿咀嚼与唾液润滑的协同作用；而模拟胃的蠕动实验中，学生通过揉捏塑料袋观察食物由块状变为糊状的过程，直观理解胃的机械消化与化学消化功能。这种从现象到本质的探究过程，使学生深刻认识到各消化器官的结构特征与其功能的内在联系。

（二）学情分析

四年级学生正处于从具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键期，对《食物在身体里的旅行》这一课题既有浓厚兴趣，又存在认知局限。生活经验方面，多数学生能感知食物入口到排泄的过程，但对消化器官的具体位置、功能及协同作用缺乏清晰认知，常将“胃”与“肠”混淆，或误认为食物在体内“直线通过”。在科学思维层面，学生具备初步的观察与比较能力，能通过模拟实验发现食物形态变化，但难以将实验现象与器官功能建立逻辑关联。

在本课学习中，学生通过认识各部分消化器官的功能，可以形成对各部分消化器官的科学认识，并能初步明确身体内部有一整套的器官来分解食物，食物进入人体以后是在一整套消化器官作用下才被吸收利用的。

（三）教学目标

（1）素养目标

基于学科核心素养，本课的素养教学目标总结见下表2：

表2 《食物在身体里的旅行》素养教学目标

（2）教学重难点

教学重点：知道各个消化器官的功能是由其相应结构决定的。

教学难点：理解并具体说出食物消化是由多个器官共同协作而完成的过程。

（四）教学设计

（1）聚焦问题，激发兴趣

在课程导入环节，教师可采用多感官体验策略创设生活化情境，有效激活学生的前概念并引发认知冲突。教师首先播放精心准备的食物咀嚼声和胃部蠕动音效的音频素材，要求学生闭目聆听并展开想象。随后抛出核心问题：“当食物进入我们的身体后，会经历怎样的奇妙旅程？”学生基于已有生活经验，在记录本上独立绘制食物旅行路线草图，要求标注关键站点名称和行进方向。

完成初步构想后，学生以4-6人小组为单位展开分享与辩论。在交流过程中，学生需要解释自己的路线设计依据，并对同伴提出的不同观点进行质疑和讨论，例如针对“胃后面连接小肠还是大肠”这类关键节点展开思辨。教师巡视各组，通过观察和记录收集具有代表性的错误认知，如“食物会直接掉进胃里”、“大肠比小肠更重要”等概念。这些认知偏差将被作为后续建模活动的重要教学资源。

该导入环节通过听觉刺激调动感官体验，借助草图绘制外化思维过程，利用小组辩论激发认知冲突，最终实现三个关键目标：一是将抽象的消化过程转化为具象可感的问题情境；二是暴露并诊断学生的前科学概念；三是为后续的探究活动创设真实的问题驱动。这种教学设计既遵循了概念转变的教学原理，又契合小学生以具体形象思维为主的心理发展特点，为整个单元的学习奠定了良好的认知基础和情感基调。

（2）找到食物在人体的“旅行”路线

在小学科学教学中，以旅行地图为隐喻构建消化系统概念的教学设计，创造性地将抽象生理过程转化为具象化可操作的探究体验。该教学设计通过物理模拟与数字验证的双重路径，构建了完整的科学概念形成闭环。学生首先分组利用生活化材料搭建物理消化模型，将面包块作为食物旅行者沿自制通道移动，通过触觉观察食物形态的阶段性变化，同步绘制初步的消化路线假设图。继而借助AR技术扫描特制T恤模型，动态呈现标准消化路径的三维影像，学生通过对比实验记录与数字模型的差异，自主修正器官位置排序，补充关键功能标注。这种具身认知结合增强现实的融合策略，既保留了动手实验促进空间思维发展的优势，又通过即时可视化反馈解决了传统实验中不可见过程的认知难点，使消化吸收这一微观生理过程转变为可测量可验证的显性学习轨迹，最终实现从具体经验到抽象概念的思维跃迁。

（3）认识人体的消化器官

以“器官名片”为载体，通过结构与功能关联，深化科学理解。教师提供“器官工具包”（如牙齿模型、胃液PH试纸、小肠绒毛放大图），学生分组探究各器官功能：口腔组：用牙齿模型咀嚼饼干，观察唾液湿润与淀粉变化（碘酒检测）。胃组：用醋模拟胃酸，观察蛋清在酸性环境中的溶解。小肠组：用纱网过滤“消化液”，对比过滤前后物质差异。学生为各器官设计“名片”（含名称、位置、功能、保护建议），小组内互评并优化。通过“工具包探究+名片设计”，将器官结构与功能关联，强化“结构决定功能”的科学观念。

（4）如何保护消化器官？

在科学课堂教学中，教师可以引导学生以“健康顾问”的角色进行角色扮演活动，将抽象的消化系统知识转化为实用的生活实践技能。教师首先呈现两个典型生活案例：小明因暴饮暴食导致胃部疼痛不适，小红因长期食用冷饮引发持续性腹泻。学生以4-6人小组为单位，运用已学的消化系统知识分析案例病因，并针对性地提出专业建议和解决方案。

在深入分析案例后，各小组需要根据人体消化器官的结构特点和功能原理，设计一份科学合理的“一日健康食谱”。这份食谱要求包含三个主要部分：早餐需选择软质易消化的食物，减轻晨起时消化系统的负担；午餐应注重膳食纤维的合理搭配，促进肠道蠕动和营养吸收；晚餐则要控制食物量和进食时间，避免加重夜间消化负担。每个食谱设计都需要附上详细的理论依据，说明食物选择与消化器官功能之间的科学关联。

通过这种角色扮演与生活实践相结合的教学方式，学生不仅能够巩固消化系统的理论知识，更能培养将科学知识应用于实际生活的能力。在活动过程中，学生需要综合运用分析推理、问题解决和创造性思维等多种高阶认知技能，最终实现科学素养的全面提升。教师可以通过观察学生的讨论过程、评估食谱设计的科学性以及听取小组汇报等方式，全面了解学生对消化系统知识的掌握程度和应用能力。

四、总结

综上所述，核心素养背景下的小学科学课程主要以培养学生的核心素养为目标，为学生的终身发展夯实基础。通过优化教学方式、联系生活实际和应用信息技术等多样化的教学策略，教师引导学生在掌握科学知识的基础上，理解科学课程的本质与内涵，深入体验观察、实验、推理等基本的科学方法，以此充分锻炼学生的自主学习能力。这有助于学生形成科学观念，在参与科学课堂学习的过程中不断探究科学核心素养的本质，逐渐形成自觉意识，从而有效落实小学科学课堂培养目标。

参考文献：

[1]陈晓云.学科核心素养下小学科学微项目化学习范式研究[J].智力, 2023(13):163-166.

[2]李美荣.学科大概念下小学科学教学及提升科学素养的研究[J].时代教育, 2023:112-114.

[3]王小琦.规范 完整 关联——基于学科素养的小学科学课堂探索活动的优化策略[J].天津教育, 2023(6):159-161. 

作者简介：易明俊 1990.02.18 女 重庆 汉族 大学本科 小学二级教师 枝江市丹阳小学