云計算背景下小學科學課堂的演進與重構
——基于小學科學數字化教學實踐的思考

胡素娟

小學科學學科涉及的范圍較廣，只有海量的信息資源庫才能夠開闊學生的視野，滿足學生的好奇心和求知欲。一些科學現象的呈現僅僅是借助傳統的教學手段無法形象、具體地表現出來，有的科學現象的觀察和記錄還需要借助數字化的影像技術，僅僅靠學生的紙筆記錄或者口頭描述無法100%還原真實情境。

再反觀當下的學生，生活在數字化的世界，他們的大腦認知結構已經發生了根本的改變，他們是真正意義上的“數字土著”。他們能夠同時處理多個任務；他們的思維方式是天馬行空的；他們更喜歡圖表化和視覺化的表達；他們享受泛化信息的洗禮；他們喜歡高水平的交互。與數字體驗相比，“數字土著”對于傳統的教學方式感到單調和乏味。

基于數字化教學的發展趨勢，基于小學科學學科的特點和當今學生的真實情況，教育工作者不能再用前數字化時代的語言去吃力地教育“數字土著”。筆者認為當代教師應當把教育數字化當作一種契機，讓數字化更好地服務教育，更好地為培養學生的科學核心素養服務。

一、延伸學習時空，促進自主學習

自主學習是面向未來的終身學習能力，傳統的科學學習局限于校園和課堂，學生的自主學習缺乏教師的及時指導和專業化的平臺支撐。隨著數字化在教育領域的普及，師生和生生之間的交流和互動變得更加便捷；網絡為學生提供了豐富專業的資源節點；各種便攜式移動智能終端可以實現實時攝影攝像；各種在線學習平臺可以隨點隨學，直接推送思考過程。這些軟硬件的開發為學生的自主化學習提供了廣闊的舞臺，使學生自主學習行為的施展有了強有力的保障。數字化的自主學習方式，順應新時代課改要求，深入主體參與學習，鞏固學生在學習中的主體地位。

以蘇教版小學科學六年級上冊《水滴里的生物》一課為例，本節課的教學目標是：能夠運用放大鏡和顯微鏡觀察微生物，并做好記錄；知道微生物是一種個體微小、分布極廣的生命體，絕大多數要用顯微鏡才能看到；了解荷蘭的科學家列文虎克是世界上第一個發現微生物的人。

對于“水中微生物”的觀察，教材的編排主要是讓學生借助顯微鏡進行觀察。學生學會使用顯微鏡則是觀察活動的第一步。在傳統的教學過程中，對于顯微鏡使用的教學，主要是通過教師的講解和演示來進行的。《水滴里的生物》教參建議的教學課時是兩課時，然而筆者發現讓學生熟悉顯微鏡的具體構造到能熟練使用顯微鏡，僅有一個課時是遠遠不夠的，這樣留給學生借助顯微鏡觀察的時間就不到1節課的時間，而動手實踐能力正是當代學生嚴重缺乏的。

了解顯微鏡的結構屬于比較死板的知識，并沒有太多技巧可言。數字化的學習軟件完全可以取代教師的作用。筆者在教這部分內容時，會先讓學生課前打開3D/VR矩道軟件（一種科學學習軟件）自主了解顯微鏡的具體結構。借助軟件，學生可以對顯微鏡的結構進行分解學習，同時，學生也可以借助手中的鼠標對顯微鏡進行360°的立體旋轉，通過以上操作，學生的學習更加立體化和細微化，這是傳統的科學教學無法實現的。

相較于顯微鏡的結構學習，顯微鏡的使用這部分知識傳授性和技能性較強，須通過教師的手口相傳。而傳統的教學模式中，教師雖然也是手把手地教，但是這種教學方法的效果與所需大量的課堂時間卻成了反比關系，主要原因是很多細節方面的教學借助傳統的課堂教學手段很難清晰地呈現給學生。在數字化的幫助下，教師可以提前錄制好演示性的微課教學視頻上傳到全景課堂（一種數字化的班級學習交流平臺），供學生在線學習。這樣學生可以重新調整課堂內外的時間，課堂寶貴的時間學生可以更加專注于基于項目的學習，共同研究具有一定的挑戰性和創新性的實際問題，從而使學生獲得更深層次的理解和思考，促進學生高階思維的發展。這樣的課堂對于“數字土著”才更具有挑戰性，相較于傳統的課堂教學顯得更有實際價值。

將學習的主動權交給學生，很多家長包括教師會對電子類學習終端和學生自控能力產生擔憂，這就需要對學生的數字化學習進行及時的跟蹤、檢測、統計和分析。傳統的評價方式不僅會牽扯教師太多的精力，同時也無法保證評價的全面性和公平性。數字化背景下，教師可以自行設計具有針對性的檢測，然后將題目通過在線學習平臺發送到每一位學生的學習智能終端。學生答題后，系統會對學生的答題情況做出快速且全面的分析。教師可以根據系統反饋的數據分析每一位學生的答題情況和每一道題的答題情況。基于數字化的檢測，將文本檢測變在線監測，即測即評，數據的記錄變得快捷且準確，為教師即時調整教學策略指明了方向。基于數字化的檢測，教師可以第一時間把握每一位學生的學習動態，實現真正意義上的個性化教學，有利于學生發現自我，認識自我，為學生豐富多彩的未來保駕護航。

如筆者在教學筆者自主設計的課例《顯微鏡》時，設計了在線檢測題。系統根據學生提交的答案，實時地將結果通過圖表的形式呈現出來。根據檢測結果發現學生第一題和第三題的正確率都在94%，第二題，雖然全班的正確率也達到了94%，但是學生的答案都是不完整的，顯然學生對于顯微鏡放大倍數的算法還不是很清楚。于是，筆者讓學生針對這個知識點上網收集相關資料。很快，學生明白了顯微鏡的放大倍數等于“目鏡放大倍數X物鏡放大倍數”。

數字化教學延伸了學生自主學習的時空，學生的自主學習形式更加多樣化、深入化。新課標所強調的學生學習主體性地位凸顯得更加明顯，這樣的學習方式更加迎合當代學生的特點，極大地增強了學生學習的積極性。自主學習是一種學生能夠受益終生的能力，傳統的教學中學生是知識的被動接受者，學生被緊緊束縛住，這樣的教學模式已經遠遠不能滿足當今社會對人才的要求，結果只能是培養出高分低能的巨嬰。

二、體驗“斗轉星移”，模擬現實感知

小學科學的學習對象小到細胞，大到浩瀚宇宙，很多都是我們無法真實觸及和感知到的。傳統的教學對于這部分的內容，教師只能借助圖片、文字及語言向學生進行講解。數字化教育誕生以來，延展了人類的感官，超越了人類的極限。使得諸如“斗轉星移”等這些平時不可能用肉眼清楚觀察到的現象在3D/VR、智能軟件等的幫助下變得觸手可及。這些現象數字化的呈現方式與一定范圍真實環境在視、聽、觸感等方面高度接近，學生可以產生親臨現場的真實感受。

以蘇教版小學科學五年級上冊《心臟和血液循環》為例，能夠知道心臟的結構和功能；會利用心臟模型來了解心臟的結構和功能；意識到堅持體育鍛煉有利于心臟健康。對于心臟的認識，從最早的二維平面圖像模型再到三維的立體模具模型，都不如將鮮活跳動的心臟直接展示在學生眼前更能激起學生的好奇心和求知欲。

師：同學們，你們感受過心臟的跳動嗎？

生：沒有。

師：接下來，教師和大家一起來感受心臟的跳動。

然而學生一臉疑惑怎么感受？

師：請每個小組打開3D/VR矩道軟件上的“心臟”，帶上3D眼鏡，拿起手中的手柄進行操作。

師：你看到了什么？

生1：教師，我看到了一顆鮮活跳動的心臟就在我的眼前，好神奇！

生2：教師，我看到了心臟上面的血管，有粗粗的血管，也有很細小的血管。

生3：教師，通過解剖，我看到心臟左右兩邊，上下兩邊都是隔開的。

整個班級投入到熱烈的探究氛圍中。

蘇教版小學科學六年級《看星座》一課，課標要求教師帶領學生觀測星空；能夠找到北斗星和北極星；能夠制作“星座”放映器；能夠堅持長期的科學觀察；培養學生科學的世界觀，正確的科學探究方法。要實現以上教學目標，傳統的教學方式教師得選擇多個天氣晴朗的夜晚，帶著全班學生去空曠的野外進行長期的觀察。且不說觀察過程中，學生的安全很難保障，這也會耽誤學生其他科目的學習時間。

數字化時代，學生只需要打開愛學板上的star-walk軟件，調整愛學板的方向，就可以實時、真切地看到北斗七星的具體位置，看到任何他們想看到的星座模樣?！岸忿D星移”這類需要平時耗時耗力才能觀察到的奇妙景象，現在通過軟件的動態模擬在學生的腦海里變得立體起來。

數字化背景下的虛擬現實技術能夠生成與一定范圍真實環境在視、聽、觸感等方面高度近似的感受和體驗。這些優點使得虛擬現實技術取代了常規的教學手段，成為科學教學的新寵。教師傾向于讓學生通過虛擬現實技術去觀察科學現象，尋找科學真知。但是，人機互動真的能夠取代人與現實的互動嗎？美國哲學家安德魯·芬伯格在這個問題上曾經說過“教育要涉及對話和教師的積極參與，這是教育的基礎過程”。北京師范大學張志禎教授這樣強調“感知和模擬的經驗不等于學習”，他還特地強調了“從經驗中學習包括了具體經驗”。無論虛擬現實做得多么接近現實，它始終無法取代現實生活。因此，我們在教學的過程當中，應當將常規學習和數字化的虛擬學習相結合，優勢互補，為學生提供最佳體驗環境。

三、拓展課后探究，打造深度學習

短暫的課堂學習是遠遠滿足不了學生的探究欲望的，生活中處處都是科學，課堂之外往往有著更多值得探究的地方。在數字化技術的幫助下，課內和課外的距離不斷縮小，學生的學習空間大大拓展，學習不再局限于課堂和書本，教師的教學指導也不再僅僅局限于學校。在數字化手段的幫助下，學生被帶進了更為廣闊的自由世界，盡情地去探索更多的未解之謎。

科學的學習，大自然是最好的教師，人類的很多發明創造的靈感就是來自自然。學生要有善于發現的眼睛和善于記錄的工具。數字化時代，學生可以利用手中的愛學板，隨時隨地對觀察到的現象進行記錄。數據云端的高效傳輸，將學生與學生，學生和教師以及學生與外面的自由世界緊密地聯系起來。數字化技術在課內和課外之間架起了便捷的橋梁，讓學生的科學探究變得更加真實，更有深度。

筆者在上自主設計課程《霾的研究》這一課時，針對“霾的成因”這一問題，學生提出了焚燒垃圾、汽車尾氣、吸煙等多個因素都可能導致霾。而有限的課堂時間不可能對學生提出的所有猜想進行逐一驗證，一節課結束學生似乎還有點意猶未盡。為了滿足學生的好奇心，我將繼續探究的任務交給感興趣的同學。這部分學生回家后，利用空余時間先進行實驗方案的設計，再將實驗方案上傳班級圈，全班同學討論實驗方案的可行性，接著我為他們準備所需要的儀器。課后這些同學在家長的協助下完成了實驗，借助手中的愛學板，他們將整個實驗過程記錄下來，并借助互聯網將視頻上傳到全景課堂的班級圈中。其他同學可以通過觀看分享的視頻對實驗過程及實驗結果進行分析，通過視頻的不斷回放，去發現問題和得出相應的結論。

數字化時代的科學課遠遠不止課堂上短短的幾十分鐘，學生的科學思維也不會因為下課鈴聲戛然而止。多種新穎的學習和交流方式徹底解開了學生被束縛已久的雙手，學生的學習和探究得到了多種工具的輔助，他們的語言表達、動手操作、科學思維、自主學習等多方面的科學素養都得到了大大的提升。