從創(chuàng)新大賽作品思考“學生科學素養(yǎng)培育之旅”

〔摘" "要〕" 本案例以長橋?qū)嶒炐W嚴婧悅同學研發(fā)“悅”視臺燈的項目為例，探討了在小學科學教育中如何通過解決真實問題培育學生的科學素養(yǎng)。嚴婧悅因自身近視需求，發(fā)現(xiàn)市場護眼臺燈存在功能單一、調(diào)節(jié)缺乏科學依據(jù)等問題，在教師指導下，歷時半年完成從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題的探究過程，打造出集“智能調(diào)光+科學計時”于一體的創(chuàng)新臺燈。該過程圍繞“知識建構(gòu)、能力培養(yǎng)、情感態(tài)度”三維育人目標，通過“問題驅(qū)動—實踐探究—反思遷移”的項目式學習路徑，讓學生在知識整合、實驗設計、迭代優(yōu)化等實踐中，培養(yǎng)了實證精神、創(chuàng)新思維與社會責任感，實現(xiàn)了從知識掌握到素養(yǎng)內(nèi)化的成長蛻變，為小學科學育人提供了“保護問題意識、提供試錯空間、鏈接生活價值”的關(guān)鍵支點。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學科學；科學素養(yǎng)；項目式學習；問題意識；育人實踐

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）21" " 0109-03

一、案例背景：一盞臺燈背后的育人契機

2020年，長橋?qū)嶒炐W四年級學生嚴婧悅帶著她的發(fā)明“‘悅’視臺燈”，在第三十屆江蘇省青少年科技創(chuàng)新大賽中斬獲一等獎。這項發(fā)明的誕生，源于一個樸素的初衷：作為近視患者的她，希望能通過一款“懂護眼”的臺燈，讓自己和同學的視力得到更好保護。

研究初期，嚴婧悅發(fā)現(xiàn)市場上的護眼臺燈存在明顯局限：要么僅聚焦藍光過濾，功能單一；要么依賴人工調(diào)節(jié)光線，缺乏科學依據(jù)。于是，她在教師指導下，歷時半年完成了從“發(fā)現(xiàn)問題”到“解決問題”的完整探究：通過調(diào)研確定“500勒克斯是最適合讀寫的光照強度”，利用Arduino主板和光敏傳感器實現(xiàn)光線自動調(diào)節(jié)，結(jié)合Scratch編程設計“30分鐘提醒、40分鐘熄燈”的計時功能，最終打造出集“智能調(diào)光+科學計時”于一體的創(chuàng)新臺燈。

在這個過程中，嚴婧悅不僅掌握了光學原理、編程基礎等知識，更在“提出假設—設計實驗—迭代優(yōu)化”的循環(huán)中，培養(yǎng)了實證精神、創(chuàng)新思維與社會責任感。她的成長軌跡印證了小學科學教育的核心價值——科學育人不應止步于知識傳授，而應通過真實問題的解決，讓學生在實踐中內(nèi)化科學素養(yǎng)，成為“會思考、能動手、有擔當”的探究者。

二、育人理念：以“項目式學習”構(gòu)建素養(yǎng)培育閉環(huán)

嚴婧悅的研究實踐始終圍繞“三維育人目標”展開，通過“問題驅(qū)動—實踐探究—反思遷移”的項目式學習路徑，實現(xiàn)知識、能力與情感態(tài)度的協(xié)同發(fā)展。

（一）知識建構(gòu)：從碎片化認知到系統(tǒng)化整合

研究初期，嚴婧悅對“近視”的認知僅停留在“看東西模糊”的感性層面。在教師引導下，她通過三層學習逐步構(gòu)建系統(tǒng)知識。

文獻研究：查閱《讀寫作業(yè)臺燈性能要求》（GB/T9473-2008），理解“500勒克斯照度”的國標依據(jù)；走訪眼科醫(yī)生，明確“連續(xù)用眼不超過40分鐘”的醫(yī)學建議。

數(shù)據(jù)驗證：對100名同學開展“舒適光照強度”測試，用Excel統(tǒng)計出均值502勒克斯，印證了國標的科學性。

跨學科整合：將科學課的“光學知識”、信息科技課的“Scratch編程”與勞動課的“電路組裝”結(jié)合，形成解決問題的“知識工具箱”。

這種“用知識解決問題”的學習方式，讓抽象概念成為可操作的工具。例如，她在調(diào)節(jié)燈光時，會主動運用“照度均勻度=最大值/最小值”的公式驗證效果，真正實現(xiàn)了“知其然更知其所以然”。

（二）能力培養(yǎng)：從模仿操作到自主創(chuàng)新

嚴婧悅的能力發(fā)展呈現(xiàn)清晰的進階軌跡，教師通過“腳手架式指導”逐步放手，讓她在試錯中掌握科學方法。

觀察與提問能力：從“臺燈不好用”的模糊感受，到精準提煉“光照強度不科學、用眼時間難控制”兩個核心問題，學會用“是什么、為什么、怎么辦”拆解需求。

實驗設計能力：設計“光照強度舒適度測試”時，她主動控制“測試者年齡、讀寫時長”等變量，確保數(shù)據(jù)有效性；為驗證調(diào)光功能，在不同時段（清晨、正午、夜晚）重復實驗20次，用照度計記錄數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了“控制變量法”的嚴謹性。

迭代優(yōu)化能力：第一版僅實現(xiàn)計時提醒，發(fā)現(xiàn)“容易被忽視”后，升級為“提醒+熄燈”雙功能；用戶試用后反饋“光線調(diào)節(jié)反應慢”，她通過修改程序代碼將感應延遲從5秒縮短至1秒，這種“基于反饋改進”的思維，正是創(chuàng)新能力的核心。

（三）情感態(tài)度：從個人需求到社會關(guān)懷

在研究過程中，嚴婧悅的動機不斷升華：最初是“為自己保護視力”，后來通過班級調(diào)研意識到“這是很多同學的共同困擾”，最終明確目標——“讓更多人用上科學的護眼工具”。這種轉(zhuǎn)變體現(xiàn)在三個細節(jié)中：設計時特意擴大照明范圍，適配“同桌共用臺燈”的課堂場景；在燈座標注“500勒克斯”的科學依據(jù)，附上“用眼健康小貼士”；獲獎后主動向?qū)W校建議“在教室安裝柔光罩”，將研究成果推廣到集體環(huán)境。

正如她在研究日記中所寫：“科學不只是實驗室里的實驗，更是能幫到別人的力量?！边@種“科技向善”的認知，讓科學探究有了更深遠的意義。

三、實踐路徑：分階段搭建探究平臺，讓成長自然發(fā)生

針對小學生的認知特點，教師為嚴婧悅設計了“三階遞進”的研究支架，既保證探究的科學性，又讓她始終能“跳一跳夠得著”。

（一）第一階段：問題聚焦——從生活現(xiàn)象到可研究課題（1個月）

教師通過“追問法”引導嚴婧悅將模糊想法轉(zhuǎn)化為具體課題。

現(xiàn)象拆解：面對“臺燈傷眼”的感受，追問“是光線太強、時間太久，還是角度不對？”最終鎖定“光照強度”和“用眼時長”兩個核心變量。

證據(jù)收集：指導她設計調(diào)查問卷，收集到“82%的同學認為臺燈光線忽明忽暗”“65%的同學會連續(xù)看書超過1小時”等數(shù)據(jù)，讓問題更具普遍性。

課題確立：結(jié)合文獻研究，確定最終研究方向——“基于500勒克斯照度的智能護眼臺燈設計”，明確“自動調(diào)光”和“計時提醒”兩大功能目標。

這一步的關(guān)鍵是讓學生明白：科學研究始于生活，但需通過數(shù)據(jù)讓問題“落地”。

（二）第二階段：方案實施——從理論設計到實物制作（3個月）

教師提供“工具包支持”，但將決策主動權(quán)交給學生。

原理驗證：為確定光照強度標準，嚴婧悅對比國標（AA級照度≥500lx）、醫(yī)生建議和同學測試數(shù)據(jù)，最終選擇“500勒克斯”作為基準值；測試計時功能時，用秒表反復校準程序，確?！?0分鐘提醒”誤差不超過5秒。

原型制作：在材料選擇上，放棄昂貴的專用傳感器，改用“廢舊臺燈底座+網(wǎng)購光敏電阻”，體現(xiàn)“變廢為寶”的創(chuàng)新思維；在電路組裝遇到困難時，教師不直接演示，而是提供《Arduino入門手冊》，讓她通過“看圖接線—短路排查—重新調(diào)試”自主解決問題。

迭代優(yōu)化：第一版臺燈因傳感器靈敏度不足，調(diào)光反應滯后，嚴婧悅通過增加電阻降低敏感度，反復測試12次后實現(xiàn)“環(huán)境光變化3秒內(nèi)響應”；針對“40分鐘熄燈太突然”的反饋，增設“30秒漸暗”過渡功能，讓設計更人性化。在這個過程中，教師始終扮演“資源提供者”而非“指令下達者”，讓學生在試錯中體會“科學沒有捷徑，唯有反復驗證”。

（三）第三階段：成果反思——從項目完成到素養(yǎng)遷移（2個月）

研究獲獎后，教師引導嚴婧悅超越“獲獎本身”，思考更深層的價值。

應用延伸：將臺燈設計方案簡化為“低成本版本”，用紙箱和普通燈泡制作模型，在社區(qū)“護眼講座”中教1～2年級學生組裝，傳遞科學知識。

方法遷移：指導她用同樣的“問題—方案—驗證”思路，研究“教室日光燈眩光問題”，提出“加裝格柵燈罩”的改進建議，被學校采納。

總結(jié)提煉：通過撰寫研究報告，梳理出“發(fā)現(xiàn)問題—查資料—做實驗—改方案”的探究步驟，形成可復用的研究方法。

這種“從一個項目到一類問題”的遷移，讓學生意識到：科學探究不是一次性任務，而是一種可以運用到各領域的思維方式。

四、育人成效：從知識掌握到素養(yǎng)內(nèi)化的成長蛻變

嚴婧悅的成長體現(xiàn)在三個維度的顯著變化中，這些變化遠超“獲獎”這一顯性成果。

（一）科學思維：從“主觀判斷”到“實證精神”

研究初期，嚴婧悅憑感覺認為“越亮的燈光越護眼”，但實驗數(shù)據(jù)顯示“500勒克斯時讀寫正確率最高”，這讓她深刻理解“猜想必須用證據(jù)支撐”。在后續(xù)研究中，她主動要求“每個數(shù)據(jù)至少測3次取平均值”，甚至在分析同學測試結(jié)果時，剔除了3個異常值以保證科學性——這種“讓數(shù)據(jù)說話”的思維，正是科學精神的核心。

（二）學習方式：從“被動接受”到“主動探究”

項目結(jié)束后，嚴婧悅成為班級“科學小組”組長，帶領同學開展“校園垃圾分類桶優(yōu)化”研究：主動查閱《生活垃圾分類制度實施方案》，確保建議符合政策要求；設計“不同顏色垃圾桶投放準確率”觀察表，用統(tǒng)計圖表呈現(xiàn)數(shù)據(jù)；針對“低年級學生分不清類別”的問題，提出“卡通圖標+語音提示”的解決方案。這種“自主發(fā)現(xiàn)問題、主動尋求方法”的學習方式，印證了項目式學習對學生長遠發(fā)展的影響。

（三）責任擔當：從“關(guān)注自我”到“服務他人”

在研究過程中，嚴婧悅的視角不斷拓展：從“解決自己的近視問題”到“關(guān)注同學的用眼健康”，再到“向社區(qū)推廣護眼知識”。她在研究報告中寫道：“科學發(fā)明不是為了拿獎，而是為了讓生活變好。”這種認知的轉(zhuǎn)變，讓科學探究有了溫度，也讓科學育人實現(xiàn)了從“知識層面”到“價值層面”的升華。

五、反思與啟示：小學科學育人的三個關(guān)鍵支點

嚴婧悅的案例為小學科學學科育人提供了可復制的實踐經(jīng)驗，其核心在于把握以下三個支點。

（一）支點一：保護“問題意識”，讓探究有起點

嚴婧悅的研究始于“臺燈傷眼”的日常抱怨，這種看似細微的感受，恰恰是探究的“種子”。教師的首要任務不是急于給出答案，而是通過“你覺得原因可能是什么？”“可以用什么方法驗證？”等提問，讓種子生根發(fā)芽。例如，當她提出“想讓臺燈自己調(diào)亮度”時，教師沒有否定“異想天開”，而是鼓勵“試試看需要哪些條件”——有了這種包容態(tài)度，才能讓學生敢于邁出探究第一步。

（二）支點二：提供“試錯空間”，讓成長有過程

研究中，嚴婧悅經(jīng)歷過“電路短路燒毀元件”“程序錯誤導致臺燈常亮”等多次失敗。教師的處理方式值得借鑒：不指責失誤，而是引導“從失敗中找原因”，甚至用“愛迪生發(fā)明電燈失敗上千次”的案例強化“失敗是數(shù)據(jù)”的理念。這種“重過程輕結(jié)果”的導向，讓學生明白：科學研究的價值不僅在于成果，更在于“在錯誤中學習”的經(jīng)歷。

（三）支點三：鏈接“生活價值”，讓學習有意義

從“為自己設計”到“為他人改進”，嚴婧悅的研究始終扎根生活。教師通過三個環(huán)節(jié)強化這種鏈接：選題時，引導關(guān)注“身邊的真實問題”；設計時，要求“考慮不同人群需求”；出成果時，鼓勵“將方案轉(zhuǎn)化為實際應用”。這種“從生活中來，到生活中去”的實踐，讓學生感受到：科學不是實驗室里的抽象概念，而是改善生活的有力工具——這正是科學育人的終極目標。

六、結(jié)語

“悅”視臺燈的研發(fā)過程，本質(zhì)上是一次完整的“科學素養(yǎng)培育之旅”。嚴婧悅的成長告訴我們：小學科學教育的使命，不是培養(yǎng)“小科學家”，而是讓每個學生都能在解決真實問題的過程中，學會用科學思維分析事物，用創(chuàng)新行動改變生活，用責任擔當對待世界。

作為教師，我們需要做的，就是為學生的好奇心“留白”，為探究過程“搭臺”，為價值成長“引路”——當科學教育真正扎根生活、指向素養(yǎng)，每個學生都能在平凡的日常中，綻放屬于自己的“科學之光”。

參考文獻

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