科学探究中项目设计与核心概念构建理论

一、引言

科学探究作为科学学习的核心方式，旨在让学生通过自主探索、实践操作等过程，理解科学知识、掌握科学方法、培养科学态度。其中，项目设计是引导学生开展科学探究的重要载体，通过精心设计项目，能够激发学生的探究兴趣，使其主动投入到科学学习中。而核心概念构建则是科学探究的关键目标之一，核心概念是科学领域中的核心思想，具有广泛的迁移价值，学生对核心概念的理解与掌握程度，直接影响其对科学知识体系的构建以及科学思维的发展。在当前科学教育不断改革与发展的背景下，深入研究科学探究中项目设计与核心概念构建的理论与实践，具有重要的现实意义。

二、实施策略

在科学探究中，为实现项目设计与核心概念的有效构建，可遵循以下四个步骤实施相应策略。

（一）精准锚定项目方向，挖掘核心问题

在项目起始阶段，需引导学生从生活现象、科学现象等多方面入手，通过观察、思考，提出具有探究价值的问题。这个过程可以借助" 问题银行 " 工具，让学生将观察到的现象以图文、视频等形式记录在班级共享文档中，例如用手机拍摄家中绿植叶片发黄的渐进过程，或是记录校园池塘水质变化。教师要对学生提出的众多问题进行筛选与引导，运用思维导图对问题进行分类整合，帮助其提炼出能够涵盖重要科学概念、具有可操作性的核心问题，以此精准锚定项目方向。

例如，学生在观察植物生长过程中，提出诸如" 为什么植物叶子有的发黄"" 植物生长需要什么条件" 等问题。此时可引入K-W-L 表格，先让学生填写已知（Know）的植物生长知识，如听说过 " 光合作用 "，但不清楚具体机制；再填写想知道（Wanttoknow）的问题，像 " 光照时间是否影响叶绿素合成"；最后结合学生已有知识储备，教师可引导学生聚焦于 " 植物生长与光照、水分、土壤等环境因素的关系 " 这一核心问题。同时提供《植物生长影响因素变量控制指南》，指导学生设计对比实验，将问题转化为可操作的研究课题，使学生后续的探究活动紧密围绕核心概念，避免盲目性。

（二）系统搭建项目框架，关联核心概念

明确核心问题后，紧接着要搭建项目框架。这要求教师指导学生对核心问题进行拆解，将其细化为一系列相互关联的子问题，并依据子问题规划探究步骤、确定所需资源等。在这个过程中，注重将各个子问题与科学领域的核心概念建立联系。

以“探究声音的产生与传播”项目为例，教师可先引导学生运用思维导图工具，将核心问题可视化拆解。第一层拆解为“声音是如何产生的”“声音在不同介质中如何传播”“声音传播的速度受哪些因素影响”三个子问题，第二层继续延伸出实验设计、变量控制等细节。

对于“声音是如何产生的”这一子问题，教师可以提供钢尺、音叉、鼓面等多种实验器材，让学生通过敲击、拨动、敲击后插入水中等多样化操作，观察物体振动现象。例如，用小锤敲击音叉后迅速接触水面，观察到水花四溅，引导学生通过现象归纳出“声音由物体振动产生”的核心概念；同时借助慢动作视频回放，辅助学生捕捉肉眼难以分辨的高频振动细节。

在“声音在不同介质中如何传播”的探究环节，可设计递进式实验：首先通过敲击桌面，让学生将耳朵贴近桌面感受固体传声；接着在水槽中放置闹铃，观察液体介质传声现象；最后设计真空罩实验，用抽气机逐步抽出空气，观察手机铃声的变化，形成“声音传播需要介质，真空不能传声”的认知。实验过程中，要求学生使用数据记录表格，详细记录声音传播的距离、时间、音量变化等数据，并运用图表工具进行可视化分析。

（三）深入推进项目实践，探究核心概念

项目实践是学生亲身体验科学探究、深入理解核心概念的关键环节。学生依据搭建好的项目框架，开展具体的实验、调查、观察等活动。在实践过程中，教师要给予学生充分的自主空间，让其自主操作、自主记录数据、自主分析现象。同时，教师要密切关注学生的实践进展，适时提供指导与帮助。例如，在“探究电磁铁磁力大小与哪些因素有关”的项目实践中，学生自主设计实验，改变电池数量、线圈匝数等变量，观察电磁铁吸引大头针数量的变化并记录数据。教师在学生实验过程中，引导其正确控制变量，提醒注意实验安全等。学生通过亲手操作实验，对电磁铁磁力大小与电池数量、线圈匝数等因素的关系这一核心概念有了直观且深刻的理解，不仅掌握了相关科学知识，还提升了科学探究能力与实践操作能力。

（四）全面总结项目成果，深化核心概念

项目实践结束后，组织学生对项目成果进行全面总结。学生需整理实验数据、分析实验结果、总结探究过程中的经验与不足，并以报告、展示等形式呈现项目成果。在此过程中，引导学生回顾整个项目过程，再次梳理各个环节与核心概念的联系，深化对核心概念的理解。例如，在完成“探究浮力大小与哪些因素有关”项目后，学生通过总结实验数据得出浮力大小与物体排开液体体积、液体密度等因素的关系。教师进一步引导学生思考这些因素背后的物理原理，与浮力的核心概念进行深度关联，使学生不仅知其然，更知其所以然。同时，通过学生之间的成果交流与分享，拓宽学生的思维视野，从不同角度加深对核心概念的理解与应用，将所学知识内化为自身的认知结构，实现核心概念的有效构建。

三、结语

科学探究中项目设计与核心概念构建相辅相成。通过精准锚定项目方向、系统搭建项目框架、深入推进项目实践以及全面总结项目成果这四个步骤，能够引导学生在科学探究过程中，逐步构建核心概念，提升科学素养。在未来的科学教育中，应不断优化这一模式，为培养具有创新精神与实践能力的科学人才奠定坚实基础。

参考文献

[1] 林晓华 . 科学探究项目设计策略研究 [J]. 教育科学论坛，2024（10）：35-39.

[2] 张宇 . 核心概念构建的科学教学方法探究 [J]. 教学与管理，2024（5）：45-48.

[3] 王强 . 基于项目式学习的科学核心概念教学实践 [J]. 中小学教育，2024（3）：22-27.