一年级上册教材共有五个单元组成：《走进科学》、《用感官观察》、《用大脑思考》、《用双手创造》、《像工程师那样》。
第一单元《走进科学》是全套教材第一个单元，是有关科学与工程本质的学习，既有科学探究也有工程实践。由《小小科学家》《小小工程师》《上好科学课》3课组成。单元标题“走进科学”既有走进科学课堂的意思，也有走进科学学科的意思，更有走进这个引起学生无限遐想并为之探索的科学领域的意思。简言之本单元主要内涵是：走进科学领域、走进科学学科，走进科学课堂。编者希望在教材开篇就给孩子们一个初步的科学本体论的印象：科学是干什么的？与科学相关的专业人士科学家、工程师是干什么的？小学生能做什么？怎样才能做得更好。单元目标设计如下：1.通过交流科学家与工程师的工作，知道科学家与工程师分别是干什么工作的人；2.通过科学小实验与设计制作活动，体验科学研究与工程实践的过程，获得发现与制作的乐趣。3.通过经历具体的操作活动，意识到制定与遵守科学课规则的重要性。单元结构如下：
第二单元《用感官观察》是教材正式对小学生观察方法和能力培养的开始，且贯穿在整个小学科学学习的过程中。本单元由三课组成：《认识感官》、《感官总动员》、《借助工具观察》。三者之间逻辑关系是：首先从识别单个的感觉器官入手，丰富学生对每个感官功能的认识，知道观察不仅仅是看；接着让孩子知道我们可以同时利用两种或更多的感官进行观察解决一个问题；最后，能够知道如果遇到人的感官无决问题的时候，还可以借助工具进行观察，实现感觉器官的延伸，提高了人类观察能力和解决问题的能力。第三课的呈现就是人类观察活动不断深入，观察工具不断完善，观察能力不断提高的过程。单元目标设计如下：1.识别感觉器官，运用某种感官观察描述事物的特点；2.通过做多种感官观察物体的活动，获得关于事物的更多信息；3.使用简单的工具帮助感官观察事物，发现工具延伸了感官的功能；4.与同学共同完成观察活动，交流自己的发现，感受发现的乐趣。单元结构如下：
第三单元《用大脑思考》的单元名具有双重含义，它即表示一种行为，即运用思维的器官大脑进行思维活动——思考，它概括了思维的载体和过程。另一方面，他也是一种行为号召，即积极开动脑筋、进行思维活动，表达的是对学生的一种行为。单元由三课组成，围绕“猜测要有依据，猜想不一定正确”这根主线，呈“分分总”的格局。前两课为分，后一课为总。第一课“做个小侦探”以时间维度为划分标准，分别引导学生猜想正在发生、过去存在、未来出现的情况；第二课“暗箱里的秘密”将视角导入事物内部，指导学生猜想物体的内部结构；第三课“树叶变黄”指导学生提出猜想，并从猜想出发，收集进行验证，让学生运用所学，在生活实践中锻长。单元目标设计如下：1.通过一系列有结构的猜想活动，认识什么是事实、什么是猜想；2.知道猜想要有依据，猜想不一定正确，猜想需要经过验证3.借助解暗箱活动，体会当意见不一致时，交流、磋商、讨论的重要性；4.针对树叶变黄的问题情境，提出猜想并进行验证。
第四单元《用双手创造》针对学生身边的现象，从物质科学、生命科学、地球和科学、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，注重自然世界的整体性，发挥不同知识领域的教育功能和思维训能。本单元由三课内容组成：《自然世界和人工世界》《衣食住行的变化》《轮子的故事》，从三个不同的侧面引导儿童认识存在于他们身边的科学技术产品和由科学技术产品构成的人工世界。这三科内容总体上是并列关系，每课侧重点各有不同，第一课侧重于比较，第二课侧重于变化，第三课侧重于体验。单元目标设计如下：1.观察自然物和人造物，知道自然物构成了自然世界，人造物构成了人工世界，体会自然世界的神奇和人工世界的伟大；2.利用自然物制作一个物品，体会自然物和人造物的关系，感受用双手创造的乐趣；3.比较原始人与现代人生活的不同，了解古代人与现代人在衣食住行方面发生的变化，意识到科技改变生活；4.通过使用工具加工食品，体验工具带来的方便；5.通过阅读和安装轮子的活动，体会轮子省力的作用，认识到科技产品在不断地改进和发展。
专项学习单元《像工程师那样》是以主题为引导，以学生自主为载体，以为活动形式，强调“没有最好，只有更好”，综合培养学生科学探究和工程实践的技能。它包括“像科学家那样”的科学探究和“像工程师那样”的工程实践两大内容，从一到六年级共安排六次科学探究指导、六次工程实践指导，且都放置在每册教材的最后。从科学探究与工程实践的教育目标的视角出发，专项学习在整套教材的探究能力培养、品质提升中居于核心地位，是本套小学教材的重要主成部分。本次专项学习为整套教材的首次，地位特殊，在全套教材的六个专项工程实践活动中，既有带入功能，又具领衔作用。带入功能：表现在让才上一年级的学生体会到科学实践活动应该怎么做，知道以后的工程实践活动还应该这样做。领衔作用：在于学生初步学会了怎么做，并掌握一些初步方法，为以后工程实践专项学习的开展奠定基础。单元结构如下：
为了培养学生的科学素养教师要为学生提供多样化的学习机会，如探究的机会，综合运用知识解决真实情境问题的机会，讨论辩论的机会，关心与、资源等有关议题的机会等。1.动手动脑做科学。小学科学课与其他课的重要区别之一是，很多情况下学生要通过动手做来学习科学，比如：做实验，制作模型，观察、测量，种植与饲养……这些活动不仅是学生喜欢的学习方式，也是学生理解科学概念的重要经验支撑。动手不应是纯粹的操作性活动，还应与动脑相结合。边动手边思考，可以使两者相互支持，相得益彰。2.开展探究式学习。探究式学习类似于科学研究的方式。这种符合儿童天性的学习方式可以激发儿童学习科学的兴趣，有利于科学概念的理解，也是培养小学生科学探究能力、科学思维能力、科学的有效学习方式。指导学生进行探究式学习，应注意以下问题：
（1） 重视探究活动的各个要素.科学探究包括提出问题、作出假设 制订与实施研究方案、收集和分析数据得出结论、表达交流、反思评价等要素。每个要素都会涉及多个科学思维方法。只有让学生有机会充分这些思维方法，科学思维才能逐渐形成。要避免程式化、表面化的科学探究。
（2）精心设计探究问题.探究问题可以来自学生，也可以来自他人 无论问题来自何方，都必须与学生探究能力的水平相符。在时空都有限的课堂上，探究问题应结构良好，容量合适，对于学生科学思维发展更有价值的真实问题也应该占有一席之地，时空的局限可以通过与综合实践活动课程或校本课程的结合等途径加以解决。
（3）处理好探究式学习中学生自主和教师指导的关系。探究式教学强调要以学生为主体，但这并不意味着教师要放弃指导，从学生原生态的发现活动到较严谨的探究性实验设计与操作，离不开教师的精心指导。为了指导的适时有效，教师要对学生在探究中出现的问题保持高度的，必要时给予适当的指导。指导要富于，最好是在教师的提示下学生自己发现问题所在。
（4）不要把探究式学习作为唯一的科学学习方式。科学素养包括多个维度，不同的素养要通过不同的学习活动加以培养，科学教师应尽可能掌握多种科学教学方法和策略。要多采用能激发学生兴趣，符合学生认知发展规律，以及能充分调动学生积极性的教学方法和教学策略，使学生愿意主动学习。戏剧表演、科学游戏、模型制作、现场考察科学辩论会等，都是科学学习的有效方式。
3. 突出学生的主体地位。学习是学生自己的事，他人无法替代。教师不能只关注自己的教学， 更应关注学生的学习。学生在学习科学探究、学习运用科学知识解决实际生活中的问题时，不可能一蹴而就、一帆风顺，教师要为学生的活动留有充足、必要的时间。匆匆而过、急于求成的活动对于学生能力的提升是无益的。教师要讲究为学生的科学活动提供帮助的艺术，变告诉为，变单向传输为师生互动，变学生被动为学生主动。
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