（四）教学设计的四个维度
1. 知识
课本教材及其他各种教学资源是科学学科的主要知识来源，也是进行教学活动的基础。科学学科的知识大体包括科学概念、科学结论、实验类型、实验器材、物质名称，以及各种相关的科普知识等。
2. 能力
第一，自主学习能力是学生进行科学学习必须具备的能力；第二，学生在进行实验过程中，要具备观察能力、分析能力、概括能力、归纳演绎能力以及最基本的读写算的能力；第三，学生在进行小组合作实验过程中，要具备合作能力、交流能力、协调能力等。
3. 思维方式
鼓励学生在科学教学活动中不断地进行发现问题、分析问题、解决问题的活动。在这些活动的过程中学生需要不停地思考。通过观察活动，学生的形象思维、发散思维得到了很好的培养；解决问题、分析问题、得出结论的过程，培养了学生的逻辑思维；各种类型的实验，能够培养学生良好的科学思维方式。
4. 情感意志
(1) 合作意识：通过学生之间共同合作进行科学实验操作、讨论探究等活动，培养学生的合作意识。
(2) 实事求是的精神：在进行科学实验、观察、讨论等活动对科学概念、定理、法则的探索、论证过程中，学生会逐渐养成用事实说话、实事求是的工作作风。
(3) 创造意识：在进行各种实验探究的过程中，不断地分析问题、解决问题，容易激发学生天马行空地思考解决问题的方法，有利于培养学生的创造性思维及意识。
(4) 探究精神：科学实验、探究活动是培养学生探索精神的主要渠道，其实验探究活动具备特点如下：
① 趣味性：在生活中我们发现有趣的、好玩的东西对小孩子有着巨大的吸引力。所以，在设计实验探究活动时，应尽可能地考虑到其具有新颖性、趣味性一些，从而更好地激发学生进行实验探究活动的欲望。
② 迁移性：
a.兴趣迁移：托尔斯泰说过：“成功的教学所需要的不是强制，而是激发学生的兴趣。”可见兴趣在教学中的重要作用。兴趣是学习的主要动力，是变厌学为乐学的关键。科学学科的实验探究活动在很大程度上与小孩子扮家家游戏极为相似，所以，在开展科学实验教学活动设计时，应适当地、合理地运用情感迁移效应引导学生进行科学实验活动。这样，学生不仅保持了乐在其中、玩在其中的扮家家游戏的感觉——轻松愉快 。同时，在有目的、有组织的实验中继续体验、学习动手动脑的实验探究活动所带来的乐趣。教学设计中利用各种各样新奇的、富有探索意义的实验活动，进一步激发学生的好奇心、探究激情，从而为培养学生良好的科学探究能力、探究意识打下坚实的基础。
b.技能迁移：科学教学设计的技能迁移性应把握纵向迁移设计和横向迁移设计两条原则：
第一，纵向迁移设计应注意把握由浅入深、从易到难、由简入繁、循序渐进、逐渐熟练的梯度性设计原则。
第二，横向迁移设计应考虑技能的强化巩固、实践运用，以及各种技能之间的综合运用、相互促进、相互联系的内在关系。
c.思维方式迁移：在进行自主学习、小组实验活动、各种实验活动时，学生会有意无意地运用各种思维方式。在进行教学设计时，教师应有意识地设计一系列运用相同思维方式的实验活动，利用思维方式的正迁移效应，促进学生对该思维方式的熟练掌握。也可以适当地引导学生比较、分析不同的活动中使用的思维方式的异同所产生的效果的异同来强化、明晰各种思维方式的特点、使用方法、使用效果。
总之，通过以上几种迁移的培养、训练过程，最终实现学生由扮家家游戏的无意识的探索行为向富于科学的探索精神迁移的目的。
③ 开放性：为了保持、培养学生的好奇心和探究激情，在实验教学设计时可以在固定的实验活动基础上适当地增加开放式的实验活动项目。以固定的实验项目指导学生掌握进行实验的方法、技能，以开放式的实验项目激发学生的好奇心和探究激情。
④ 生活性：在设计探究实验活动时应尽可能地联系学生的生活实际，熟悉的日常生活环境有利于学生轻松愉快地进行实验探究活动，便于学生在生活中处于相同环境时获得更好的情感、知识、技能迁移效应，能够更好地激发学生的探究欲，培养学生的探究意识。
⑤ 适合性：要做到实验活动设计具有趣味性、迁移性，生活化，就需要考虑根据学生的元认知水平、能力层次、生活环境等对实验活动方式进行适当、合理的选择，也就是实验活动设计应具有适合性。按循序渐进、合理迁移的原则，依据学生情况选择适合于学生的实验活动方式，选择有利于学生个性、全面发展的实验活动方式。
⑥ 系统性：要实现这些设计要求，就需要系统性地规划一套完整的具有层次性、梯度性的科学教学设计。首先，依据知识结构、能力层次、思维方式等具有层次性、梯度性的细致的规划；其次，对实验活动项目依据迁移性、趣味性进行教学个案设计；再次，在教学设计上，尽量考虑以生活性、适合性作为实验活动的参考因素；最后，科学学科教学的目的就是培养学生的探究能力、探究意识，从而形成自我探索精神。开放性的实验活动项目能够很好地激发、迎合学生的好奇心、探究欲。
依据教学内容、教学目标的需要，在进行教学设计时，可以是以某一个教学维度为主、其他维度为辅进行教学设计，也可以是几个教学维度共同协作进行教学设计。但不管采用哪一种形式，都要依据学生实际紧紧围绕教学内容、教学目标进行合理、有效的设计。
