《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《新课标》）明确提出，科学课程旨在培养学生的核心素养，为学生的终身发展奠定基础
［1-2］。遵循《新课标》指引，针对小学生思维发展的独特性，笔者围绕学生实际学习需求，积极探索并创新教学策略，精心设计了一节以“观察产生了新物质的变化”为主题的实验教学。该节课的设计巧妙借助生活中的真实情境，点燃学生内在的探究热情，通过改进和优化实验方案与装置，对蜡烛燃烧现象进行深度探究，锻炼和提升他们的科学探究与思维能力。此外，该节课还引入传感器技术，对实验过程进行数字化改造。
1 实验教学分析
1.1 实验教学内容分析
在遵循《新课标》理念的前提下，该实验教学设计选自苏教版科学六年级上册第一单元第一节“蜡烛的变化”，主要包含两个核心探究活动。活动一，通过制作蜡烛的活动，引导学生重点观察蜡从固态到液态再凝固的过程，理解其状态变化中并无新物质生成，从而认识物理变化的特征；活动二，聚焦蜡烛燃烧现象的观察与分析，通过实验验证蜡烛燃烧产物中水和二氧化碳的存在，认识化学变化的特征
［3］。
两个活动紧密围绕《新课标》学科核心概念的第二部分——物质的变化与化学反应展开，并具体对应第三个学习要点：探究物质变化的本质特征。其中，“蜡烛燃烧产生新物质的观察实验”被明确列入《新课标》附录四的必做探究实践活动，要求五六年级学生必须亲身实践。该活动旨在帮助学生深化对物质转化规律的认识，培养基于实证的科学思维与实践操作能力
［1］。
1.2 学情分析
五六年级学生正处于认知发展从具体运算阶段向形式运算阶段过渡的关键时期，他们已初步具备运用同一性、可逆性和补偿性原理来解决守恒问题的基本能力。在之前的学习探究过程中，他们通过研究水的三态变化、热空气的上升现象以及人体呼吸等内容，已经能够从事物变化的角度出发，独立提出问题并设计相对完整的探究方案。然而，他们尚未建立起“物质变化可能产生新物质”这一核心的科学观念，因此需要有针对性的教学和实验活动来促进其理解。
1.3 实验教学重难点分析
该实验教学设计明确聚焦两大核心：一是确保学生能说明蜡烛和纸燃烧时会产生新物质（水和二氧化碳等）。二是引导学生寻找证据判断和解释蜡烛、纸燃烧时会产生新物质。确立这样的教学重难点，目的在于高效提升五六年级学生在探究物质变化过程中的观察力、推理能力和实证能力，从而深化其科学素养的发展。
1.4 实验教学素养目标设计
该实验教学设计的素养目标（
表1）具体明确、针对性强，符合《新课标》的内容与学业要求。该实验教学，有助于学生形成跨学科概念：物质与能量、稳定与变化。
2 实验教学改进设计
2.1 原型实验教学的不足
对比分析苏教版、教科版等多版本教材中的“观察蜡烛燃烧产生新物质”实验发现，其实际教学存在两大问题：一是实验操作层面的问题。现行设计要求学生用湿抹布包裹烧杯以收集产物。该操作不仅难度较大、存在安全隐患，而且实验现象不明显，难以吸引并维持学生的注意力。二是认知理解层面的问题。86%的学生误将烧杯内壁水雾归因于空气中水蒸气凝结；88%的学生认为，澄清石灰水变浑浊是空气中二氧化碳受热所致。这些错误认知反映出，学生在生成物识别方面存在认知误区。
上述问题导致学生难以将蜡烛燃烧实验方法迁移到纸张燃烧探究中，无法归纳“燃烧产生新物质”的科学结论。因此，亟须优化实验设计与教学方法，以提升学生的科学探究能力与核心素养。
2.2 师生协同互动：优化实验教学过程与方法
（1） 改进观察蜡烛燃烧生成水的实验。
为了改进蜡烛燃烧生成水的实验，笔者提出一种直观且安全的实验方案：采用1 000 mL集气瓶作为封闭的收集装置，并将蜡烛稳固地固定在带橡胶塞的燃烧匙上，确保蜡烛燃烧时产生的气体能够被有效收集，实验装置如
图1所示。在此改进实验中，设计对照实验，实验组点燃蜡烛进行燃烧，而对照组保持未点燃状态。对比两组实验结果，可以显著提升学生对蜡烛燃烧产物的认识。这一改进不仅降低了原实验的操作难度与安全隐患，同时使学生获得了蜡烛燃烧生成水的直观证据。
（2） 改进观察蜡烛燃烧产生二氧化碳的实验。
为进一步探究蜡烛燃烧产物中的二氧化碳，笔者对原实验进行创新设计：如
图2所示，在先前观察蜡烛燃烧产生水蒸气的实验装置基础上，添加一个分液漏斗组件。这一改进使得在确保整个系统气密性的前提下，能够将澄清石灰水精准地注入集气瓶中。
实验组点燃蜡烛，利用二氧化碳密度大于空气的特点，在集气瓶底部聚集气体，并通过分液漏斗注入澄清石灰水与之反应。对照组则不点燃蜡烛以作对比。该优化设计使得二氧化碳与澄清石灰水的反应更为集中且明显，从而清晰地观察到石灰水因生成碳酸钙沉淀而变浑浊的现象。这一简化实验流程，有助于学生直观理解蜡烛燃烧产物并提升实验操作的有效性。
（3） 改进观察纸燃烧实验。
在蜡烛燃烧实验装置的基础上，组织学生搭建实验装置（
图3）探究纸张燃烧时生成物的变化。利用燃烧匙承载纸张，并确保实验在密闭的1 000 mL集气瓶中进行，以捕获并分析燃烧产物。通过湿度传感器监测燃烧过程中水蒸气的生成，并将燃烧产物收集后导入澄清石灰水中，观察是否变浑浊以检测二氧化碳。这样的实验流程，能让学生直接观察到纸燃烧生成水和二氧化碳的证据，增强他们对物质变化的直观体验。这不仅有助于深化他们对化学原理的理解，也能有效提升教学效果。
（4） 用生活中常见的材料代替改进装置的实验器材。
如
图4所示，包括用针筒和软管代替分液漏斗、铁丝代替燃烧匙、油桶代替集气瓶等。
3 改进实验教学过程
3.1 创设情境，激发思考
（1） 情境：观察蜡烛的燃烧。
（2） 交流问题：不受其他因素干扰的蜡烛能永远燃烧下去吗？被蜡烛燃烧消耗掉的蜡到哪儿去了？
3.2 设计方案，验证猜想
（1） 探究蜡烛燃烧的产物及其检验方法。组织学生使用教师的改进装置（
图1）收集蜡烛燃烧产物，发现生成了大量水雾。
（2） 组织学生设计实验验证蜡烛燃烧生成水。引导学生分析水雾来自哪里：学生使用自己改进的装置（
图5）验证蜡烛燃烧生成新物质——水。
（3） 组织学生使用教师的改进装置（
图2）收集蜡烛燃烧产物，向其中加入澄清石灰水。学生发现蜡烛燃烧使澄清石灰水变浑浊；引导学生分析澄清石灰水变浑浊的原因，学生发现蜡烛燃烧产生新物质——二氧化碳。
（4） 组织学生再次思考：被蜡烛燃烧消耗的蜡块去哪儿了？学生发现蜡烛燃烧生成了水和二氧化碳等新物质。
3.3 学以致用，拓展延伸
（1） 组织学生使用探究蜡烛燃烧的器材或其他材料，组装方便的装置探究纸的燃烧。
学生使用自己组装的装置（
图3）探究纸的燃烧，发现纸燃烧生成水和二氧化碳等新物质。
（2） 组织学生课后探究生活中感兴趣的生成新物质的变化（如固体酒精和枯叶）。
4 改进实验教学效果分析
4.1 观察蜡烛燃烧生成水改进实验教学效果分析
（1） 创新实验教学设计实践与应用深度解析。
在蜡烛燃烧生成水的教学实践中，实验设计产生了显著的教学效果。通过精心设计的对比实验，学生能够直观地观察到蜡烛燃烧时烧瓶壁上水雾从无到逐渐累积的过程，这一生动的现象引发了学生对现象背后科学原理的深度思考和探究欲望。他们基于既有的知识框架，提出两种假设：一是认为水雾是由集气瓶内空气中的水蒸气遇冷凝结形成的；二是推测水雾可能是蜡烛燃烧直接产生的新物质。
改进型实验装置提高了观测效果，且具启发性，有效激发了学生的发散思维。在实际课堂互动中，学生创造性地提出以下两种验证蜡烛燃烧生成水的实验方案。
方案一着重于排除变量，替换蜡烛为非化学反应性热源——电热棒，加热相同环境下的空气来观察是否有水雾生成，从而验证水雾是否直接源于蜡烛燃烧产物。
方案二则运用现代科技手段，将湿度传感器集成于改进装置中，实时监测蜡烛燃烧前后周围环境湿度的变化，以定量方式检验水分增量是否由燃烧过程产生。
这两种创新策略均指向同一结论：蜡烛在燃烧过程中确实会生成水这一新物质。
（2） 核心素养达成分析。
这些实践活动不仅解决了学生的疑问，还成功引导他们亲自设计实验方案，研究蜡烛燃烧过程，并通过实验确立了蜡烛燃烧生成水的科学认识。学生在此过程中学会了依据证据探寻、解释现象和形成新物质变化的科学思维模式，同时培养了勇于尝试多种方法解决问题的习惯，并深刻认识到基于实证作出结论的重要性，以及面对确凿证据时调整个人观点的责任感。
4.2 观察蜡烛燃烧产生二氧化碳改进实验教学效果分析
（1） 创新实验教学设计实践与应用的深度解析。
在观察蜡烛燃烧产生二氧化碳的教学环节中，对比精心设计的实验组与对照组（
图2），能够有效激发学生对现象的深度分析与思考。当学生点燃蜡烛后观察到澄清石灰水变浑浊，以及未点燃时则保持澄清的现象时，引发了他们强烈的探究欲望。学生已知澄清石灰水遇二氧化碳会变浑浊这一原理，故能迅速推断出实验组内密闭容器中二氧化碳浓度的增加是导致石灰水变浑浊的原因，且这些二氧化碳正是蜡烛燃烧过程中产生的。
（2） 核心素养达成分析。
这样的实验设计和实际操作，不仅解答了学生的疑惑，更成功地引导他们建构起蜡烛燃烧会产生新物质——二氧化碳的科学认知，从而有效培养了他们的实证推理能力和科学思维素养。
4.3 观察纸燃烧改进实验教学效果分析
（1） 创新实验教学设计实践与应用的深度解析。
在纸燃烧实验的教学实践中，教师成功激发了学生的创新重组思维能力。在课堂互动环节中，学生主动设计出独特的实验装置（
图3），以科学严谨的方法分别利用湿度传感器监测水的生成情况，并借助澄清石灰水验证二氧化碳的存在与否。通过一系列直观而生动的操作，学生观察到干燥烧杯内壁出现水雾、盛有澄清石灰水的烧杯变浑浊等现象，从而推断出纸的燃烧生成了水、二氧化碳等新物质。
（2） 核心素养达成分析。
这一实验让学生切实掌握了一套有效观察纸燃烧产生新物质的方法，从而有力地刺激他们深入探究不同物质燃烧时产生新物质变化规律的求知欲望。这样的教学方式，不仅强化了理论知识与实践操作的结合，更提升了学生的实验技能及探究性学习的积极性，对培养未来科学家和工程师的实验素养具有显著意义。
5 教材原型实验教学与改进实验教学的对比分析
从核心素养培育角度看，原型实验存在现象不明显、操作复杂及安全隐患等问题，制约着学生的观察力与实践创新能力的发展，而学生所暴露出的认知误解（如误判产物来源）也反映出科学推理能力培养方面所面临的挑战。改进实验采取直观化、安全化设计，以鲜明现象激发探究欲，引导学生基于实证开展逻辑推理与深度探究，可有效提升其创新思维与问题解决能力。
在科学性上，原型实验因缺乏横向对照，限制了燃烧研究方法向纸张等物质探究的迁移；改进实验则构建“蜡烛—纸张燃烧”综合探究结构，遵循科学设计原则，呈现物质变化共性规律，拥有丰富的探究手段。
在器材设计上，原实验存在操作不便等问题，而改进实验采用集气瓶、燃烧匙等标准化装置，并融入湿度传感器等现代化工具，不仅提高了设备的集成度和数据精度，也使得操作更加规范、便捷。这一设计践行了“学生主体”理念，为学生创造了更多的实践机会。
综上所述，改进实验通过理论与实践结合，在激发学生探究热情与创新能力的同时，强化科学思维与实证精神，切实落实了《新课标》对核心素养培养的要求。
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