數字化轉型：小學科學實驗教學的新樣態

徐思雨

【摘 要】隨著教育數字化的深度發展，小學科學傳統實驗教學的問題逐漸顯露，實驗教學策略相對于信息技術的發展相對滯后與脫節。為推進實驗教學的數字化革新，開拓小學科學實驗教學的新局面，教師需要在信息化技術輔助手段的幫助下，按照教學的不同階段——準備階段、實施階段和評價階段，提出滿足小學科學實驗教學發展需要的數字化教學策略，并探討其能否在小學科學實驗課堂有效運用，推動小學科學實驗教學向數字化、科學化、系統化的方向發展。

【關鍵詞】數字化策略 實驗教學 小學科學

《義務教育科學課程標準（2022年版）》指出，小學科學課程是一門體現科學本質的綜合性基礎課程，具有實踐性。并將“激發學習動機，加強探究實踐”作為課程理念中的一個要點，倡導以探究和實踐為主的多樣化學習方式，讓學生主動參與、動手動腦、積極體驗，經歷科學探究的過程。實驗教學作為探究實踐教學活動的形式之一，起到了助力學生了解和探索自然、獲得科學知識、解決科學問題以及形成科學探究能力和自主學習能力的作用。

小學科學實驗教學的現狀：科學實驗教學存在資源分布不均衡、實驗教學內容缺乏創新性、教學方式單一、教學評價方法實效性低等問題；科學實驗課堂存在學生參與度低、實驗操作不規范、缺乏實驗探究等問題，需要加強實驗教學與生活實際的聯系。

黨的二十大報告提出將推進教育數字化作為重大戰略決策部署，2022年教育部工作要點進一步強調實施教育數字化戰略行動。筆者認為，這些行動指南為小學科學實驗教學提供了明確的發展方向。作為一線小學科學教師，如何通過數字技術改善科學實驗教學的現狀，找到兩者之間的著力點，并將其進行有效融合，讓教育數字化有效助力實驗教學？經過長時間的摸索與實踐，筆者總結了如下實驗教學策略。

一、教育數字化視域下小學科學實驗教學的內涵及策略分析

（一）小學科學實驗教學的含義及分類

小學科學實驗教學是為了幫助學生獲得新的知識和技能，提升科學探究能力的教學過程。在此過程中，教師需要充分引導學生調動已有知識和技能，利用現有實驗器材和材料。

不同學段的小學科學實驗學習在內容和學習要求上雖具有差異，但大致可分為“觀察事物現象，通過應用基本科學方法，了解常見事物的基本特征”“設計對比實驗，通過觀察、分析、歸納實驗數據，了解生活中事物的一般性質及常見事物發生的變化”和“開展模擬實驗，通過類比、創新等思維應用，理解事物之間的關系和變化的原因”。

（二）明確教學主體的特征及關聯

在小學科學實驗教學中，學生的“學”和教師的“教”是相輔相成的有機整體，因此，明確兩者的特征并找尋之間的關聯，是提出有效教學策略的必經之路。

不同年齡階段的兒童在心理發展特征和認知上略有差異，隨著思維方式的轉變，抽象思維和邏輯思維逐漸占主導地位，具體表現為小學階段的兒童在活動的自主性和自覺性上不斷增強、社會化及個性化水平不斷提高。為順應小學生科學核心素養的培養要求，教師應著重在科學實驗教學中將學習者（學生）定位為合作者、探究者和自主發展者。

教師作為促進學生學習、研究課堂教育、參與課堂活動的主體，需為學生創設學習條件和機會，把握教學的節奏，靈活運用方法引導身處不同發展階段的學生，幫助他們明確學習目標。

（三）小學科學實驗教學數字化轉型的策略及分析

在當前教育數字化背景下，學生在小學階段之前已接觸并使用過數字化產品，小學階段信息科技課程的開設和基于數字技術的社團課程，為學生操作電腦、平板等電子產品打下了基礎。同時，小學科學教師的信息技術應用水平也在不斷提高，除了常用的PowerPoint、實物投影儀等教學媒體，也在嘗試將希沃白板、平板、數字化探究實驗系統等信息化技術輔助手段應用于教學。

如何在教育數字化背景下助力小學科學實驗教學的進行？教學策略就顯得尤為重要。針對教學策略，國內外教育學者有著不同的理解和概念界定，其中施良方、崔允漷指出，教學策略是教師為實現教學目標或教學意圖所采取的一系列問題解決行為，并將有效教學劃分為教學的準備階段、教學的實施階段與教學的評價階段三個階段。據此，小學科學實驗教學策略也可分為準備階段策略、實施階段策略和評價階段策略。

筆者認為，本文提出的實驗教學策略是指在信息化技術輔助手段的輔助下，以學生為主體，結合不同學段的學生學習特點，按照教學的不同階段設計教學。

1.準備階段策略

準備階段策略是指教師在實驗教學開始前所采用的策略，包括撰寫教學設計、準備實驗教學材料、選擇教學方式等，這一階段應充分調查學生的前概念，準確定位學生的能力發展方向，并為實驗活動設計易于突破教學重難點的支架。

比如，教師組織學生利用平板或者電腦填寫課前自主性研究單，研究單內容應聚焦實驗活動中的核心知識，且直指核心素養的四個方面，讓學生在對學習內容有整體感知的基礎上，調動他們的已有認知，并提供多種思考路徑，讓學生帶著分享欲與自信心走進課堂。同時，教師可以通過線上回收研究單，快速、準確、實時地獲取學生的填寫情況，并借助Excel等信息化手段繪制出班級總體的前概念情況，設計突破教學重難點的支架，同時根據收集到的數據，基于“異質分組”原則劃分研究小組，實現組內“互教互學”的伙伴學習。

2.實施階段策略

實施階段策略是指教師在實驗活動的教學過程中為實現設定的教學目標所采用的策略，包含創設情境、設計實驗方案、開展實驗探究、分析得出結論等等。該階段可根據實驗活動的不同類型采用不同的教學開展方式，讓學生能更細致、準確地掌握本課重難點，提升學生的核心素養。

比如，教師在組織無法真實體驗的實驗活動時，如觀察火山的內部結構、探究大自然中地下水的形成、觀察地球圈層結構等活動，可借助希沃白板、金陵微校等課程軟件提供的模擬實驗資源；又如，當教師組織需要長時間觀察的實驗活動時，可通過信息技術手段剪輯活動視頻，在較短的時間內觀察較長時間的現象變化；再如，教師組織學生分享、比較各小組的活動數據或模型，常規的投影展示只能顯示原始數據或圖形，無法為學生后續的分析歸納提供腳手架，這時可以通過Excel等軟件整合數據，便于學生發現其中的規律。

3.評價階段策略

評價階段策略是指在教學之后，對教學過程和學生的學習情況作出判斷的策略，包含學生自評、組內互評和教師評價等多維評價。這一階段應讓學生在檢驗本節課掌握情況的基礎上，反思改進方式，為后續的學習提供源動力。

比如，教師在實驗教學結束之前，可以通過平板掃碼填寫問卷，或是借助希沃白板、金陵微校等軟件設計與實驗內容相關的小游戲環節，幫助學生在鞏固學習內容的基礎上，帶著較濃興趣和較高熱情完成評價環節。當然，還可以布置課后探究活動，借助校園平臺進行分享，實現家校合力評價。

三、數字化策略助力小學科學實驗教學的實踐

（一）準備階段策略的應用及分析

在開展蘇教版科學三年級上冊“認識固體”的實驗教學之前，學生在低年級有過研究“石頭”“水”和“空氣”的基礎，并形成了初步的“物質概念”和“物質意識”，但他們判斷一個物體是固體還是液體時，往往會把自己熟悉的、具體的某一固體或液體作為標準，并不是一個完整的固體概念。

基于這樣的學情，筆者設計了調查問卷，并讓學生在課前通過平板掃碼的方式進行填寫：（1）請你判斷以下物體是不是固體（紗巾、食用鹽、面粉、沙子），并寫一寫你的判斷依據。（2）你認為固體有什么特點？

問卷統計結果顯示，學生填寫問卷共計83份，有效問卷82份，結合問卷系統生成的分析圖可以發現，在判斷紗巾是不是固體時，91%的學生答案較為一致，認為紗巾不會流動，可以輕松地用手拿起，因此可以判斷是固體。但在判斷食用鹽、面粉、沙子這些物體時，學生遇到了一些困難：（1）62%的學生認為食用鹽是固體，雖然它由很多顆粒組成，但是細看其中的一個顆粒時，它不會流動并且是硬的；38%的學生認為食用鹽不是固體，因為放在手里會流動；（2）70%的學生認為面粉的顆粒不會改變形狀，可以判斷為固體；30%的學生認為面粉太細膩了沒有顆粒的感覺，風一吹就飄散了，因此認為其不是固體；（3）74%的學生憑借日常玩沙子的經驗，認為沙子可以一粒一粒地拿起來，所以是固體；26%的學生認為沙子無法聚集在一起，沒有固定的形狀，因此認為其不是固體。根據以上統計數據可以發現，學生在判斷一個物體是不是固體時，根據主要是這個物體是否由細小顆粒構成。

針對“你認為固體有什么特點”這一問題，問卷系統生成了詞云圖，大部分學生認為固體是硬的、不會流動、不會變化形狀、不會碎或者是散開、可以數清顆粒的個數。結合學生對固體特點的總結，可以看出他們在判斷物體是不是固體時，會以生活中已知曉或者確定的固體作為輔佐判斷的依據，或者是在判斷這種物體不符合氣體或者液體的特點時，就認為其是固體。

根據前概念調查結果，可以發現學生在判斷諸如紗巾、食用鹽、面粉、沙子等物體是否屬固體時存在一定的困難，主要原因在于學生對固體特征的認識不足，對固體的概念比較模糊。基于對前概念的調查和分析，筆者將本課的教學目標定為：能辨認生活中的常見固體，認識固體的性質；知道固體在外力的作用下可以改變原來的形狀或大小，但固體的特性不變。重點為“認識固體有確定的形狀、體積和質量”，難點為“根據實驗活動，嘗試歸納固體的共同特征”。在開展實驗教學活動前，筆者會根據調查結果和“異質分組”的原則劃分研究小組，保障后續小組討論活動的有序進行。

（二）實施階段策略的應用及分析

在蘇教版科學五年級上冊《熱傳導》一課的“探究熱在熱水、冷水、燒杯之間的傳遞過程與方向”活動中，學生通過預測試和實驗測量獲得了關于“冷、熱水即時溫度”的實驗數據。但面對12個小組提供的復雜數據時，學生難以厘清冷水和熱水在熱傳導過程中的溫度變化規律，也沒辦法發現“多大規格的燒杯和多少毫升的冷、熱水能在熱傳導的作用下快速得到兩杯相同溫度的水”。

借助Excel軟件，學生將得到的實驗數據錄入教師提供的樣表中，并根據視頻教學插入復式折線統計圖，如圖1、圖2。

借助復式折線統計圖，學生能較清晰地看出熱傳導中冷、熱水溫度變化的大致趨勢：冷水在升溫的同時熱水降溫，兩者的溫度最終逐漸趨近。同時，根據小組之間的統計圖走勢，學生能發現：如第2小組的圖示，兩條線在8～9分鐘的時候幾乎重疊在一起，但第1小組的圖示在13分鐘時，冷、熱水還有近6℃的溫差，這可能和冷、熱水的毫升數有關，并且學生根據這一現象預測在接下來的某一時刻，兩者的溫度會越來越接近，并在接近后一起慢慢降低。

（三）評價階段策略的應用及分析

教師在蘇教版科學四年級下冊“養昆蟲”實驗教學的最后環節，布置了一項長期且連續性的觀察作業：伴隨蠶生長的不同階段，每日進行觀察記錄，還需要有圍繞觀察對象的思考、預測、實驗驗證等記錄，并定期在“校園圈”網絡互動平臺，上傳本周最精彩的蠶寶寶觀察日記。

借助網絡平臺的交流分享，學生不僅能在課后看到全年級同學的思考，還能搭建起家校之間的橋梁，實現實時的學生互評、家長點評和教師指導，幫助學生在交流評價中進一步完善自己的知識網絡架構，在互助解決已有問題的過程中，不斷發現新的問題，推進觀察日記的豐富與完善。教師在此過程中積極回應學生在養蠶、完成觀察日記中遇到的問題，每周定期匯總互動平臺上的問題，并在課堂交流環節中開展研討，指導學生解決，這樣的方式有利于激發學生產生更多深層次的問題，更清晰地呈現出學生的思維發展過程。

三、反思及展望

教育數字化的深度發展，在一定程度上改變了教學的方式，一線教師也在為激發學生學習興趣、提高教學活動質量，有意識、有目的地開發和利用各種科學課程資源。

筆者基于施良方、崔允漷提出的教學策略三個階段，提出了小學科學實驗教學策略的遵循原則和具體內容，并依據該策略對小學科學實驗課教學開展了實驗研究，呈現了多節實驗課的數字化教學設計片段，希望本文提出的策略和實踐研究能為小學一線科學教師提供一定的參考，也希望在教育數字化與小學科學實驗教學的融合發展道路上，能有更多匯聚智慧和力量的實驗教學案例，從而挖掘數字化實驗教學策略的內涵和外延，推動教育數字化融入日常科學教學中，實現教育數字化發展的新突破。

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