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三年级上册《科学》教材根据学生的年龄特征、课堂教学规律和科学概念的内在逻辑，重视科学探究能力的培养，精心设计了一系列“做中学”活动。通过引领学生亲历科学探究过程，帮助他们建立完善的科学知识体系，提升自主探究的能力，培养实事求是、敢于质疑的科学精神，为学生形成全面而扎实的科学素养奠定基础。
教材主要内容
本册教材共七个单元（见表1）。《倒立的小丑》是準备单元，帮助学生初步了解本册的探究能力培养目标，最后一个单元《达尔文给我们的启迪》是反思单元，对本学期的探究能力培养过程进行回顾和反思，提升元认知水平。中间的五个综合探究单元《小小气象员》《动物的特征》《溶解的秘密》《流动的空气》《奇妙的声音》是教材的主体，这五个单元以学生的年龄特征和认知规律为依据，精选地球与宇宙科学、生命科学、物质科学、技术与工程等领域的学习内容，设计一个个与学生生活密切相关的“做中学”活动，引领学生经历探究过程，建构丰富的科学知识，有计划、有步骤地完善学生的科学概念体系。
低年段与中年段科学探究能力培养重点对比
教材在低年段（1～2年级）以“感知科学”为培养主题，科学探究能力的培养经历了一次完整的循环过程。中年段（3～4年级）以“认知科学”为培养主题，学生将再一次经历科学探究8个要素的落实和强化训练的循环过程，以完成课程标准中科学探究目标在中年段的要求（见表2）。科学探究要素组成的纬线与科学概念组成的经线相互交织，形成本学期科学素养的教学蓝图。
从表2可以看出，三年级上册《科学》教材的能力培养重点是“提出问题、作出假设”。表面上看，它与一年级上册的探究能力培养重点“提出问题、作出假设”是相同的，而实际上，这两个年段的培养目标有着层次和内涵上的差异，从低年段到中年段再到高年段，科学探究的难度逐步加深，教材设计在学生科学探究培养方面具有循序渐进、螺旋上升的特点。
低年段与中年段科学探究能力的分析比较
1.低年段与中年段学生年龄特征的比较
培养目标的差异是由不同阶段小学生的年龄特征、认知水平等因素决定的。低年段的小学生属于前运算阶段，受智力发展和生活经验的限制，他们的探究还停留在“感知科学”的层面，多运用感觉器官来认识事物的表象，往往只能从事物的一个维度去考虑其形态，难以从事物的本质属性思考问题，所形成的概念也常常是描述性的非本质特征。
中年段的小学生进入具体运算阶段，他们的自我意识开始增强，逻辑思维迅速发展，对外界事物有了自己的认知方式，能在感性认知的基础上进行理性和抽象的分析，开始学习透过现象看本质，并作出自己的价值判断，其思维具有形象和抽象兼备的双重特点，但他们的思维活动依然要借助于具体事物的支持。
2.“提出问题”能力的比较
科学探究的过程一般是从发现、提出问题开始的。基于低年段学生的年龄特征，对他们“提出问题”的培养目标是这样表述的：在教师指导下，学生能从具体现象与事物的观察、比较中提出感兴趣的问题。这句话对学生有三个要求：
第一，研究的对象是他们身边常见的、可接触的具体现象与事物，如学习文具、家居器皿、花鸟鱼虫等，学生对这些事物有着丰富的感性经验，并以此作为思维加工的基础。
第二，研究的方式是观察和比较，学生还处于低阶思维水平，他们一般从大小、颜色、高度等非本质属性去认识事物的表象，获得一些浅显的知识。
第三，要提出学生感兴趣的问题。低年段学生对身边的事物有着浓厚的探究欲望，总是能提出“这是什么”“为什么呢”等无穷无尽的问题，教师应呵护他们与生俱来的好奇心和求知欲。另外，不能忽视教师在教学活动中的主导地位，低年段学生的探究行为以模仿、领悟为主，应当在教师的有效指导下完成。
中年段在“提出问题”方面确定了更高的培养目标：在教师的引导下，学生能从具体现象与事物的观察比较中提出可探究的科学问题。与低年段相比，对“提出问题”的能力要求有了三个方面的提升：
第一，教师的角色有了变化，从“指导者”转变为“引导者”。“指导”学生提问题，即教师通过教导、示范等方式，引领学生围绕教学任务提出预设的问题。而“引导”中的“引”，有启迪、开导的含义，比如：引而不发，激发学生提问的欲望;引而伸之，引领学生深度思考问题，触类旁通。
第二，学生要知道“科学问题”是属于自然科学范畴的问题，如“风是怎么形成的？”“影响声音强弱变化的因素是什么呢？”等等。与文学、经济、宗教等领域的问题不同，科学问题一般可通过对客观事实的观察，或控制变量开展对比实验等途径来寻求答案，这个过程具有可重复性。
第三，学生借助较为丰富的实践经验和理论基础，能判断某个科学问题是否可探究。可探究的问题应该难度适中，学生可以正确理解问题中的主要概念，准确把握问题的内涵和指向，了解自己的研究对象、研究步骤和将要取得的成果。同时，学生需要足够的外部支持，包括专家辅导、场地器材、信息收集等条件，以及人力、时间、经费等方面的保障。
3.“作出假设”能力的比较
学生针对问题提出假设后，他们需要通过科学研究的方式对假设进行证实或证伪。在不同的年龄阶段，作出假设的要求也是不一样的。
低年段对“作出假设”能力培养的目标是，在教师指导下，能依据已有的经验，对问题进行简单猜想。除了教师的指导，这个要求还强调了两点：
第一，假设要有依据，这个依据可以是已有的经验。经验是学生在科学探究过程中积累的感性知识、方法技巧的简单概括，还没有达到理论的体系和高度，具有不严谨、不全面等缺陷，但经验是儿童探究经历的宝贵财富，可以作为作出假设的重要依据。
第二，能从某个单一的角度对问题进行简单猜想，不需要严格按照“假设”的结构来表述。如“校门是朝东开的”“条形磁铁的中间磁力最强”等，这些猜想不需要陈述理由，表达形式也简单直白，结构中不含条件、结果等部分。 中年段在“作出假设”方面的能力要求是，学生在教师引导下能基于已有经验和所学知识，从现象和事件发生的条件、过程、原因等方面提出假设。相比低年段的能力要求，明显提出了更高的标准，学生应该把所学的知识纳入作出假设的依据范畴，而且要从多个角度思考，提出可验证的假设，假设的表述形式更加规范。如第三单元《溶解的秘密》中“50毫升的水里，只能溶解有限的盐”，是从事物产生的原因的维度作出假设;第五单元《奇妙的声音》中作出的假设“如果不用棉线串起纸杯，我们就听不到对方发出的声音了”，则是从现象发生的条件作出假设。
中年段培养探究能力的策略
1.鼓励学生高质量地提问
学生学习的最初动机来自对各种事物和现象的好奇心，他们在好奇心的驱使下提出疑问。高质量的问题体现在三个方面：
一是有研究的意义和价值。问题来源于社会和学生的真实生活环境，问题的解决有助于改善学生的学习和生活实际。
二是科学类的问题。小学生的思维具有发散性强的特点，他们对身边的事物充满了好奇心，但教师要帮助他们学会分辨什么是科学问题，什么不是科学类的问题，引领他们逐步认识科学的本质。
三是了解自身拥有的研究条件，清楚可利用的研究资源，能自我评测问题的难度，提出可探究的问题。教师作为引导者，应当采用开放的教学方式，营造轻松的教学环境，为学生提出高质量的问题提供必要的指引。
例如在准备單元《倒立的小丑》的教学中，学生观察了玩具小丑的特殊技能后，教师引导学生思考：关于倒立的小丑，大家能提出什么问题？教师把学生提出的问题全部呈现在黑板上后，师生从中筛选出科学类的问题，然后组织学生分析：哪些问题可以在本节课堂上研究出答案？并挑选出合适的问题准备在本课研究。学生的探究活动将沿着问题的脉络持续展开。
2.作出基于依据的假设
科学的假设是基于一定的科学理论和研究经验建立的。作出假设的意义在于明确研究的目标，聚焦研究的对象，师生将围绕假设收集信息、分析信息，验证假设的真伪。只有在学生理解了假设的含义后，教师才能组织学生开展探究活动，否则，探究就缺乏目的性。在第三单元《溶解的秘密》中，学习“溶解的快慢”内容时，教师引导学生思考：搅拌对物质溶解的快慢有什么影响？说说你的假设和理由。此时，教师应该鼓励和肯定学生作出的有依据的假设，不要提前给予“对”或“不对”的判断，因为这只是学生基于先前知识和经验的初步想法，他们还不能判断其对与错，有待于师生通过后续的观察、实验来验证。
3.注重反思评价
中年段的评价旨在检测探究效果、引导探究方向，促进学生“提出问题、作出假设”等探究水平的不断发展。在研究结束阶段，教师要引导学生交流并演示他们的研究过程与结论，让其他学生有机会提问，审查证据的真实性，挑出论证中的逻辑错误，指出结论表达中的问题，等等。在反思单元《达尔文给我们的启迪》的教学中，教师组织学生讨论：达尔文提出了什么问题，作出了怎样的猜想和假设？他是怎样提出这些问题和猜想的？本学期我提出过什么问题或猜想？我提出这些问题或猜想的依据是什么？教师让学生反思自己在科学探究过程中的优点与不足，分析在技能学习和团队合作方面有没有达到预期目标，科学概念的建构与原来相比是否有所提升，这些回顾与总结有利于发展学生的审辩式思维，促使学生不断改进探究策略，养成严谨的科学态度。
教材主要内容
本册教材共七个单元（见表1）。《倒立的小丑》是準备单元，帮助学生初步了解本册的探究能力培养目标，最后一个单元《达尔文给我们的启迪》是反思单元，对本学期的探究能力培养过程进行回顾和反思，提升元认知水平。中间的五个综合探究单元《小小气象员》《动物的特征》《溶解的秘密》《流动的空气》《奇妙的声音》是教材的主体，这五个单元以学生的年龄特征和认知规律为依据，精选地球与宇宙科学、生命科学、物质科学、技术与工程等领域的学习内容，设计一个个与学生生活密切相关的“做中学”活动，引领学生经历探究过程，建构丰富的科学知识，有计划、有步骤地完善学生的科学概念体系。
低年段与中年段科学探究能力培养重点对比
教材在低年段（1～2年级）以“感知科学”为培养主题，科学探究能力的培养经历了一次完整的循环过程。中年段（3～4年级）以“认知科学”为培养主题，学生将再一次经历科学探究8个要素的落实和强化训练的循环过程，以完成课程标准中科学探究目标在中年段的要求（见表2）。科学探究要素组成的纬线与科学概念组成的经线相互交织，形成本学期科学素养的教学蓝图。
从表2可以看出，三年级上册《科学》教材的能力培养重点是“提出问题、作出假设”。表面上看，它与一年级上册的探究能力培养重点“提出问题、作出假设”是相同的，而实际上，这两个年段的培养目标有着层次和内涵上的差异，从低年段到中年段再到高年段，科学探究的难度逐步加深，教材设计在学生科学探究培养方面具有循序渐进、螺旋上升的特点。
低年段与中年段科学探究能力的分析比较
1.低年段与中年段学生年龄特征的比较
培养目标的差异是由不同阶段小学生的年龄特征、认知水平等因素决定的。低年段的小学生属于前运算阶段，受智力发展和生活经验的限制，他们的探究还停留在“感知科学”的层面，多运用感觉器官来认识事物的表象，往往只能从事物的一个维度去考虑其形态，难以从事物的本质属性思考问题，所形成的概念也常常是描述性的非本质特征。
中年段的小学生进入具体运算阶段，他们的自我意识开始增强，逻辑思维迅速发展，对外界事物有了自己的认知方式，能在感性认知的基础上进行理性和抽象的分析，开始学习透过现象看本质，并作出自己的价值判断，其思维具有形象和抽象兼备的双重特点，但他们的思维活动依然要借助于具体事物的支持。
2.“提出问题”能力的比较
科学探究的过程一般是从发现、提出问题开始的。基于低年段学生的年龄特征，对他们“提出问题”的培养目标是这样表述的：在教师指导下，学生能从具体现象与事物的观察、比较中提出感兴趣的问题。这句话对学生有三个要求：
第一，研究的对象是他们身边常见的、可接触的具体现象与事物，如学习文具、家居器皿、花鸟鱼虫等，学生对这些事物有着丰富的感性经验，并以此作为思维加工的基础。
第二，研究的方式是观察和比较，学生还处于低阶思维水平，他们一般从大小、颜色、高度等非本质属性去认识事物的表象，获得一些浅显的知识。
第三，要提出学生感兴趣的问题。低年段学生对身边的事物有着浓厚的探究欲望，总是能提出“这是什么”“为什么呢”等无穷无尽的问题，教师应呵护他们与生俱来的好奇心和求知欲。另外，不能忽视教师在教学活动中的主导地位，低年段学生的探究行为以模仿、领悟为主，应当在教师的有效指导下完成。
中年段在“提出问题”方面确定了更高的培养目标：在教师的引导下，学生能从具体现象与事物的观察比较中提出可探究的科学问题。与低年段相比，对“提出问题”的能力要求有了三个方面的提升：
第一，教师的角色有了变化，从“指导者”转变为“引导者”。“指导”学生提问题，即教师通过教导、示范等方式，引领学生围绕教学任务提出预设的问题。而“引导”中的“引”，有启迪、开导的含义，比如：引而不发，激发学生提问的欲望;引而伸之，引领学生深度思考问题，触类旁通。
第二，学生要知道“科学问题”是属于自然科学范畴的问题，如“风是怎么形成的？”“影响声音强弱变化的因素是什么呢？”等等。与文学、经济、宗教等领域的问题不同，科学问题一般可通过对客观事实的观察，或控制变量开展对比实验等途径来寻求答案，这个过程具有可重复性。
第三，学生借助较为丰富的实践经验和理论基础，能判断某个科学问题是否可探究。可探究的问题应该难度适中，学生可以正确理解问题中的主要概念，准确把握问题的内涵和指向，了解自己的研究对象、研究步骤和将要取得的成果。同时，学生需要足够的外部支持，包括专家辅导、场地器材、信息收集等条件，以及人力、时间、经费等方面的保障。
3.“作出假设”能力的比较
学生针对问题提出假设后，他们需要通过科学研究的方式对假设进行证实或证伪。在不同的年龄阶段，作出假设的要求也是不一样的。
低年段对“作出假设”能力培养的目标是，在教师指导下，能依据已有的经验，对问题进行简单猜想。除了教师的指导，这个要求还强调了两点：
第一，假设要有依据，这个依据可以是已有的经验。经验是学生在科学探究过程中积累的感性知识、方法技巧的简单概括，还没有达到理论的体系和高度，具有不严谨、不全面等缺陷，但经验是儿童探究经历的宝贵财富，可以作为作出假设的重要依据。
第二，能从某个单一的角度对问题进行简单猜想，不需要严格按照“假设”的结构来表述。如“校门是朝东开的”“条形磁铁的中间磁力最强”等，这些猜想不需要陈述理由，表达形式也简单直白，结构中不含条件、结果等部分。 中年段在“作出假设”方面的能力要求是，学生在教师引导下能基于已有经验和所学知识，从现象和事件发生的条件、过程、原因等方面提出假设。相比低年段的能力要求，明显提出了更高的标准，学生应该把所学的知识纳入作出假设的依据范畴，而且要从多个角度思考，提出可验证的假设，假设的表述形式更加规范。如第三单元《溶解的秘密》中“50毫升的水里，只能溶解有限的盐”，是从事物产生的原因的维度作出假设;第五单元《奇妙的声音》中作出的假设“如果不用棉线串起纸杯，我们就听不到对方发出的声音了”，则是从现象发生的条件作出假设。
中年段培养探究能力的策略
1.鼓励学生高质量地提问
学生学习的最初动机来自对各种事物和现象的好奇心，他们在好奇心的驱使下提出疑问。高质量的问题体现在三个方面：
一是有研究的意义和价值。问题来源于社会和学生的真实生活环境，问题的解决有助于改善学生的学习和生活实际。
二是科学类的问题。小学生的思维具有发散性强的特点，他们对身边的事物充满了好奇心，但教师要帮助他们学会分辨什么是科学问题，什么不是科学类的问题，引领他们逐步认识科学的本质。
三是了解自身拥有的研究条件，清楚可利用的研究资源，能自我评测问题的难度，提出可探究的问题。教师作为引导者，应当采用开放的教学方式，营造轻松的教学环境，为学生提出高质量的问题提供必要的指引。
例如在准备單元《倒立的小丑》的教学中，学生观察了玩具小丑的特殊技能后，教师引导学生思考：关于倒立的小丑，大家能提出什么问题？教师把学生提出的问题全部呈现在黑板上后，师生从中筛选出科学类的问题，然后组织学生分析：哪些问题可以在本节课堂上研究出答案？并挑选出合适的问题准备在本课研究。学生的探究活动将沿着问题的脉络持续展开。
2.作出基于依据的假设
科学的假设是基于一定的科学理论和研究经验建立的。作出假设的意义在于明确研究的目标，聚焦研究的对象，师生将围绕假设收集信息、分析信息，验证假设的真伪。只有在学生理解了假设的含义后，教师才能组织学生开展探究活动，否则，探究就缺乏目的性。在第三单元《溶解的秘密》中，学习“溶解的快慢”内容时，教师引导学生思考：搅拌对物质溶解的快慢有什么影响？说说你的假设和理由。此时，教师应该鼓励和肯定学生作出的有依据的假设，不要提前给予“对”或“不对”的判断，因为这只是学生基于先前知识和经验的初步想法，他们还不能判断其对与错，有待于师生通过后续的观察、实验来验证。
3.注重反思评价
中年段的评价旨在检测探究效果、引导探究方向，促进学生“提出问题、作出假设”等探究水平的不断发展。在研究结束阶段，教师要引导学生交流并演示他们的研究过程与结论，让其他学生有机会提问，审查证据的真实性，挑出论证中的逻辑错误，指出结论表达中的问题，等等。在反思单元《达尔文给我们的启迪》的教学中，教师组织学生讨论：达尔文提出了什么问题，作出了怎样的猜想和假设？他是怎样提出这些问题和猜想的？本学期我提出过什么问题或猜想？我提出这些问题或猜想的依据是什么？教师让学生反思自己在科学探究过程中的优点与不足，分析在技能学习和团队合作方面有没有达到预期目标，科学概念的建构与原来相比是否有所提升，这些回顾与总结有利于发展学生的审辩式思维，促使学生不断改进探究策略，养成严谨的科学态度。