〔摘" "要〕" 本案例以長橋?qū)嶒炐W(xué)嚴(yán)婧悅同學(xué)研發(fā)“悅”視臺燈的項目為例，探討了在小學(xué)科學(xué)教育中如何通過解決真實問題培育學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。嚴(yán)婧悅因自身近視需求，發(fā)現(xiàn)市場護(hù)眼臺燈存在功能單一、調(diào)節(jié)缺乏科學(xué)依據(jù)等問題，在教師指導(dǎo)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(xué)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(biāo)，通過“問題驅(qū)動—實踐探究—反思遷移”的項目式學(xué)習(xí)路徑，讓學(xué)生在知識整合、實驗設(shè)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(zé)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(xué)科學(xué)育人提供了“保護(hù)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(xué)科學(xué)；科學(xué)素養(yǎng)；項目式學(xué)習(xí)；問題意識；育人實踐

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)四年級學(xué)生嚴(yán)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(hù)眼”的臺燈，讓自己和同學(xué)的視力得到更好保護(hù)。

研究初期，嚴(yán)婧悅發(fā)現(xiàn)市場上的護(hù)眼臺燈存在明顯局限：要么僅聚焦藍(lán)光過濾，功能單一；要么依賴人工調(diào)節(jié)光線，缺乏科學(xué)依據(jù)。于是，她在教師指導(dǎo)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(shè)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(xué)計時”于一體的創(chuàng)新臺燈。

在這個過程中，嚴(yán)婧悅不僅掌握了光學(xué)原理、編程基礎(chǔ)等知識，更在“提出假設(shè)—設(shè)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(zé)任感。她的成長軌跡印證了小學(xué)科學(xué)教育的核心價值——科學(xué)育人不應(yīng)止步于知識傳授，而應(yīng)通過真實問題的解決，讓學(xué)生在實踐中內(nèi)化科學(xué)素養(yǎng)，成為“會思考、能動手、有擔(dān)當(dāng)”的探究者。

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

嚴(yán)婧悅的研究實踐始終圍繞“三維育人目標(biāo)”展開，通過“問題驅(qū)動—實踐探究—反思遷移”的項目式學(xué)習(xí)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(rèn)知到系統(tǒng)化整合

研究初期，嚴(yán)婧悅對“近視”的認(rèn)知僅停留在“看東西模糊”的感性層面。在教師引導(dǎo)下，她通過三層學(xué)習(xí)逐步構(gòu)建系統(tǒng)知識。

文獻(xiàn)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(biāo)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(xué)建議。

數(shù)據(jù)驗證：對100名同學(xué)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(biāo)的科學(xué)性。

跨學(xué)科整合：將科學(xué)課的“光學(xué)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(xué)習(xí)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(yán)婧悅的能力發(fā)展呈現(xiàn)清晰的進(jìn)階軌跡，教師通過“腳手架式指導(dǎo)”逐步放手，讓她在試錯中掌握科學(xué)方法。

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

實驗設(shè)計能力：設(shè)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(fù)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(yán)謹(jǐn)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(yīng)慢”，她通過修改程序代碼將感應(yīng)延遲從5秒縮短至1秒，這種“基于反饋改進(jìn)”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(yán)婧悅的動機不斷升華：最初是“為自己保護(hù)視力”，后來通過班級調(diào)研意識到“這是很多同學(xué)的共同困擾”，最終明確目標(biāo)——“讓更多人用上科學(xué)的護(hù)眼工具”。這種轉(zhuǎn)變體現(xiàn)在三個細(xì)節(jié)中：設(shè)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(biāo)注“500勒克斯”的科學(xué)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(xué)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(rèn)知，讓科學(xué)探究有了更深遠(yuǎn)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(xué)生的認(rèn)知特點，教師為嚴(yán)婧悅設(shè)計了“三階遞進(jìn)”的研究支架，既保證探究的科學(xué)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(dǎo)嚴(yán)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(dǎo)她設(shè)計調(diào)查問卷，收集到“82%的同學(xué)認(rèn)為臺燈光線忽明忽暗”“65%的同學(xué)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(xiàn)研究，確定最終研究方向——“基于500勒克斯照度的智能護(hù)眼臺燈設(shè)計”，明確“自動調(diào)光”和“計時提醒”兩大功能目標(biāo)。

這一步的關(guān)鍵是讓學(xué)生明白：科學(xué)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(shè)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(xué)生。

原理驗證：為確定光照強度標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)婧悅對比國標(biāo)（AA級照度≥500lx）、醫(yī)生建議和同學(xué)測試數(shù)據(jù)，最終選擇“500勒克斯”作為基準(zhǔn)值；測試計時功能時，用秒表反復(fù)校準(zhǔn)程序，確保“30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(yīng)滯后，嚴(yán)婧悅通過增加電阻降低敏感度，反復(fù)測試12次后實現(xiàn)“環(huán)境光變化3秒內(nèi)響應(yīng)”；針對“40分鐘熄燈太突然”的反饋，增設(shè)“30秒漸暗”過渡功能，讓設(shè)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(dá)者”，讓學(xué)生在試錯中體會“科學(xué)沒有捷徑，唯有反復(fù)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(dǎo)嚴(yán)婧悅超越“獲獎本身”，思考更深層的價值。

應(yīng)用延伸：將臺燈設(shè)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(hù)眼講座”中教1～2年級學(xué)生組裝，傳遞科學(xué)知識。

方法遷移：指導(dǎo)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(jìn)建議，被學(xué)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(fù)用的研究方法。

這種“從一個項目到一類問題”的遷移，讓學(xué)生意識到：科學(xué)探究不是一次性任務(wù)，而是一種可以運用到各領(lǐng)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(yán)婧悅的成長體現(xiàn)在三個維度的顯著變化中，這些變化遠(yuǎn)超“獲獎”這一顯性成果。

（一）科學(xué)思維：從“主觀判斷”到“實證精神”

研究初期，嚴(yán)婧悅憑感覺認(rèn)為“越亮的燈光越護(hù)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(xué)測試結(jié)果時，剔除了3個異常值以保證科學(xué)性——這種“讓數(shù)據(jù)說話”的思維，正是科學(xué)精神的核心。

（二）學(xué)習(xí)方式：從“被動接受”到“主動探究”

項目結(jié)束后，嚴(yán)婧悅成為班級“科學(xué)小組”組長，帶領(lǐng)同學(xué)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(shè)計“不同顏色垃圾桶投放準(zhǔn)確率”觀察表，用統(tǒng)計圖表呈現(xiàn)數(shù)據(jù)；針對“低年級學(xué)生分不清類別”的問題，提出“卡通圖標(biāo)+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(xué)習(xí)方式，印證了項目式學(xué)習(xí)對學(xué)生長遠(yuǎn)發(fā)展的影響。

（三）責(zé)任擔(dān)當(dāng)：從“關(guān)注自我”到“服務(wù)他人”

在研究過程中，嚴(yán)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(xué)的用眼健康”，再到“向社區(qū)推廣護(hù)眼知識”。她在研究報告中寫道：“科學(xué)發(fā)明不是為了拿獎，而是為了讓生活變好。”這種認(rèn)知的轉(zhuǎn)變，讓科學(xué)探究有了溫度，也讓科學(xué)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(xué)科學(xué)育人的三個關(guān)鍵支點

嚴(yán)婧悅的案例為小學(xué)科學(xué)學(xué)科育人提供了可復(fù)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(hù)“問題意識”，讓探究有起點

嚴(yán)婧悅的研究始于“臺燈傷眼”的日常抱怨，這種看似細(xì)微的感受，恰恰是探究的“種子”。教師的首要任務(wù)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(dāng)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(xué)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(yán)婧悅經(jīng)歷過“電路短路燒毀元件”“程序錯誤導(dǎo)致臺燈常亮”等多次失敗。教師的處理方式值得借鑒：不指責(zé)失誤，而是引導(dǎo)“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(dǎo)向，讓學(xué)生明白：科學(xué)研究的價值不僅在于成果，更在于“在錯誤中學(xué)習(xí)”的經(jīng)歷。

（三）支點三：鏈接“生活價值”，讓學(xué)習(xí)有意義

從“為自己設(shè)計”到“為他人改進(jìn)”，嚴(yán)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(dǎo)關(guān)注“身邊的真實問題”；設(shè)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(yīng)用”。這種“從生活中來，到生活中去”的實踐，讓學(xué)生感受到：科學(xué)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(xué)育人的終極目標(biāo)。

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(xué)素養(yǎng)培育之旅”。嚴(yán)婧悅的成長告訴我們：小學(xué)科學(xué)教育的使命，不是培養(yǎng)“小科學(xué)家”，而是讓每個學(xué)生都能在解決真實問題的過程中，學(xué)會用科學(xué)思維分析事物，用創(chuàng)新行動改變生活，用責(zé)任擔(dān)當(dāng)對待世界。

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

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