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探索“以学定教”的备课策略，目的是引导科学教师在生本教学观念指导下，遵循小学科学教学规律，探索和掌握研究教学、设计教学和实施教学的思维方法和实践操作模式。“以学定教”就是突出学生主体、充分研究学情，依据学生的认知水平、认知需要、认知规律和学习特点，来确定教学的起点、目标、方法和策略，有效预设学生学习活动过程，合理发挥教学组织、引导和促进作用，保证学生有效地学习。一般地，我们从“教学任务与目标、学习活动与方式、学习环境与材料、导学作用与评价”四个维度去研究教学和设计教学。
教学任务与目标的设计
教学任务是教师依据教材和学生发展需要预设的一系列学习内容，教学目标是师生共同完成教学任务的过程中学生应实现的学习发展结果。设计一节课的教学任务与目标，要在课程培养目标与学生认知发展需要之间寻找最佳契合点。因此，依据学生的认知水平和认知需要优化教学任务与目标，是“以学定教”式备课的第一个思考维度。
现以《水力发电站》的教学研究为例进行分析。
教材内容与编写意图：
观察水力发电站建成什么样子，分析水是怎样使发电机转动起来的，了解水力发电站建有大坝、发电机组，推测水力发电站是利用水力推动水轮转动使发电机转动起来发电。
制作小水轮，做实验研究“怎样用水使小水轮转动起来”“水轮转动快慢与哪些因素有关”，认识利用水从高向低流的冲力能使水轮转动，水轮转动快慢与水流冲击水轮的位置、水位的高低、水量的大小有关。
观察水电站示意图，讨论水力发电站是怎样发电的、修筑大坝对发电有什么作用，归纳水力发电站工作过程，明确水轮机、大坝的作用。
思考生产生活中还有哪些方面利用水力。调查家乡水力资源利用的情况。
教材只是教学内容的一个载体，教材内容是否适合实际教学，在备课时需要深入研究，认真分析教学任务与目标是否考虑了学生的认知水平，是否能激发和满足学生的认知需要。例如，学生对水力发电站、水力发电机缺乏足够认识，按照教材设计的教学任务进行教学，他们在学习中会显得被动，不能深入探究实践活动。
那么，怎样运用“以学定教”的方式优化设计教学任务与目标呢？
1.基于学生已有认知水平，恰当确定教学的起点
教师要认真分析学生具备哪些开始新学习任务的认知基础，如学生对水力发电站缺乏认知经验，但是对利用水力做事情、发电机发电有一定的生活经验。所以，教学的起点应当从“交流生产生活中利用水力能做哪些事情”“分析怎样利用水力做事情”“观察发电机怎样发电”等学习任务开始，为探究“水力发电站怎样利用水力发电”提供学习准备和认知基础。
2.基于学生的认知需要，恰当确定学习的生长点
教师要分析学生的认知需要，把一节课的知识目标分解成若干个具有逻辑联系的学习目标，使这些学习目标能满足学生的认知需要，符合学生科学认识形成、发展的逻辑过程。例如：
水从高向低流有冲力→水流冲力推动水轮转动使水磨工作→发电机转动起来产生电能、发电机转动快发电强→水流冲力推动水轮转动带动发电机转动→水轮转动快慢与水流冲击位置、水位高低、水量大小有关。
备课时，教师可借助思维导图、表格等工具来理清学生科学认识形成、发展的线索。
3.基于學生的学习目标，优化教学任务的设计
科学学习从问题开始，优化教学任务就要合理设计问题，通过问题解决实现教学目标。教师要遵循学生的科学认识形成和发展的逻辑线索，设计一系列相关联的引导学生开展科学实践活动的教学问题。如《水力发电站》一课改进后的教学任务预设如下：
【引入性问题】
交流：生产生活中利用水力能做哪些事情？
观察分析：水磨是怎样利用水力做事情的？
观察：手摇发电机是怎样发电的？
【探究性问题】
推测：水力发电站怎样利用水使发电机转动起来？
操作思考：怎样利用水力使小水轮转动起来？怎样使小水轮转动得更快？
实验研究：小水轮转动快慢与哪些因素有关？有什么样的关系？
【反馈性问题】
具体谈一谈水力发电站怎样发电。
水力发电站要设计哪些部分？
学习活动与方式的设计
教学任务与教学目标是通过合理的教学过程与方法来实现的，而教学过程是围绕教学目标，选择合适的教学方法，教与学交互作用，促进学生主动建构知识和身心全面发展的活动过程，教学过程应符合学生的认知规律。因此，依据学生科学学习的规律与特点优化学习活动与学习方式，是“以学定教”式备课的第二个思考维度。
运用“以学定教”的方式优化学生的学习活动与方式，应注意以下几点：
1.遵循学生认知规律，优化教学活动过程
科学课堂教学中，学生的学习活动主要是围绕问题展开的一系列科学探究实践活动，经历“发现问题、研究问题、解决问题”的认识过程，运用已有认知处理新信息、建构新认知。教学活动过程可以划分为“情境导学、自学质疑—问题导思、探究研讨—反馈导评、拓展运用”三个环节。
2.遵循科学学习特点，优化学习活动方式
小学科学课程倡导以探究式学习为主的多样化学习方式，促进学生主动探究。而探究式学习离不开查阅、观察、实验、思考、交流、讨论等科学实践活动，使学生实现做中学、学中思。因此，在科学教学过程的不同环节，学生的学习活动都应注重有机融合自主、合作、探究学习方式。
3.准确把握教学目标，突出科学实践，合理分配学习时间
《水力发电站》教学过程中三个环节的学习活动预设如下：
【自学质疑活动】
课前收集信息，课堂交流利用水力做事情的例子。 观察、思考、交流：水磨怎样利用水力做事情？手摇发电机怎样发电？
观察水力发电站和水力发电机图片，质疑推测：怎样利用水使发电机转动起来？
【探究研讨活动】
组装小水轮，研究怎样用水使小水轮转动得更快？
分析小水轮转动快慢可能与哪些因素有关，小组合作做对比实验研究，填写实验报告单。
交流实验报告，研讨问题，归纳实验研究结果。
【反馈拓展活动】
观察思考、再交流解释：水力发电站是怎样发电的？
想一想、画一画：水力发电站要设计哪些部分？各部分有什么作用？
学习环境与材料的设计
学习环境与材料主要指支持学生学习的场地、情境、媒体环境、学生群体关系、信息材料等学习资源，为学生有效开展科学学习活动提供支持，服务学习任务与目标的达成。因此，依据学生科学实践活动的需要，充分考虑学生学习方式的综合运用，优化学习环境与材料的设计，是“以学定教”式备课的第三个思考维度。运用“以学定教”的策略优化学生的学习环境和材料，应注重以下两方面：
1.依据学生认知的年龄特点，优化课堂教学环境
小学生的科学学习是基于具体事物和现象进行的，具体形象性是其认知活动的特点。所以科学教学环境的设计，首先要营造科学探究式学习环境，激发学生的好奇心和求知欲，组织学生亲历发现问题、探究问题和解决问题的实践过程；其次要创设情境体验式学习环境，通过教室内外结合拓展学习体验空间，通过实践操作或多媒体呈现增强学习体验效果，引导学生亲历科学实践活动，深入体验科学探究的基本过程，使学生实现做中学、学中思；第三是要营造社会交往性学习环境，通过加强学生学习小组建设，基于小组合作学习，组织开展科学探究和交流研讨活动，使学生在合作学习过程中，学会与人合作探究，学会与人交流思想，学会与人沟通矛盾。
2.依据科学学习活动的需要，优化学生学习材料
引入活动材料要注重直观性与可参与性。《水力发电站》教学的引入，用多媒体课件提供了水磨工作视频、水力发电站图片，并现场演示手摇发电机发电活动，创设问题情境，组织学生带着问题观察水磨、手摇发电机工作过程，能够有效调动学生已有认知经验，并获得水力利用与发电机发电的事实，有利于暴露学生的认知矛盾，激发学生探究怎样利用水力发电的兴趣。
探究活动材料要注重结构性与可操作性。《水力发电站》一课，为学生提供的安装有小水轮的长方体水槽、出水管粗细不同的漏斗、带有高度标尺的铁架台等，能够满足学生主动卷入“怎样利用水使发电机转动”“怎样利用水力使小水轮转动得更快”“小水轮转动快慢与哪些因素有关”等一系列的实验、交流研讨活动的需要。这些探究性材料不仅直观可操作，能帮助学生获取解释问题的事实证据，而且与科学概念的形成相互关联，具有结构性，能帮助学生获取相关科学认识。
反馈活动材料要注重简约性与可测评性。在《水力发电站》教学的反馈拓展环节，提供水力发电站工作过程的视频，引导学生解释“水力发电站是怎样发电的”，可测评学生科学知识的理解程度和综合运用能力；拓展活动“想一想、画一画：水力发电站要设计哪些部分？各部分有什么作用？”中，要在强化科学态度、科学知识、科学能力教育的同时，渗透工程技术教育。
导学作用与评价的设计
科学学习过程中，小学生自我掌控能力较弱，科学探究、科学思維和科学表达的能力都还处于较低水平，需要教师扮演好学生学习的组织者、引导者和促进者的角色，保证学生进行有效的科学学习。因此，依据年龄特点、针对学习困难，优化教师的导学作用和评价策略，是“以学定教”式备课的第四个思考维度。
“以学定教”优化导学和评价策略，要顺应学生认知活动的发生与发展，发挥以下主导作用：
1.发挥组织作用，聚焦学习任务
为了学生全员主动参与学习，备课要充分发挥教学语言的组织作用，抓住学生的认知矛盾，精心设计问题，直观呈现学习任务、明确学习方法，合理提出活动要求、推进学习活动。备课还要合理分编学习小组，充分准备器材，根据学生学习发展的需要适时提供学习资源。
2.发挥激励作用，鼓舞学习信心
学习不仅是学生认知的发展过程，同时还是学习情感、意志的发展过程。在教学过程中，鼓励学生面对学习困难、褒扬学生的学习进步、赏识学生的独特表现，能够不断激发学习兴趣，鼓舞学习信心，促进良性竞争。
3.发挥启发作用，展开思维活动
教学过程中，当学生产生认知矛盾，“心求通未解其意，口欲言未达其辞”时，要善于抓住机会启发学生质疑思考，想一想“有哪些想研究的问题”，说一说“你是怎样想的？为什么？”，试一试“怎样表达清楚”，启发学生的思维活动。
4.发挥引导作用，沟通认知矛盾
教学要注重先学后导，利用问题导学，引导学生主动参与、积极思考；利用学案导学，引导学生进行合作探究、收集证据。教师要善于观察、倾听、分析，当学生在学习活动中生成新矛盾、新问题时，及时进行“二次备课”，引导学生借助事实证据研讨解决矛盾和问题。
5.发挥评价作用，促进学习内化
学习评价是反馈学习情况、检查学习效果和促进学生学习的手段。教学过程中，要运用学情诊断工具，明确学习的出发点和方向；实施教师点评，不断激发学生求知欲、鼓舞学生自信心；组织学生自评和互评，引导反思学习效果，把学习引向深处。
为了把教学理论学习“化繁为简”，方便教师理解操作，我们把以上的经验成果概括为：引导教师树立“以学定教、先学后导、以评促学”的教学观念，落实“自学质疑、探究研讨、运用拓展”三环节教学，探索并运用“以学定教”四维度研究教学、设计教学策略进行有效备课。在课堂教学中，通过教学问题引领、学习任务驱动、学习活动推进、教学材料支持、学习评价增效的循环推进，突出学生的学习主体，改善学生的学习方式，提升学生的学习效果，实现学生全面参与、学习主动有效、素质全面发展的课堂价值追求。
教学任务与目标的设计
教学任务是教师依据教材和学生发展需要预设的一系列学习内容，教学目标是师生共同完成教学任务的过程中学生应实现的学习发展结果。设计一节课的教学任务与目标，要在课程培养目标与学生认知发展需要之间寻找最佳契合点。因此，依据学生的认知水平和认知需要优化教学任务与目标，是“以学定教”式备课的第一个思考维度。
现以《水力发电站》的教学研究为例进行分析。
教材内容与编写意图：
观察水力发电站建成什么样子，分析水是怎样使发电机转动起来的，了解水力发电站建有大坝、发电机组，推测水力发电站是利用水力推动水轮转动使发电机转动起来发电。
制作小水轮，做实验研究“怎样用水使小水轮转动起来”“水轮转动快慢与哪些因素有关”，认识利用水从高向低流的冲力能使水轮转动，水轮转动快慢与水流冲击水轮的位置、水位的高低、水量的大小有关。
观察水电站示意图，讨论水力发电站是怎样发电的、修筑大坝对发电有什么作用，归纳水力发电站工作过程，明确水轮机、大坝的作用。
思考生产生活中还有哪些方面利用水力。调查家乡水力资源利用的情况。
教材只是教学内容的一个载体，教材内容是否适合实际教学，在备课时需要深入研究，认真分析教学任务与目标是否考虑了学生的认知水平，是否能激发和满足学生的认知需要。例如，学生对水力发电站、水力发电机缺乏足够认识，按照教材设计的教学任务进行教学，他们在学习中会显得被动，不能深入探究实践活动。
那么，怎样运用“以学定教”的方式优化设计教学任务与目标呢？
1.基于学生已有认知水平，恰当确定教学的起点
教师要认真分析学生具备哪些开始新学习任务的认知基础，如学生对水力发电站缺乏认知经验，但是对利用水力做事情、发电机发电有一定的生活经验。所以，教学的起点应当从“交流生产生活中利用水力能做哪些事情”“分析怎样利用水力做事情”“观察发电机怎样发电”等学习任务开始，为探究“水力发电站怎样利用水力发电”提供学习准备和认知基础。
2.基于学生的认知需要，恰当确定学习的生长点
教师要分析学生的认知需要，把一节课的知识目标分解成若干个具有逻辑联系的学习目标，使这些学习目标能满足学生的认知需要，符合学生科学认识形成、发展的逻辑过程。例如：
水从高向低流有冲力→水流冲力推动水轮转动使水磨工作→发电机转动起来产生电能、发电机转动快发电强→水流冲力推动水轮转动带动发电机转动→水轮转动快慢与水流冲击位置、水位高低、水量大小有关。
备课时，教师可借助思维导图、表格等工具来理清学生科学认识形成、发展的线索。
3.基于學生的学习目标，优化教学任务的设计
科学学习从问题开始，优化教学任务就要合理设计问题，通过问题解决实现教学目标。教师要遵循学生的科学认识形成和发展的逻辑线索，设计一系列相关联的引导学生开展科学实践活动的教学问题。如《水力发电站》一课改进后的教学任务预设如下：
【引入性问题】
交流：生产生活中利用水力能做哪些事情？
观察分析：水磨是怎样利用水力做事情的？
观察：手摇发电机是怎样发电的？
【探究性问题】
推测：水力发电站怎样利用水使发电机转动起来？
操作思考：怎样利用水力使小水轮转动起来？怎样使小水轮转动得更快？
实验研究：小水轮转动快慢与哪些因素有关？有什么样的关系？
【反馈性问题】
具体谈一谈水力发电站怎样发电。
水力发电站要设计哪些部分？
学习活动与方式的设计
教学任务与教学目标是通过合理的教学过程与方法来实现的，而教学过程是围绕教学目标，选择合适的教学方法，教与学交互作用，促进学生主动建构知识和身心全面发展的活动过程，教学过程应符合学生的认知规律。因此，依据学生科学学习的规律与特点优化学习活动与学习方式，是“以学定教”式备课的第二个思考维度。
运用“以学定教”的方式优化学生的学习活动与方式，应注意以下几点：
1.遵循学生认知规律，优化教学活动过程
科学课堂教学中，学生的学习活动主要是围绕问题展开的一系列科学探究实践活动，经历“发现问题、研究问题、解决问题”的认识过程，运用已有认知处理新信息、建构新认知。教学活动过程可以划分为“情境导学、自学质疑—问题导思、探究研讨—反馈导评、拓展运用”三个环节。
2.遵循科学学习特点，优化学习活动方式
小学科学课程倡导以探究式学习为主的多样化学习方式，促进学生主动探究。而探究式学习离不开查阅、观察、实验、思考、交流、讨论等科学实践活动，使学生实现做中学、学中思。因此，在科学教学过程的不同环节，学生的学习活动都应注重有机融合自主、合作、探究学习方式。
3.准确把握教学目标，突出科学实践，合理分配学习时间
《水力发电站》教学过程中三个环节的学习活动预设如下：
【自学质疑活动】
课前收集信息，课堂交流利用水力做事情的例子。 观察、思考、交流：水磨怎样利用水力做事情？手摇发电机怎样发电？
观察水力发电站和水力发电机图片，质疑推测：怎样利用水使发电机转动起来？
【探究研讨活动】
组装小水轮，研究怎样用水使小水轮转动得更快？
分析小水轮转动快慢可能与哪些因素有关，小组合作做对比实验研究，填写实验报告单。
交流实验报告，研讨问题，归纳实验研究结果。
【反馈拓展活动】
观察思考、再交流解释：水力发电站是怎样发电的？
想一想、画一画：水力发电站要设计哪些部分？各部分有什么作用？
学习环境与材料的设计
学习环境与材料主要指支持学生学习的场地、情境、媒体环境、学生群体关系、信息材料等学习资源，为学生有效开展科学学习活动提供支持，服务学习任务与目标的达成。因此，依据学生科学实践活动的需要，充分考虑学生学习方式的综合运用，优化学习环境与材料的设计，是“以学定教”式备课的第三个思考维度。运用“以学定教”的策略优化学生的学习环境和材料，应注重以下两方面：
1.依据学生认知的年龄特点，优化课堂教学环境
小学生的科学学习是基于具体事物和现象进行的，具体形象性是其认知活动的特点。所以科学教学环境的设计，首先要营造科学探究式学习环境，激发学生的好奇心和求知欲，组织学生亲历发现问题、探究问题和解决问题的实践过程；其次要创设情境体验式学习环境，通过教室内外结合拓展学习体验空间，通过实践操作或多媒体呈现增强学习体验效果，引导学生亲历科学实践活动，深入体验科学探究的基本过程，使学生实现做中学、学中思；第三是要营造社会交往性学习环境，通过加强学生学习小组建设，基于小组合作学习，组织开展科学探究和交流研讨活动，使学生在合作学习过程中，学会与人合作探究，学会与人交流思想，学会与人沟通矛盾。
2.依据科学学习活动的需要，优化学生学习材料
引入活动材料要注重直观性与可参与性。《水力发电站》教学的引入，用多媒体课件提供了水磨工作视频、水力发电站图片，并现场演示手摇发电机发电活动，创设问题情境，组织学生带着问题观察水磨、手摇发电机工作过程，能够有效调动学生已有认知经验，并获得水力利用与发电机发电的事实，有利于暴露学生的认知矛盾，激发学生探究怎样利用水力发电的兴趣。
探究活动材料要注重结构性与可操作性。《水力发电站》一课，为学生提供的安装有小水轮的长方体水槽、出水管粗细不同的漏斗、带有高度标尺的铁架台等，能够满足学生主动卷入“怎样利用水使发电机转动”“怎样利用水力使小水轮转动得更快”“小水轮转动快慢与哪些因素有关”等一系列的实验、交流研讨活动的需要。这些探究性材料不仅直观可操作，能帮助学生获取解释问题的事实证据，而且与科学概念的形成相互关联，具有结构性，能帮助学生获取相关科学认识。
反馈活动材料要注重简约性与可测评性。在《水力发电站》教学的反馈拓展环节，提供水力发电站工作过程的视频，引导学生解释“水力发电站是怎样发电的”，可测评学生科学知识的理解程度和综合运用能力；拓展活动“想一想、画一画：水力发电站要设计哪些部分？各部分有什么作用？”中，要在强化科学态度、科学知识、科学能力教育的同时，渗透工程技术教育。
导学作用与评价的设计
科学学习过程中，小学生自我掌控能力较弱，科学探究、科学思維和科学表达的能力都还处于较低水平，需要教师扮演好学生学习的组织者、引导者和促进者的角色，保证学生进行有效的科学学习。因此，依据年龄特点、针对学习困难，优化教师的导学作用和评价策略，是“以学定教”式备课的第四个思考维度。
“以学定教”优化导学和评价策略，要顺应学生认知活动的发生与发展，发挥以下主导作用：
1.发挥组织作用，聚焦学习任务
为了学生全员主动参与学习，备课要充分发挥教学语言的组织作用，抓住学生的认知矛盾，精心设计问题，直观呈现学习任务、明确学习方法，合理提出活动要求、推进学习活动。备课还要合理分编学习小组，充分准备器材，根据学生学习发展的需要适时提供学习资源。
2.发挥激励作用，鼓舞学习信心
学习不仅是学生认知的发展过程，同时还是学习情感、意志的发展过程。在教学过程中，鼓励学生面对学习困难、褒扬学生的学习进步、赏识学生的独特表现，能够不断激发学习兴趣，鼓舞学习信心，促进良性竞争。
3.发挥启发作用，展开思维活动
教学过程中，当学生产生认知矛盾，“心求通未解其意，口欲言未达其辞”时，要善于抓住机会启发学生质疑思考，想一想“有哪些想研究的问题”，说一说“你是怎样想的？为什么？”，试一试“怎样表达清楚”，启发学生的思维活动。
4.发挥引导作用，沟通认知矛盾
教学要注重先学后导，利用问题导学，引导学生主动参与、积极思考；利用学案导学，引导学生进行合作探究、收集证据。教师要善于观察、倾听、分析，当学生在学习活动中生成新矛盾、新问题时，及时进行“二次备课”，引导学生借助事实证据研讨解决矛盾和问题。
5.发挥评价作用，促进学习内化
学习评价是反馈学习情况、检查学习效果和促进学生学习的手段。教学过程中，要运用学情诊断工具，明确学习的出发点和方向；实施教师点评，不断激发学生求知欲、鼓舞学生自信心；组织学生自评和互评，引导反思学习效果，把学习引向深处。
为了把教学理论学习“化繁为简”，方便教师理解操作，我们把以上的经验成果概括为：引导教师树立“以学定教、先学后导、以评促学”的教学观念，落实“自学质疑、探究研讨、运用拓展”三环节教学，探索并运用“以学定教”四维度研究教学、设计教学策略进行有效备课。在课堂教学中，通过教学问题引领、学习任务驱动、学习活动推进、教学材料支持、学习评价增效的循环推进，突出学生的学习主体，改善学生的学习方式，提升学生的学习效果，实现学生全面参与、学习主动有效、素质全面发展的课堂价值追求。