信息技術環境下培養中小學生科學精神的四個策略

李萬峰 _ 北京市通州區次渠中學 史鵬越 閆月 _ 北京市通州區教師研修中心

“科學精神”作為中國學生發展核心素養六大核心素養之一，在培養學生獨立精神、提高學生創新素質能力等方面發揮著關鍵作用。中國學生發展核心素養中對科學精神的解釋為:“主要是學生在學習、理解、運用科學知識和技能等方面所形成的價值標準、思維方式和行為表現。具體包括理性思維、批判質疑、勇于探究等基本要點。”在細化“科學精神”表現維度中，大量的文獻并沒有對其進行可操作的分析，我們參考《科學精神：創新驅動的核心》一書中對科學精神的解讀，最終形成了中小學科學精神的8個維度：理性精神、崇實精神、探索精神、察微精神、質疑精神、進取精神、創新精神和奉獻精神。

《國家中長期教育改革與發展規劃綱要（2010—2020年）》中明確提出:“信息技術對教育發展有革命性影響，必須高度重視。”網絡、平臺、資源等多種信息技術能夠突破時空局限，為學生創設虛擬學習空間、提供海量資源，給予他們更多的自由選擇和探索空間，為培養學生“科學精神”提供了探索的環境和豐富的資源。那么，如何在信息技術環境下培養中小學生“科學精神”呢？

1.數據分析與信息化實證，提升學生理性和探索的科學精神

多國在制定科學教育標準中都強調了“證據”意識，即學生在解決探究問題過程中的依據，它可能由實驗數據構成，也可能由報告數據組成。美國1996年的《國家科學教育標準》指出，科學解釋包括用批判性和邏輯性思維思考證據和解釋之間的關系。圍繞問題搜尋“證據”的過程，是培養學生探索精神，鼓勵學生利用“證據”去分析解決實際問題的過程。

然而在日常教學過程中，由于環境、空間的限制，學生很難經歷搜集“證據”的過程。隨著信息技術的發展，網絡技術、虛擬技術為學生學習創設了更加真實、豐富的環境。搜索引擎解決了大部分“是什么”“為什么”的問題，各類傳感器、模擬器幫助學生收集與生成多種的實驗數據，計算工具能將數據進一步整合、分析，幫助學生發現相關規律等。

在具體實踐中，一方面，通過課堂教學不斷為學生創設收集“證據”解決問題的任務；另一方面，在學生的日常生活學習中，鼓勵他們利用“證據”去解決問題。例如，兩個小學生在郊游的路上發現兩只蝸牛，一只蝸牛外殼的螺紋順時針旋轉，另一只逆時針旋轉，它們都緊緊地貼在長滿青苔的石頭上，很難將它們拿下來。這是什么原因呢？怎么尋找答案呢？在教師的指導下，兩個學生的做法是：回家上網，搜索影響蝸牛外殼螺紋旋轉方向的原因；通過物理拉力試驗，測試蝸牛的粘結力；通過化學實驗，初步了解產生這種粘結力的物質的特征。由此可以看到，郊游的實踐活動使他們發現了問題，互聯網幫助他們找到了老師，計算機使他們能夠利用信息技術來學習和研究，科學實驗使他們學會了通過實證和數據來論證問題。

2.實物觀摩與信息化實驗，提升學生崇實和察微的科學精神

實物觀摩與實驗是學生認識和觀察科學現象、通過實踐掌握科學知識的有效手段，尤其對于抽象思維還沒有完全形成的小學生及中學低年級學生，信息技術環境可以支持與拓寬學生觀察的深度與廣度。如某小學依托網絡平臺、微信公眾號、科技社團等，開展了多項科學教育活動，逐漸形成了“學科學、用科學、愛科學”的教育氛圍。

該學校以科學實驗公眾號為依托，定時發布學生做的各種奇妙又貼近生活的科學小實驗視頻。主題包括從書本上的實驗到生活中老師和同學們觀察的各種現象，實驗視頻是學生自己在家拍攝的，實驗結構和步驟清晰，實驗工具有序擺放，學生一邊講解一邊按步驟做實驗。如在“花青素變色”實驗中，學生用生活中最常見的紫薯、大米、自來水、堿和食醋這些食材，利用電飯煲煮紫薯米粥，然后分別把它們放在三個杯子里，第一個杯子什么也不放，第二個杯子放堿，第三個杯子放醋，然后觀察杯子的顏色變化，從而了解花青素這種物質的存在。

學生看到生活中的小問題或基于書本上的話題，進行動手實踐，能夠培養學生崇尚實際的精神；這些實驗源于身邊同學、書本知識和生活自然，所以更加貼近生活；這些微實驗不僅可以幫助學生了解科學實驗的過程，還可以讓更多的學生親自動手開展實驗，發現和驗證實驗結果，從而調動學習的積極性。這種線上與線下相混合的學習方式，使科學教育更加豐富，不僅增強了學生對科學知識的興趣，也培養了他們細致觀察生活、追尋事物本質的科學精神。

該學校的科學實驗公眾號是利用信息技術培養學生科學精神的有效手段，這一做法也啟發我們，在培養學生科學精神的過程中，要充分利用公眾號、微信群、學校乃至區域統一學習網站或App，作為學生實踐展示交流的平臺。

3.工具整合與信息化檢索，提升學生質疑與進取的科學精神

我們在學生調查中發現，除在校學習外，網絡是學生獲取科學知識最主要的途徑。學生會通過科普視頻、微課、線上中國科技館等數字化資源了解科學知識；利用百度、谷歌等搜索引擎查詢科學知識、解決不懂的科學問題；在公眾號、美篇等互動平臺中提出問題、發表見解；利用思維導圖、圖形計算器、NB物理等數字化認知工具梳理知識脈絡、完成科學驗證等。

在具體實踐中，教師應善于利用學生的好奇心與進取心，引導他們借助網絡資源與工具延伸課堂學習內容，發展個人愛好與興趣。如在科技項目制作中，某歷史小組在研究日本戰國時期歷史時，想做一張人物關系表，但是對“龜壽姬”的丈夫是誰存在兩種說法，為解決這些疑問，學生只能繼續搜索相關資料。在這個過程中，篩除掉無用的信息，對有價值的信息進行梳理歸納，構建相應的知識體系，也就是提升學生質疑與進取科學精神的過程。

4.科技校園與信息化設計，提升學生創新和奉獻的科學精神

隨著新課改的不斷推進，學校開始不斷豐富自身的課程體系，尤其是與科技相關的課程、項目、社團。這些新型課程與時代發展同步，大大激發了學生們的學習熱情，對培養學生的科學精神有很大的幫助。一方面，內容的前瞻性需要學生進行創新的思考與實踐；另一方面，團隊協作的過程需要學生進行合理的分工與合作，處理個人與他人的關系，理解包容與奉獻的精神。

為了推進科學精神教育，某中學將科技教育融入學校的課程體系，構建起科技教育與學科教育相互融合、相互促進的校本課程體系。各學科教師都參與到科技教育中來，在學科教學中滲透知識、方法、技能、思維等，自覺地進行科技教育，實現科技教育與學科教育的整合。學校結合基礎學科，開發了科技教育的校本教材《科技點亮未來，智慧引領成長》；該教材以學生的年齡特點和興趣愛好為出發點，以培養和發展學生的核心素養為宗旨，以培養科技人才為目標，從青少年人工智能編程、運動模型、建筑模型、綜合技能機器人、鯨魚機器人、未來工程師、天文地理七個方面，為學生精心設計了適合時代發展需要的內容，開啟了精彩的科技探索之旅。學校根據自身發展和學生興趣，開設了10個科技社團，包括青少年人工智能編程、機器人、未來工程師、生物科學、天文、建筑模型、航海模型、航空模型等，學生在社團中形成興趣小組，在互幫互助中完成一個個作品；社團定期展示社員制作的科技創新作品，極大地激發了學生對科技創新的興趣。

該學校從學科教學、課程、活動等方面為學生提供了體驗科學的機會，將前沿信息技術融入教材與課程中，配以豐富的科學社團活動，讓學生能系統、全面地感受科技，在團隊合作中激發潛能，培養了其創新與奉獻的科學精神。

通過實踐發現，信息技術為學生的科學實踐與探究活動創設了環境和條件，使學生親身經歷提出問題、設計研究方案、獲得證據、解決問題的科學實踐與創新過程。多種類的數字化資源與工具在不斷拓寬學生的認知領域與思維方法，教師應善于利用信息技術，培養學生的綜合素養，同時引導學生利用其正向作用，避免學生沉迷網絡，荒廢時光。