乡镇小学科学素养培育的“三维驱动·四阶唤醒”体系

一、引言：科学教育在乡镇小学的现实困境与时代诉求

进入21世纪以来，全球科技创新加速演进，科学素养不仅关乎个体理性思维与生活质量的提升，更成为国家创新人才培养的根基。《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确提出，科学教育应“激发探究兴趣，体验探究过程，发展科学思维，培养科学态度与社会责任”。然而，在我国城乡教育发展仍不均衡的宏观背景下，乡镇小学的科学教育实施面临多重结构性矛盾。

首先，实验教学长期处于“有名无实”状态。许多乡镇学校实验室器材配置陈旧、更新缓慢，部分精密仪器成为“陈列品”，实验耗材补充不及时，导致教材规定的分组实验难以开展，“讲实验、看实验、画实验”代替“做实验”成为常态。其次，科学课程地位边缘化。受应试教育传统观念影响，科学课常被视作“副科”，课时被挤占、教学要求被降低，学生、家长乃至部分教师对其价值认知模糊。再次，教学方式陈旧，探究流于形式。即便开展实验，也多限于验证已知结论的“菜谱式”操作，学生按步骤完成，缺乏真正的疑问生成、方案设计与反思批判，科学实验的思维训练价值未能充分释放。最后，教师专业发展支撑薄弱。乡镇科学教师常身兼多职，专业交流平台缺失，教研氛围淡薄，容易陷入“经验循环”，难以实现从“经验型”向“研究型”教师的转型。

上述困境交织，导致学生科学素养发展出现“断层”：兴趣与知识脱节、活动与思维割裂、学习与生活分离。如何突破资源与观念的双重局限，构建一套契合乡镇实际、以实验教学为支点的科学素养培育体系，成为亟待破解的现实命题。本研究立足笔者14年乡镇科学教学实践，通过持续的行动研究，尝试探索一条可操作、可迁移的系统化路径，以回应科学教育的时代呼唤与乡镇教育的真实需求。

二、理论框架：“三维驱动·四阶唤醒”体系的构建逻辑与学理基础

科学素养的培育是一个系统性、渐进性、内化性的过程，需统筹资源、教学、评价等关键要素，并遵循学生认知与心理发展规律。基于此，本研究构建了“三维驱动·四阶唤醒”体系。

（一）三维驱动：构建素养培育的系统化支撑体系

1.资源驱动：从“依赖标准”到“开放生成”的资源观重构,资源是科学探究的物质基础。乡镇学校不能拘泥于“等、靠、要”的标准器材思维，而应树立开放、多元、动态生成的资源观。本研究构建了“标准器材+本土材料+数字资源+社会资源”四位一体模式：

(1)盘活存量：精细化管理实验室，挖掘陈旧器材的新用途；

(2)开发本土资源：利用农村自然环境（岩石、土壤、动植物）、农业生产（种植养殖）、生活废弃物（塑料瓶、纸箱、旧电线）等，开发低成本、高教育价值的实验材料；

(3)整合数字资源：运用科普视频、虚拟实验、传感器等突破时空与微观宏观限制；

(4)链接社会资源：邀请农技员、非遗传承人、科技工作者进课堂，拓展科学教育的文化与社会维度。

资源驱动不仅解决“有物可用”的问题，更让科学探究扎根乡土、贴近生活，承载文化认同与情感联结。

2.教学驱动：从“知识传授”到“素养生成”的教学流程再造

教学是素养培育的核心环节。本研究提炼出“疑-策-做-析-拓”五步探究教学法，推动实验教学从“教师中心、结论导向”向“学生中心、过程导向”转型：

(1)疑（情境激趣，提出问题）：创设真实、有趣、富有挑战性的情境，引导学生提出可探究的科学问题；

(2)策（启发思维，制定方案）：鼓励学生提出假设，合作设计实验方案，强化变量控制等科学方法；

(3)做（动手实践，收集证据）：规范操作、细致观察、如实记录，培养严谨求实的科学态度；

(4)析（处理信息，得出结论）：整理数据、分析推理、组间交流、质疑辩论，发展科学思维；

(5)拓（联系实际，迁移应用）：将结论应用于解释现象、解决问题或提出新问题，体会科学价值。

五步流程环环相扣，将探究的自主权还给学生，使实验课成为有目的、有结构、有深度的素养成长之旅。

3.评价驱动：从“分数取向”到“发展导向”的评价体系重建

评价是素养发展的“导航仪”。本研究建立了“四维”评价体系，突出过程性、表现性与发展性：

(1)课堂表现记录：关注提问、发言、合作、倾听等行为，即时给予激励；

(2)探究过程档案袋：收集实验设计、原始记录、反思日志等，呈现成长轨迹；

(3)实践作品评价：从科学性、创新性、实用性等维度评价科技制作、调查报告等；

(4)核心概念测评：在纸笔测试中增加解释现象、设计实验、分析数据等题型，考察思维与应用。

评价贯穿教学始终，实现“以评促学、以评导教”，使素养发展可观察、可评估、可反馈。

（二）四阶唤醒：描绘素养发展的阶梯化心理路径

“四阶唤醒”描述了学生在实验教学中科学素养逐步内化的心理进阶过程，每一阶均以前一阶为基础，形成连续发展的阶梯：

1.第一阶：激发兴趣——叩开科学之门

目标：引发好奇、产生疑问、激发主动探究欲望。

策略：依托资源驱动中的新奇材料、生活素材，以及教学驱动中的“疑”环节，通过魔术化实验、故事化情境、悬念式提问制造认知冲突。

案例：《溶解》课上，教师出示清水与盐水，放入马铃薯后一沉一浮，学生惊呼：“水有魔力吗？”瞬间点燃探究热情。

2.第二阶：思维发展——点亮科学之灯

目标：初步形成基于证据的逻辑思维、批判性思维与创新思维。

策略：依托教学驱动中的“策”与“析”环节，鼓励大胆猜想、引导方案设计、组织数据论证，并通过评价驱动关注思维过程。

案例：探究电磁铁磁力大小时，学生猜想与电池节数、线圈匝数有关，教师追问：“如何证明是线圈匝数的影响？”引导学生设计控制变量的对比实验。

3.第三阶：实验探究——历练科学之技

目标：掌握观察、测量、控制变量、记录分析等探究技能，养成严谨、合作、实事求是的科学态度。

策略：依托教学驱动中的“做”环节，提供充足实践条件，强调操作规范、分工合理、数据真实。

案例：在“水火箭”制作项目中，学生需精确测量水量、调整尾翼角度、记录发射高度与变量关系，体验完整的工程设计与测试流程。

4.第四阶：素养内化——铸就科学之魂

目标：将知识、方法、态度转化为稳定的心智习惯与价值取向，能用科学眼光看待世界，初步形成社会责任感。

策略：依托教学驱动中的“拓”环节与评价驱动中的价值考察，引导知识迁移、参与社会性科学议题讨论、践行环保等行动。

案例：学习《古法造纸》后，学生不仅理解工艺中的科学原理，更萌生对非遗文化的珍惜与保护意识。

（三）体系运行的内在逻辑：双向建构与循环促进

“三维驱动”与“四阶唤醒”并非线性叠加，而是构成双向建构、循环促进的有机整体：

(1)驱动为唤醒提供保障：丰富资源点燃兴趣，有效教学发展思维，充足实践支撑探究，深度评价促进内化；

(2)唤醒反馈并优化驱动：兴趣指向资源开发方向，思维水平要求教学调整，探究深度推动评价细化，内化程度检验体系成效。

二者形成持续迭代、动态调适的教学生态，推动科学素养培育走向系统化、结构化、可持续。

三、实践路径：体系在乡镇小学中的“三段式”行动探索

本研究遵循“实践—反思—调整—再实践”的行动研究范式，历时14年，跨越三所乡镇小学，清晰呈现为三个阶段：

（一）第一阶段：问题发现与自发探索期（2011–2014，窑上小学）

此阶段的核心特征为“面对现实困境，寻求局部突破”。面对实验室器材短缺，笔者尝试利用身边物品开发替代性实验资源，如用鞋盒、蚊香、激光笔模拟光路实验，初步确立“资源可从生活中来”的理念。同时，通过趣味导入、强化“做中学”提升学生参与度。然而，反思发现：兴趣易转移、探究停留表面、思维参与不足。这促使笔者意识到，零散改进难以根本改观，需构建系统的能力进阶框架与教学策略。

（二）第二阶段：模型构建与迭代实践期（2014–2018，窑上小学→挽澜小学）

此阶段的核心特征为“框架初立，深化检验”。基于前期反思，笔者初步提出“以实验为主线，贯穿兴趣—思维—探究—应用”的教学模型，并设计简易实验报告单、课堂观察记录作为过程性评价工具，形成“资源—教学—评价”三维雏形。

在两所学校实践中不断调适:在窑上小学，整合资源、设计系列探究活动，2017–2018年获教学质量一等奖，验证了方向的可行性；交流至挽澜小学后，依托该校丰富的自然资源，将“三维”模型与不同层次学生的“唤醒”路径结合，明确“四阶”进阶概念，2019年获教学质量三等奖，促使笔者更冷静审视模型的普适性与精细化。

此阶段通过参与教研、阅读理论、大赛锤炼，将零散经验逐步概念化，“三维驱动·四阶唤醒”体系框架日益清晰。

（三）第三阶段：体系完善与辐射推广期（2019–2024，挽澜小学→新园小学）

此阶段的核心特征为“体系成熟，多境验证”。2019年后，“三维驱动·四阶唤醒”体系正式定名并成为指导全部科学教学实践的核心框架：

1.内涵深化与操作细化：资源驱动形成四位一体模式；教学驱动提炼五步探究流程；评价驱动建立四维评价体系；四阶唤醒明确各阶目标、策略与典型案例。

2.多场景应用与成果涌现：日常教学深耕：每节实验课按体系设计，如《电磁铁》一课完整贯穿“疑策做析拓”；科创活动淬炼：指导学生基于生活观察开展项目，如《我们来造纸》《热空气旋转杯》等，连续在科技创新大赛中获奖；专业竞赛锤炼：微课、教学设计、优质课等获县、州级奖项，验证体系应用于高规格设计的有效性；课题研究深化：参与省、县课题，形成“资源—教学—评价”一体化实践模型，推动成果理论化。

3.区域辐射与引领示范：连续四年执教县级科学夏令营，面向全县优秀学生展示体系课例；承担5次县级示范课、2次观摩课，多次担任优质课评委，传播体系理念；被认定为县级科学骨干教师、教学名师，个人实践成效获得认可。

4.多环境验证：体系在窑上、挽澜、新园三所不同基础的乡镇学校均成功应用，证明其强大的适应性与可迁移性。

四、实施成效：多维度证据链印证体系效能

经过十四年，特别是近六年体系化实践与推广，本成果取得了多维度、多层次的显著成效，形成完整证据链。

（一）学生发展：科学素养全面提升

1.兴趣从短暂好奇走向持久热爱

科学课成为学生最期待的课程之一，课后追问、自带材料研究现象日益增多。问卷调查显示，95%以上的学生表示“喜欢上科学课”，超过80%的学生“愿意课后继续探索科学问题”。

2.能力从零散操作走向结构化发展

学生在提出问题、设计实验、数据记录、合作交流等方面进步显著。在科技创新大赛中，累计获县级奖28项、州级奖12项。夏令营学生反馈显示，其对科学探究的理解“更加系统、深入”。

3.素养从外显行为走向内化品格

学生能主动运用科学原理解释生活现象（如云雨形成、杠杆应用），初步具备批判性看待信息的意识，在环保、健康等议题上表现出积极态度与行动。跟踪访谈中，多名学生表达“未来想成为科学家或工程师”的志向。

（二）教师成长：从实践者到研究者与引领者

1.个人专业实现跨越式发展

从普通农村科学教师成长为县级骨干教师、教学名师，获教学质量奖3次、微课一等奖2次、优质课县一等奖1次、州二等奖1次，完成从“教教材”到“用教材教”再到“创生课程”的转型。

2.模式形成与成果输出

形成鲜明的教学风格与系统化的实践模式，发表《如何提高农村小学科学实验课堂的吸引力》《小学科学实验教学的优化策略研究》等多篇论文，相关经验在县域教研中多次交流推广。

（三）教学业绩：成果丰硕，获得广泛认可

1.学生成绩持续优异：所带班级在县实验操作考核中通过率达100%，优秀率超过85%；

2.个人荣誉涵盖多类别：累计获各类教学竞赛奖24项，构成成果有效性的坚实证据；

3.教学水平获权威认可：承担县级示范课、观摩课，担任优质课评委，表明体系与教法受到同行与专家高度肯定。

（四）辐射影响：带动区域科学教育整体提升

1.直接辐射广泛：通过夏令营、示范课、评委工作直接影响全县超过1200人次师生；

2.模式被多校借鉴：体系理念与做法被本县及邻县多所学校教师采纳应用，推动区域科学教学水平的整体反思与提升。

五、反思与展望：体系的深化方向与时代适应

尽管体系在实践中取得显著成效，但仍存在若干待深化之处，需在后续探索中持续完善：

1.普适性与差异化的动态平衡

体系源于乡镇情境，其“本土资源开发”策略具有重要参考价值。然而，在不同经济条件、师资水平、文化环境的地区，需进一步研究如何动态调整“三维”配比与实施重点，实现“一地一策”的个性化适配。

2.评价工具的科学化与便捷性提升

“四维评价”体系虽全面，但对教师观察记录、分析反馈能力要求较高，工作负荷较大。未来可探索开发基于信息技术的评价工具（如电子档案袋、课堂行为分析系统），实现过程性数据的自动采集、智能分析与可视化反馈，提升评价的科学性与操作性。

3.个体化诊断与差异化教学支持

目前对“四阶唤醒”的判断主要基于群体观察与经验。需进一步研发细化的科学素养发展诊断量表或指标体系，实现对学生个体进阶阶段的精准识别，并提供定制化的学习资源与教学干预，真正实现因材施教。

4.体系的开放性与时代性更新

随着人工智能、虚拟现实、传感器技术等快速发展，科学教育的形式与内涵正在深刻变革。体系应保持开放姿态，主动融入新技术、新理念，探索“虚拟—现实”融合的实验教学、跨学科项目式学习等新形态，持续焕发生命力。

5.长效机制与政策支持探索

个体教师的实践探索虽可贵，但可持续的体系推广需制度保障。未来可推动将体系核心要素纳入地方科学教育发展规划、教师培训课程与学校评价指标，构建“教师—学校—区域”联动的长效实施机制。

六、结语

十四载春秋，扎根乡镇科学教育一线，从面对实验教学困境的茫然，到构建“三维驱动·四阶唤醒”体系的清晰，这是一段将个人教育理想转化为教学现实的艰辛而幸福的旅程。实践证明，即使在资源相对薄弱的乡镇，只要秉持科学教育的本真，勇于整合资源、改革教学、优化评价，完全能够点燃孩子们的科学梦想，有效培育他们的科学素养。

本研究构建的体系，不仅为乡镇小学科学教育提供了可操作、可复制的实践模型，也为新时代科学教育改革创新贡献了来自基层的智慧。科学素养的培育任重道远，笔者将继续在这条路上深耕前行，并期待与更多志同道合者携手，共同为提升基层科学教育质量、为国家科技创新后备人才的早期培育，贡献微光与力量。

参考文献

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