“互聯網+”環境下小學科學深度學習的思考與實踐

李波

【摘 要】以“互聯網+”科學教育深度融合為基礎，以促進學生“層進式”和“沉浸式”學習為目標導向，提高學生知識學習的廣度、深度和關聯度，追求思維水平的進階。師生在解決實際問題過程中逐步提高數字化傳感器、虛擬實驗室、交互式學習平臺的應用水平。

【關鍵詞】互聯網+;深度學習;層進式學習;沉浸式學習

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2021）02、03-117-03

跨界概念的有機融合：“互聯網+”“深度學習”

近年來，人們頭腦中常會閃現出一些概念的跨界應用。例如“深度學習”這個詞，原指用機器模擬人腦深層結構形成近似于人腦判斷的一種計算機算法。它指向的是機器對人的模仿和學習，結果是機器通過大量學習取代人的工作。而教育學中的“深度學習”則另有其意。它主要指主動高效、以理解記憶為特征、涉及高階思維且學習結果遷移性強的學習狀態和學習過程。另一個跨界概念是“互聯網+”?！盎ヂ摼W+”原指互聯網技術與經濟領域的疊加產生更大經濟效益;現在它從經濟領域遷移至教育中，意味著互聯網技術與教育全面深度融合，帶動學科教學的全面升級?！盎ヂ摼W+”環境下的科學教育，學習內容變得豐富多樣、學習方法趨向于技術支持下的真實探究，學業評價也呈現出真實有效的過程性評價。無論從理論還是實踐層面看，將“互聯網+”引入科學教育能夠更好地推動學生走向科學的“深度學習”。

深度學習的具體表現：“層進式學習”“沉浸式學習”

從本質看，教育學視野下的深度學習，不是學生像機器一樣對人腦進行簡單模仿，而是學生在教師引導下對知識進行“層進式”和“沉浸式”學習的過程。所謂“層進”是指學生頭腦中知識結構穩定推進，形成融會貫通式的知識框架。而“沉浸”則指學生的一種心理狀態，亦稱作“心流”，它是學習本身對學生具有強大吸引力;學生主動愉快學習，其結果指向發展學生的學習能力與核心素養。

要想實現“層進式”學習，教師必須對學生進行“層進式”的學習指導，需實現“深度教學”和“深度學習”的一體化。對學情進行實事求是的分析，針對學情確定教學目標及重難點，設立教學目標，根據目標設計難易適中、富有挑戰和激勵色彩的活動等。這些都是有利于學生按部就班完成學習任務的前提。

至于“沉浸式”學習，則要求盡可能營造良好的學習氛圍，使師生相處更加輕松和諧，讓學生感受到知識的有趣、豐富、魅力無窮。兩者分指學習過程與學習心理，沒有先后主次之分，而是相輔相成，互為因果。筆者嘗試將“互聯網+”引入到課堂教學中，使學習情境更加生動有趣，讓學生進入“沉浸”學習的場域之中。希望通過“互聯網+”實現對課堂學習資源的有效調配，課堂學習活動的有效管理，協助教師有效利用動態生成新的學習資源等，以有效推進“層進式學習”。

深度學習推進策略：以“互聯網+”搭建學習腳手架

1.“互聯網+”擴大知識廣度

在“互聯網+”環境下各科學習都會有意無意地被打上“科學”的烙印。首先是學習資源體現科學性。例如體育老師將科學原理應用到體育的耐久跑訓練中;美術教育引導學生將科學幻想與藝術融合;越來越多學校的綜合課程以科技為主，“機器人”“創客”“人工智能”以及STEM課程等吸引了眾多兒童。語文、英語閱讀中各種科普繪本中專業名詞越來越通俗化、低齡化：宇宙粒子、太陽風、黑洞、塌縮、紅巨星……深深吸引著孩子們好奇的目光。在互聯網時代，兒童每天接觸的學習空間里大量充斥著科技元素，使科學知識的廣度得到充分拓展。其次是學習過程體現探究性。近幾年來非常流行的項目化學習，一般都會倡導學生以“提出問題—作出猜想—尋找證據—得出結論”的形式開展研究性學習;項目實踐的內容幾乎覆蓋所有的學科領域，但基本研究思路、研究方法和研究內容講究科學性，鼓勵學生進行實證研究，注重思維的內在邏輯性，這從本質上講是符合科學精神的。

因此，在這樣的大趨勢下，通過“互聯網+”環境開展科學教育，提高全民科學素養早已不屬于單一學科的任務，而是形成了一種泛在、融合的教育態勢。教師必須對學科的育人價值進行全面考量，從單一學科知識的講解中擺脫出來，轉向以“互聯網+”課堂全面提升學生科技與信息素養，幫助學生更加適應未來社會的發展需求。

2.“互聯網+”延續學習深度

科學研究離不開觀察，小學階段培養觀察能力是科學活動的主要目標。在現實中由于觀察障礙引起的探究不深入、不連續現象屢見不鮮。老師通過“互聯網+”有效延續學習的深度與持久度。

（1）對宏觀世界的探索。五、六年級學生學習晝夜交替、四季成因和月相成因時，往往因太陽系成員眾多且關系復雜而倍感困惑。一般教師借助模型幫助學生理解。隨著時代發展，模型也越來越接近于真實。由最早期的一幅幻燈片開始，到后來用“三球儀”，再到現在學校擁有的裸眼3D影像，學生對于宇宙天體的觀察從“紙上談兵”式的“尷聊”到虛擬現實場景中的觀察。“互聯網+”提供的學習資源可以突破觀察條件的局限性，幫助學生更好地感受宏觀世界。

再比如六年級學習“看星座”一課，要求學生觀察天空中常見星座。但由于大氣污染、光害污染等因素，觀察真實星空十分困難。教師為學生量身定制數字化學習方案：a.學生借助Stellarium（《模擬天文館》）觀察星空全貌。b.學習終端出示幾組亮星，學生發揮想象繪制個性化圖案并給“星座”命名。c.學生觀察錄制好的Stellarium片段，以“北斗七星”為參照物發現星座的變化規律。d.繼續以“北斗七星”為參照辨別星座在一天中的變化和一年中的變化。e.拓展：手機或平板下載“觀星指南”APP，學生到真實天空中找星星、看星座。

“互聯網+”環境下的科學課堂為學生成功創設了虛擬場景與現實生活的無縫對接。教師將學習材料進行層級化呈現，引導學生頭腦中經歷由少到多、由簡單到復雜、由猜想到虛擬現實論證、由建立模型到解釋、論證等一系列“層進式”學習，其科學知識的接納與抽象概念的形成不是緣于機械灌輸，而是建立在對事物和現象進行充分感知、理解、假設、收集證據并論證的基礎上，并且在這種“層進式學習”中的學生也一定是“沉浸”在對問題深入探究的情境之中。

（2）親密接觸微觀世界。在“顯微鏡下的世界”一課中，統計“小水塘”內部微生物數量和種類的變化是個難點。學生往往只觀察到個別現象，很難從中抽取出“微生物”的共同特征。在課堂上，教師使用“希沃傳屏”直播手機攝像頭拍攝到的顯微鏡下的微生物畫面，學生忍不住大聲歡呼起來！回家后這樣的觀察也能延續——如觀察生長在食物表面和土壤中的霉菌、口腔上皮細胞和洋蔥細胞結構等。

在未來的科學研究中，學生可以借助互聯網技術學會操作和使用各種信息化工具，隨時隨地進行有效觀察。通過觀察行為，學生科學視野得到拓展，學習欲望不斷加深，短暫的觀察行為也更有可能轉向持久深入的長期觀察，這正是“深度學習”的外在表征之一。

3.“互聯網+”增加過程與結果的關聯度

科學探究離不開觀察和實驗。在課堂上，學生還會在實驗中通過專用工具測量出一些數值以證明猜想是否正確。在此過程中，好的測量方法與測量工具能夠助學生一臂之力，迅速建立實驗中所測變量與條件之間的關聯性。

（1）利用傳感器精確提高實驗信度和效度。在日常的科學探究中，除了觀察受客觀條件限制，數據的收集整理往往也會成為學生學習的絆腳石。數據收集的第一步是測量，小學階段一般只要求學生用常規手法作簡單測量，誤差往往會比較大，由此嚴重影響到實驗結論的得出。例如三年級學生研究“一杯熱水的降溫規律是先快后慢還是先慢后快”這個問題，教師嘗試讓學生利用傳感器感知溫度變化，利用平板監控并自動記錄數值，最終生成可視化統計圖表，大大提高了數據的準確性，學生在觀察分析數據結果的基礎上順利歸納出“熱水降溫先快后慢”的科學結論。由于現象本身與數據之間聯系緊密“所見即所得”，使得科學結果的歸納更加嚴謹順暢。

（2）利用軟件統計和分析。四年級學生在“食物與營養”一課中，學生用PhET虛擬實驗“飲食與運動”平臺按自己喜好搭配食物。軟件自動計算食物中所含營養類別和熱量總數，生成折線圖和柱形統計圖，幫助學生準確預測未來身體的發展變化趨勢。學生不但在配餐中掌握了營養全面、比例恰當、熱量均衡等三條核心概念，同時還知道了不同人群需要怎樣搭配飲食方案才是合理的。

（3）用虛擬軟件提升學生想象力。物質世界包羅萬象，其中有看得見的，也有十分抽象的，如空氣、電、力、磁場等。在不具備專業實驗設備，或是實驗操作具有一定風險時，可以通過數字化方案來解決問題。例如，在學習“簡單電路”時，學生普遍認為只要連接導線、燈泡和電池就可以使小燈泡發亮，可事實檢測卻并非如此。這時教師提供PhET虛擬實驗平臺讓他們試操作，經過反復嘗試連接，再仔細比對分析不同的連接方式，學生猜出了正確方法，即只有當導線、燈泡、電池形成暢通回路時，才能夠使燈泡發亮。這樣做起碼有三方面作用：一是規避了學生由于缺乏經驗造成電路短路的問題;二是平臺可以讓學生設計多種連接方案，多次嘗試;三是可以引導學生從關注電路元件連接方式轉向思考電流的流向，使學生深刻體會到抽象事物對物質世界的具體影響。

總而言之，“互聯網+”環境下的科學教育培養學生“層進式”學習思維，感受到“沉浸式”學習的快樂。使學習向有廣度、有深度、有關聯度的方向不斷邁進。

參考文獻

郭元祥. 論深度教學： 源起、基礎與理念[J]. 教育研究與實驗，2017（3）： 1-11.

郭元祥. 論深度教學： 源起、基礎與理念[J]. 教育研究與實驗，2017（3）： 4.

作者單位：江蘇常州市局前街小學