一、教材的编写指导思想
本套教材的编写指导思想是，全面贯彻“坚持教育为社会主义现代化建设服务、为人民服务，把立德树人作为教育的根本任务，培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人。全面实施素质教育……”的教育方针，认真落实教育部2001年印发的《基础教育课程改革纲要（试行）》的规定，主动适应新一轮基础教育课程改革对素质教育的要求，以《义务教育小学科学课程标准》（以下简称《课程标准》）为依据，参考《中国学生发展核心素养》的要求，借鉴国际上科学、技术、工程、数学教育政策和实践的经验，并吸收科学、哲学研究领域的科学观、知识观和方法论，采取建构主义、人文主义等学习理论所倡导的探究式教学模式，根据儿童认知发展心理学的最新研究成果布设教学内容，坚持面向全体小学生，以探究活动作为学习科学的主要载体，以真实的问题情境引导学生探究学习过程，以小组合作的学习方式突出学生的主体地位，以活泼的形式激发学生的学习兴趣，即通过“科学的内容，活泼的版面，系统的教育，快乐的学习”有效培养学生的科学素养。
二、教材的编写思路和特色
（一）“双主线+双辅线”：以培养学生的科学素养为核心
本套教材以培养学生的科学素养为核心。根据《课程标准》的要求，教材教学目标涵盖科学知识目标、科学探究目标、科学态度目标，以及科学、技术、社会与环境目标四个方面。为达成这四个方面的教学目标，教材巧妙采用以科学探究目标和科学知识目标为两条主线（明线），以科学态度目标和科学、技术、社会与环境目标为两条辅线（暗线）的“双主线+双辅线”的结构编排，即以物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程四个领域的科学知识目标的学习内容为四条经线，依据小学生的认知特点和科学知识的内在逻辑，精心设计一系列的“做中学”探究活动，通过引领学生经历探究过程建构相应的科学知识，从而有计划、有步骤地达成全部科学知识目标。同时，教材将提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息．得出结论、表达交流和反思评价等8个科学探究的要素贯串为一条纬线，围绕科学知识经线，通过一个个探究活动循环落实，逐一强化各探究要索的培养。科学知识经线和科学探究纬线相互交织，编织成系统培养小学生科学素养的教学蓝图。教材还在适当的探究活动中适时地渗透科学态度目标和科学、技术、社会与环境目标的要求，从而全面培养学生的科学素养（参见各单元框架表）。

（二）三个认知阶段：科学知识日标的层次性和科学探究目标的递进性
教材根据《课程标准》的要求和儿童认知的发展规律，把小学阶段的学习分为一至二年级、三至四年级和五至六年级三个学段，并把这三个学段的培养主题分别确定为“感知科学”“认知科学”和“探索科学”。
在科学探究目标方面，一至二年级的“感知科学”阶段由培养学生的具体形象思维能力入手，过渡到形象、抽象思维能力的培养，强调学生在教师的指导下进行探究学习；三至四年级的“认知科学”阶段以形象、抽象思维能力的培养为主，强调学生在教师的引导下进行探究学习；五至六年级的“探索科学”阶段逐步提升到以经验型为主的抽象逻辑思维能力的培养，更强调让学生学会自主探究。三个阶段逐步过渡，相互承接，从而实现探究目标的递进培养。
在科学知识目标方面，教材按照《课程标准》的要求，根据小学生的认知发展规律和科学知识的内在逻辑，合理安排学习内容，有计划、有步骤、分层次地完成《课程标准》所规定的18个主要概念，即75个学习内容的学习，循序渐进，螺旋式上升，为学生形成初步的科学知识体系奠定基础。
（三）问题导向：以探究活动作为学习科学的重要方式
《课程标准》指出，“探究活动是学生学习科学的重要方式”，强调“从学生熟悉的日常生活出发．引导学生通过亲身经历、动手动脑等实践活动，了解科学探究的具体方法和技能，理解基本的科学知识”。因此，本套教材坚持以培养学生的科学素养为核心，以探究活动为课程的主要实施形式。在探究中获取、建构《课程标准》所要求的科学知识，完善学生的知识结构，同时让学生体验科学探究过程，培养学生的探究能力和自主学习能力。
教材采用任务驱动型教学模式和基于问题（或基于项目）的学习有式，结合小学生的生活情境，以明确的探究任务或问题为驱动，设计探究活动，将科学知识目标和科学探究目标融入探究活动中。教材引领学生像科学家那样经历科学探究，让学生在课堂上亲历从提出问题到作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息并得出结论的探究过程来建构科学知识，了解科学探究的基本过程、方法和技能，学会利用科学方法和科学知识初步理解身边的自然现象，并解决某些简单的实际问题；同时培养学生积极的科学态度，使其学会全面地理解科学、技术、社会与环境的关系。
在探究式课堂教学模式中，教师要及时了解学生的既有知识和经验，根据学生的认知特点，创设适切的问题情境，引发学生提出问题并恰当地聚焦问题，引导学生主动探究；同时要善于以学生的自主学习和小组合作学习的方式进行教学，突出学生在学习中的主体地位。
（四）设计与制作：强调工程教育的重要性
教育部2017年正式颁布的《课程标准》凸显了对工程教育的要求，这一变化是对国际科学技术教育发展的反映，更是对我国社会与经济发展需要的响应。所谓工程，就是依据科学原理设计和制造物品，解决技术应用的难题，创造丰富多彩的人工世界的一系列活动。除了《课程标准》，《中同学生发展核心索养》及国际上最近几十年新兴的科学、技术、工程、数学教育实践，都赋予工程教育以重要地位。
本套教材对工程教育给予了足够的重视，不仅从二年级开始专门设置了技术与工程类的单元，还在其他探究活动中适时穿插一些设计与制作活动，以培养学生的动手能力和工程意识。
（五）学科渗透：教学内容设计的综合性
《课程标准》强调，理解自然现象和解决实际问题需要综合应用不同领域的知识和方法，小学科学课程要针对发生在在学生身边的现象，从物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程四个领域综合呈现科学知识和科学方法，强调这四个领域知识之间的相互渗透和相互联系。
本套教材的设计强调贴近小学生生活，从实际问题出发，注重自然世界的整体性，发挥不同知识领城的教育功能和思维培养功能，不断丰富学生对现实世界中的科学现象的体验。教材强调不同领城知识之间的相互联系和相互渗透，适当淡化学科知识之间的界限，不少探究活动的设计涵盖了《课张标准》要求的物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程领域中的两个或两个以上的科学知识学习目标。教材还特别重视渗透环境教育的思想，使学生从小亲近自然、欣赏自然、珍爱生命，善待周围环境中的自然事物，追求人与自然的和谐相处。
（六）内容和形式的趣昧性：激发学生的好奇心和求知欲
小学生对周围世界的好奇心和求知欲是学习科学的内在动力，对其终身发履具有重要作用。枯燥乏味的学习会逐渐减弱小学生与生俱来的好奇心和强烈的求知欲。因此，在保证科学性的同时，教材设计还特别注重趣味性。
在教学内容设计方面，教材摒弃传统的讲授式教学方式，以探究活动作为主要教学方式。教材注重通过小学生喜闻乐见的科学主题，创设愉悦的教学氛圈，激发学生学习科学的兴趣，引导学生主动探究，领会科学本质、科学思想、科学知识、科学方法等学习内容。
在版面设计方面，教材充分考虑小学生的心理特征，利用游戏、故事、谜语、诗歌、连环画、科幻作品等学生喜闻乐见的形式，激发学生主动学习科学的热情。其中一至二年级教材主要采用图画、游戏、观察等以形象思维和动手操作为特征的形式，三至四年级更多采用卡通、连环画具有一定抽象思维特征的形式，五至六年级主要采用科学童话、科学故事、概念图等具有一定抽象思维特征的形式。同时，教材还设了“探探”“究究”“奇奇”“妙妙”四个概括了当代小学生主要性格特征的生动活泼的卡通形象。他们用天真的眼睛观察自然，从新奇的视角提出问题。他们的对话、活动引导学生在课堂上经历一个个探究过程，既增强探究活动的情境性，又使科学学习过程变得生动有趣，从而有效地激发和保护了学生的好奇心和求知欲。
（七）机会均等：教材设计面向全体学生
《课程标准》要求，小学科学课程要面向全体学生，适应学生个性发展的需要，使每位学生获得良好的科学教育。本套教材的设计充分考虑了学生之间的地域和城乡差异、经济和文化背景差异、性别和个体条件差异，力争为全体学生提供适合的、公平的学习和发展机会。
为适应我国不同地区学生的需要，我们力求使教材的内容繁简适度，难易搭配；力求在学习条件的要求上高低皆宜，在教师素质的要求上有一定的弹性空间。教材努力为不同地域、不同水平的学生提供可选择的、应用性与可操作性较强的学习内容，为他们提供生动活泼、丰富多彩的学习材料与学习环境。同时，在探究主题的选取上也考虑到不同性别学生的心理特点和学习兴趣，以保护全体学生的好奇心和求知欲。
三、整体教材的体系结构
（一）教材的逻辑结构
教材采用以科学知识为经线、以科学探究为纬线的双主线结构编排，经线和纬线相互交织，构成系统培养小学生科学索养的教学蓝图。从“科学知识与科学探究双主线结构图”中可以看出，全套教材包括一至六年级共12册。每册教材由若干个探究活动组成，每个探究活动均有纵向的科学知识主线和横向的科学探究主线相互交叉，表示每个探究活动均承担着纵向的科学知识目标的学习任务和横向的科学探究目标的学习任务。其中，纵向的四个领域的科学知识主线由下向上知识层次逐渐加深，代表着科学知识培养的渐进性，即从低年级到高年级由浅入深、由简革到复杂的培养过程。
在科学知识目标的渐进性方面，我们强调主要概念和学习内容的有序培养。我们充分考虑《课程标准》中各条具体的学段目标在每个学段的布局，通过合理安排学段目标，有计划、有步骤、分层次地完成18个主要概念，即75个学习内容的学习，确保科学知识的安排既符合小学生的认知发展规律，又符合科学知识的内在逻辑。整套教材分学段落实科学知识目标，循序渐进，螺旋式上升，最终完成小学阶段的全部科学知识目标，从而为学生形成初步的科学知识体系奠定基础。
从横向的科学探究主线可以看出，科学探究目标的培养在全套教材中经历了三次循环，即一至二年级以“感知科学”为主题的学段、三至四年级以“认知科学”为主题的学段和五至六年级以“探索科学”为主题的学段。每个学段都经历了一次科学探究全部8个要素的落实和强化训练的循环过程，以完成《课程标准》中科学探究目标在不同学段的要求。从一至二年级到三至四年级，再到五至六年级，科学探究主线颜色逐渐加深，代表着整套教材对学生科学探究能力培养的渐进性和螺旋式上升的特点。
除科学知识目标和科学探究目标两条主线（明线）外，教材还将科学态度目标和科学、技术、社会与环境目标作为教材的两条辅线（暗线）。教材每个单元设计的探究活动，都可能从某一个方面、角度体现《课程标准》对科学态度目标和、社会与环境目标的科学、技术、社会与环境目标的学段要求。每个学段的各单元，根据所学内容的特点，灵活分配这两个方面的全部学段要求。特别是在教材的边栏中，根据教学活动的特点，适时从探究兴趣、实事求是、追求创新、合作分享四个方面对学生的科学态度加以引导，对凸显和强化学生科学态度的培养、增强科学态度培养的效果起到了积极作用。
（二）教材的总体结构
教材整体设计为一至二年级、三至四年级、五至六年级三个学段，每个学段两个年级，每个年级分为上下两册。每个学段严格遵守《课程标准》对各学段目标的要求，保证各项目标在本学段均得到落实。
在每个学段中，教材将科学探究的8个要素分布到4册教材中进行落实和强化，每册完成两个要素。如一年级上册落实和强化“提出问题”和“作出假设”，一年级下册落实和强化“制订计划”和“搜集证据”，二年级上册落实和强化“处理信息”和“得出结论”，二年级下册落实和强化“表达交流”和“反思评价”。到了三至四年级和五至六年级再循环一次，实现探究要素培养的螺旋式上升。
在每册中，每个科学探究要素又根据学生的认知特点和培养需要，以及探究要素本身的特点，通过一至三个单元从不同的角度、层次进行训练（科学探究目标的单元目标），从而保证科学探究各要素的学段目标在本学段内逐一得以落实和强化。
在将科学探究的学段目标分解为单元目标时，不仅要考虑各单元目标能否涵盖整个学段目标的要求，还要考虑单元目标之间的逻辑关系和递进性。如二年级下册第一至第三单元“我们的家园”“科技改变我们的生活”“四季与生物”承担的探究要素“表达交流”的学段目标为“在教师指导下，能简要讲述探究过程与结论，并与同学讨论、交流”。我们根据三个单元的活动特点将各单元的科学探究单元目标分别设为：“在教师指导下，能基于自己的观察和经验提出自己的观点，并与同学讨论、交流。”“在教师指导下，能简要讲述自己的设计与制作过程，并与同学讨论、交流。”“在教师指导下，能结合适当的形式讲述自己的探究过程与结论，并与同学讨论、交流。”
当然，每个单元的活动设计都是一个或多个完整的探究过程，因此在对一个单元所要落实和强化的探究要素进行重点培养的同时，并不排斥对其他探究要素的培养。
（三）教材的单册结构
一至二年级每册教材由六个单元组成，三至六年级每册教材中七个单元组成。每册教材均包括三种类型单元，其中笫一个单元为“准备单元”，最后一个单元为“反思单元”，其他单元为“综合探究单元”。
准备单元是引导学生对各册需要落实和强化的两个探究要索（或其中之一）进行体验的单元（其中一年级上册的准备单元引领学生体验了一个简单、完整的探究过程），为各册的综合探究单元做准备。
综合探究单元是各册的主体，是通过以科学知识为基础设计的探究活动来培养学生的探究能力的基本单元。每个综合探究单元通过一个或多个完整的“做中学”探究活动，培养本册教材要落实和强化的科学探究学段目标的一个侧面。基于探究活动的不同，每个单元可能涉及物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程中一个领域，也可能涉及其中两个或多个领域，从而使学生在“做中学”探究活动中通过动手、动脑学习基础的科学知识，不断提高科学探究能力，从探究兴趣、实事求魁，追求创新、合作分享中的一个或多个方面培养科学态度，并从不同的角度理解科学、技术、社会与环境的关系。
反思单元是各册的总结单元，引导学生对各册科学探究的学段目标的学习进行回顾和反思。这一单元会呈现给学生科学史中一个个真实有趣的科学研究的成功案例，让学生通过对科学家典型探究过程的分析与反思，温故知新，在发展元认知能力的同时，进一步理解科学探究的基本特征。
在对每册的单元进行布设时，我们充分考虑各学习领域的均衡，力争每册都涉及物质科学、生命科学、地球与字宙科学、技术与工程四个领域。其中一年级学生的动手能力有限，所以每册均设置了两个物质科学单元、一个生命科学单元和一个地球与宇宙科学单元，并在这些单元中适当增加了一些制作活动。
（四）教材的单元结构
教材的准备单元和反思单元均只有一课，包括单元名称和单元内容，在一个课时内完成。教材每个综合探究单元由单元名称、单元页和3~5课组成，每课一般在一个课时内完成。
根据学习内容的不同，一个单元可能由一个大的综合探究活动组成，也可能由多个并列的活动组成，如一年级上册第二单元“认识小动物”分别由《兔子》《金鱼》《蚂蚁》3课组成，引导学生对兔子、金鱼、蚂蚁进行观察，通过认识常见动物来激发学生观察和提问的兴趣。多数单元是由相互关联的，内容上呈递进关系的几课组成。
每个单元除承担着科学知识的学习目标之外，还承担着落实和强化某一科学探究要索培养的任务，承担着探究要素的学段目标或学段目标的一个侧面，即科学探究的单元目标。此外，还要适时渗透科学态度目标，以及科学、技术、社会与环境目标的某一个或多个维度的学段目标，或者学段目标的一个侧面。
（五）教材中课的结构
教材每课涌常由一个单独的探究活动组成，或者与其他他相邻的课共同组成一个大的探究活动，个别课也可能包含两个探究活动。每一课的探究活动都具有相对的独立性和探究过程的完整性，通常可以在一个课时内完成。
教材中每课通常由标题、引入活动（创设问题情境）、提出问题并聚焦问题、对问题进行探究、得出结论等部分组成，个别课还有拓展活动。教材中每一课和每个探究活动的设计一般体现“基于问题的学习模式”（PBL教学模式）或者“任务驱动型教学模式”。如一年级下册第一单元“水与溶解”，设置了一个从5个失去标签的瓶子中挑出水的情境，引导学生对水的特征进行研究。同样，工程和技术类的活动，通常由创设需求情境、明确目标、进行设计、完成制作、应用等几个主要过程组成。
本套教材以教学活动图标来引导学生的探究和学习过程。为了避免版面的杂乱，我们根据探究过程和教学过程统一设计了20多个教学过程图标。这些图标包括观察、描述、提出问题、猜想假设、计划组织、搜集证据、实验、调查、处理信息、得出结论、表达交流、迁移应用、反思、评价、引入活动、拓展活动、阅读、讨论、知识链接、游戏、活动、设计、制作等。利用这些教学过程图标可以清晰、有序地引领学生的探究和学习过程。
（六）《学生活动手册》的编写体例
根据《课程标准》的要求，《学生活动手册》是本套教材的必要组成部分。《学生活动手册》不是练习册、作业本，也不是课外阅读材料，而是对学生探究活动的具体指导及学生探究活动的真实记录，它是将探究式学习方式落实于课堂的基本保证。《课程标准》要求《学生活动手册》的编写应体现对学生探究活动的指导，应以任务清单的形式引导学生的学习活动。
《学生活动手册》的编写体例正是基于《课程标准》的要求设计的。《学生活动手册》在教学上同步服务于教科书中的每个探究活动。每个单元分别由单元名称、备课活动记录、单元小结、单元评价（“试剑石”）等部分构成。每课的活动记录通常由标题、探究活动名称、“问题银行”（提出和聚焦问题）、活动记录、得出结论、随堂自我评价等几个部分组成。因此，活动记录的编写体例既能保证其基本的活动记录功能，又能体现对学生探究活动的程序性指导，为在课堂上落实和强化探究式学习方式提供了基本保证。