摘要：本研究聚焦小学五年级科学探究实践活动的有效开展策略。针对五年级学生认知发展处于由具体运算向形式运算过渡的阶段、逻辑思维初步形成、合作与自主学习能力显著增强等特点，系统提出“深化思维导向、强化过程体验、注重方法引领、融入工程实践”的核心原则。研究构建了“真实问题情境创设—科学问题提出与聚焦—方案设计与优化—实证探究与数据收集—分析解释与模型建构—交流迁移与创新应用”的“六环探究”教学模式，深入阐述项目式学习、论证式探究、技术融合以及多元化过程性评价等关键策略。通过典型教学案例分析，论证了系统化策略实施对提升学生科学探究能力、工程思维以及科学态度的重要作用，旨在为小学高年级科学教育质量提升提供理论参考与实践范例。
关键词：小学科学；五年级；探究实践；高阶思维；工程实践
一、引言
小学五年级是学生科学素养发展的关键跃升期。该阶段学生正处于从具体运算向形式运算过渡的认知阶段，逻辑思维与问题解决能力显著增强。《义务教育科学课程标准（2022年版）》强调，高年级科学教学应引导学生经历完整探究过程，学会运用科学方法解决真实问题。然而，当前教学中仍存在探究活动浅表化、思维深度不足、工程实践融合不充分等现实问题。因此，构建符合学生认知发展规律、促进高阶思维与实践能力提升的探究教学策略体系，具有重要的理论价值与实践紧迫性。本研究结合课程标准、学情特点与教学实践，系统探索小学五年级科学探究实践的开展策略，为一线教学提供参考。
二、小学五年级科学探究实践的核心原则
开展五年级科学探究实践，需遵循以下核心原则，确保活动兼具挑战性与发展性。
（一）深化思维导向
活动设计应聚焦高阶思维培养，引导学生从“观察描述”向“解释成因”“建构模型”“设计解决方案”进阶，推动思维向概念层面攀升。例如，在探究电路时，学生不仅要观察灯泡亮灭的现象，更需分析电流路径与元件功能之间的内在关联。
（二）强化过程体验
重视学生在完整探究链条中的全程参与，使其在提出假设、设计实验、收集证据、分析结论的过程中，系统内化控制变量、重复验证等科学方法，体验科学工作的严谨性与实证精神。
（三）注重方法引领
通过提供实验设计单、论证模板等结构化支架，组织方案研讨与过程复盘，引导学生对探究过程进行主动计划、实时监控与系统反思，逐步培养元认知能力，推动从“学会”到“会学”的深刻转变，形成可持续的科学探究素养。
（四）融入工程实践
积极推动STEAM（科学、技术、工程、艺术与数学融合教育）融合策略，将探究任务转化为真实工程问题（如设计并测试承重桥梁模型），在科学原理应用、数字化工具使用、数学计算整合与迭代优化的完整流程中，全面激发学生创造力、合作能力与综合问题解决能力，实现学以致用，为适应未来科技社会奠定基础。
三、面向高阶思维的五年级探究教学模式：六环探究
基于上述原则，本研究构建了适用于五年级的“六环探究”教学模式。该模式强调探究的完整性、思维性与应用性，旨在引导学生像科学家一样思考、像工程师一样实践。该模式包括以下六个环节。
（一）真实问题情境创设
创设源于社会热点、生活实际或科技前沿的复杂、真实、有意义的问题情境。例如，针对校园垃圾分类不准确的现象，引出“如何设计帮助准确分类的智能垃圾桶”的项目；结合当地水资源状况，提出“家庭节水方案设计与推广”的课题。真实情境能赋予探究内在驱动力和社会意义。
（二）科学问题提出与聚焦
引导学生在复杂情境中识别、梳理并提炼出可探究的科学问题或可解决的工程问题。通过小组讨论、绘制思维导图等方式，将模糊的兴趣转化为明确、具体、可操作的研究问题。例如，从“智能垃圾桶”项目中聚焦“不同材料对传感器识别的干扰研究”“基于杠杆原理的桶盖自动开合结构设计”等子问题。
（三）方案设计与优化
这是发展规划与设计思维的关键环节。学生以小组为单位，制定详细的探究计划或工程设计方案，明确变量控制、材料工具、步骤流程、数据记录方式及潜在风险评估。教师组织方案论证会，引导各小组相互质疑、补充，推动方案细化优化，培养系统性思维和预先规划能力。
（四）实证探究与数据收集
学生依据优化后的方案，开展实验、观察、调查或制作活动。在此过程中，教师需强调操作的规范性、观察的细致性及数据记录的客观准确性，鼓励学生使用数字化工具（如传感器、数据采集器）进行精确测量，引导学生妥善处理探究中遇到的意外情况，培养其坚韧性和应变能力。
（五）分析解释与模型建构
引导学生对收集的数据、现象进行整理、分析和解读。运用图表处理数据、寻找规律，基于科学概念和原理进行解释，建构初步的模型（物理模型、概念模型或数学模型）。例如，根据摆长与摆动次数数据绘制曲线图，归纳“单摆等时性”规律，并尝试用能量转换的知识解释。
（六）交流迁移与创新应用
组织学生通过研究报告、模型展示、辩论会、听证会等多种形式，清晰、有逻辑地呈现探究过程、证据与结论。引导学生将探究所得迁移应用到新的情境中，或提出进一步的改进方案与新的研究问题。例如，完成“桥梁承重结构研究”后，鼓励学生应用所学原理设计更大跨度的桥梁模型，或将研究过程制作成科普微视频进行社区宣传。
四、促进深度学习的五年级探究实践关键策略
为确保“六环探究”模式的有效实施，需依托以下关键教学策略。
（一）项目式学习驱动深度探究
围绕一个核心主题或挑战，设计历时数周的项目式学习单元。例如，“设计校园生态微景观”项目可整合生物（动植物习性）、地理（光照水土）、工程（结构设计）等多学科知识。学生在完成项目的过程中，需要自主规划、合作研究、资源整合、产品制作与展示，综合锻炼其问题解决能力、协作与创新能力。教师角色转变为项目顾问和学习教练。
（二）论证式探究发展批判性思维
将有争议的科学问题或社会性科学议题引入课堂，引导学生基于证据进行论证。例如，“核能是清洁能源吗？”“本地是否应兴建化工厂？”学生需分组搜集、评估来自不同渠道的证据，构建自己的主张，并在班级辩论中捍卫自己的观点、反驳对方。这一过程能有效培养学生评估证据、逻辑推理和批判性思考的能力。
（三）数字化工具融合赋能精准探究
积极引入数字化实验系统、虚拟仿真软件、3D建模与打印、简易编程等教育技术。例如，使用温度传感器实时监测并记录水沸腾过程的温度变化曲线；利用编程软件模拟太阳系行星运动；使用3D打印制作自己设计的科学模型。数字化工具不仅能提升探究的精准度与效率，更能拓展探究的广度和深度，培养学生的信息素养和技术应用能力。
（四）多元化过程性评价促进全面发展
建立涵盖知识、能力、态度等多维度且贯穿探究全程的评价体系。除了传统的实验报告，更应重视：表现性评价——对学生在设计方案、实验操作、模型制作、成果展示等真实任务中的表现进行评价；成长档案袋评价——收集学生的方案草图、原始数据记录、反思日志、修改稿等，呈现其思维发展与能力成长的轨迹；同伴与自我评价——设计量规，引导学生开展小组互评和个人自评，提升其评价与反思能力。评价结果应注重描述性反馈，明确指出优点与改进方向。
五、教学实践案例综合评析
以“设计制作一个太阳能热水器”为例，对本研究提出的模式与策略进行综合评析。
（一）案例概述
本单元是“能量”主题的拓展项目。教师创设情境：为山区一所缺少稳定热水供应的小学提供解决方案。核心任务：以小组为单位，设计并制作一个性能优良的简易太阳能热水器模型，并进行效能测试与评比。
（二）实施流程与策略应用
1.问题提出与聚焦（融入论证式探究）
学生首先讨论“哪些因素可能影响太阳能热水器的效率”，通过头脑风暴和初步文献调研，提出“材料颜色、集热器角度、保温层、水量”等多个假设。各组选定一个主攻因素进行深入研究。
2.方案设计与优化（工程实践与计划）
各组绘制设计图，撰写方案书，详细说明原理、材料选择、测试方法（如控制变量法）。在班级方案论证会上，各组陈述方案并接受质询，如“你如何保证测试时光照条件一致？”“为何选择泡沫而非棉花保温？”，促使方案不断精细化、科学化。
3.制作、测试与数据收集（技术融合）
学生利用废旧材料（如纸盒、铝箔、塑料瓶、黑色涂料）制作模型。使用温度传感器连接平板电脑，实时采集和记录水温变化数据，生成水温变化曲线图，实现精准测量。
4.分析解释与模型建构（思维深化）
各组分析温度曲线，比较不同设计（如有无反射板、不同倾角）的升温效果，尝试用“深色物体吸热能力强”“入射角影响受热面积”等科学原理解释现象，并总结出优化设计的一般性原则。
5.交流迁移与创新应用（项目成果转化）
举办“太阳能热水器设计博览会”，各组展示模型、数据报告和设计理念。评选“最佳效能奖”“最佳创意奖”“最佳工程奖”等。引导学生反思设计局限，提出在真实环境中可能面临的挑战（如天气、成本），并思考如何将原理应用于汽车防晒、农业大棚等更广领域。
（三）评析
此案例成功体现了五年级科学探究的进阶性。它以一个真实的工程任务贯穿始终，融合了科学探究与工程设计流程。学生在其中不仅学习了光热转换知识，更深入实践了变量控制、数据采集与分析、基于证据的论证等科学方法，锻炼了系统设计、动手制作、合作交流和创造性解决问题的能力。论证会、数字化工具的使用和多元评价的引入，有效支撑了深度学习的开展，充分体现了思维导向和过程体验的核心原则。
六、实践反思与教师支持体系构建
（一）实践反思
实施上述策略既对教师提出了更高要求，同时需应对现实挑战。
1.课时与深度的矛盾
项目式学习等完整探究需要大量时间。解决方案包括：课内外结合，将资料搜集、方案设计、部分制作环节布置为课外任务，课堂聚焦关键讨论、难点突破和成果交流；单元整体重构，打破单课时限制，以大单元视角整合内容，围绕核心概念设计连贯的探究活动序列。
2.资源与安全的保障
开放性探究对材料、工具和场地提出更高要求。学校应建立“科学探究资源中心”，提供常用工具和基础材料。同时，必须建立严格的实验室安全规范和项目风险评估机制，加强学生安全教育，在鼓励创新的同时守住安全底线。
（二）对教师专业发展的建议
教师需从知识传授者转变为学习设计师、资源提供者和思维促进者。为此，教师需要深化跨学科理解，主动学习工程、技术领域的基本知识和方法；提升探究活动设计能力，掌握项目式学习、论证式教学等设计方法。此外，应构建专业学习共同体：教育部门应提供相关专题培训与研修机会，校内教研组常态化开展基于真实教学案例的研讨，校际共享优秀的项目设计和评价工具。
七、结语
小学五年级的科学探究实践，是连接感性认知与理性思维的重要桥梁。其核心使命在于，通过精心设计的、富有挑战性的真实任务，引导学生超越表浅的操作，走向深度的思考；超越零散的知识，走向整合的应用；超越被动的接受，走向主动的建构。本文所提出的原则、模式与策略，旨在为这一阶段的科学教学提供一个系统的框架。它要求教育者以发展学生的高阶思维和综合素养为目的，勇于变革教学方式，善于搭建学习支架，精于设计评价反馈。
当学生能够在科学课堂中持续经历“像科学家一样思考，像工程师一样创造”的完整历程时，他们所内化的将不仅是具体的科学概念，更是一种理性的思维方式、一种积极的实践品格和一份面对未来复杂世界的问题解决自信。通过完整探究过程、跨学科融合与技术赋能等方式，培养学生的科学思维与实践能力，这正是小学高年级科学教育理应追求的核心价值。
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本文系广东省教育科学规划2025年度中小学教师教育科研能力提升计划项目“小学科学探究实践开展的策略研究”阶段性研究成果（立项编号：2025YQJK0851）
