《東南西北》一課團隊教研沙龍

科學(xué)課程標準將科學(xué)課程定義為一門體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的綜合性基礎(chǔ)課程，還特別強調(diào)了科學(xué)課程的實踐性。課程標準理念的真正落地，依賴于能夠體現(xiàn)理念的教材以及貫徹理念的教學(xué)。在《東南西北》一課教學(xué)中，北京市西城區(qū)金娜工作室對課程標準、教材、教學(xué)進行針對性的研討，使團隊中的每個人都有所收獲。

關(guān)于教學(xué)分析

（王婷婷）課程標準將科學(xué)課程內(nèi)容劃分成13個學(xué)科核心概念，《東南西北》一課主要聚焦核心概念“物質(zhì)的運動與相互作用”和“宇宙中的地球”，1～2年級的學(xué)習(xí)內(nèi)容和內(nèi)容要求如下：使用前后左右、東南西北、上下、遠近等描述物體所處的位置和方向；觀察并描述太陽每天在天空中東升西落的位置變化，初步學(xué)習(xí)根據(jù)太陽的位置辨認方向。

了解了課程標準中讓我們“做什么”，再看看教材指導(dǎo)我們“怎樣做”吧。

一年級“位置和方向”單元由《前后左右》《東南西北》《校園“尋寶”》三課組成。教材從根據(jù)太陽的位置辨認方向入手，力圖幫助學(xué)生在多次、多空間辨別方向過程中找到并掌握辨認東南西北的方法，并通過戶外實地觀察和辨認，應(yīng)用所學(xué)知識，解決實際生活中的問題，將科學(xué)與生活緊密聯(lián)系，達到培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目的。

試教之初，我們對區(qū)域內(nèi)教師進行了調(diào)研：您在《東南西北》一課的教學(xué)中有哪些困惑，遇到了什么問題呢？

根據(jù)調(diào)研結(jié)果制作了詞云圖（如圖1），詞云圖顯示，教師的困惑大多集中在學(xué)生沒有方向感、不知道怎么實踐等。學(xué)生的情況又如何呢？

前測顯示，一年級學(xué)生對于“前后左右”掌握得比較好，能夠從平面及立體兩個維度描述自己前后左右的景物，甚至可以轉(zhuǎn)換視角進行描述。這源于生活中大量的經(jīng)驗以及數(shù)學(xué)課上的學(xué)習(xí)，在學(xué)生的腦海中，東南西北雖被稱作方向，但多是指某四個點，說明他們還沒有形成屬于自己的空間感。

基于以上分析，我們將本課的關(guān)鍵詞定為“實踐”以及“空間感”。

關(guān)于試教與改進

（王婷婷）在本課教學(xué)中，如何凸顯科學(xué)課程中的實踐性，在有限的課堂時間內(nèi)提質(zhì)增效，幫助低年級學(xué)生逐步形成空間感呢？

（肖茜）這就要用到模型了。根據(jù)資料顯示，一年級學(xué)生已經(jīng)初步具備了抽象思維的能力，在這個階段我們要幫助他們將動作思維、形象思維和抽象思維建立聯(lián)系，而模型能很好地幫助他們進行理解與學(xué)習(xí)。我們用三個平面圍住，形成了第一代教具（如圖2）。這種模型不但可以排除一些無關(guān)因素，突出利用太陽辨認方向這一特點，還能根據(jù)教學(xué)要求使難以觀察到的對象特征（三個時間點的太陽）清晰地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，以滿足他們的觀察需要。

（王婷婷）第一代教具確實對學(xué)生形成空間感很有幫助，但是在教學(xué)實踐中，我發(fā)現(xiàn)教具不夠立體，例如太陽，我們是不是也能將它變成立體的呢？還有一點，因為圍擋的存在，可視的范圍比較小，會出現(xiàn)有人看不到的情況，低年級學(xué)生也容易發(fā)生爭搶。有沒有什么方法改進一下呢？

（殷晴）針對這個問題，我們對教具進行了改進，制作了第二代教具（如圖3）。我們將太陽形態(tài)進行了改進，并且撤銷圍擋，同時，利用學(xué)校平面圖配合著教具的使用。在試教中，我們又發(fā)現(xiàn)了新的問題：將教具立起來，視角也隨著改變了，這會影響學(xué)生的判斷。

（王婷婷）是的。一年級學(xué)生的空間感還沒有建立，別看教具只是平放和豎放的區(qū)別，但是視角的頻繁轉(zhuǎn)換對他們來說容易混淆，會出現(xiàn)描述不清楚的現(xiàn)象。我們都知道語言是思維的外殼，表達不清說明學(xué)生的思維是混亂的。怎么能夠幫助學(xué)生在交流過程中展示，并且是從他們的視角出發(fā)呢？

（馬廷軒）這時候就要用到數(shù)字化手段了，我們在課堂上采用的是無線投屏的方式（如圖4）。

無線投屏能在局域網(wǎng)環(huán)境或互聯(lián)網(wǎng)下利用相關(guān)軟件實現(xiàn)幾乎無延遲的影像轉(zhuǎn)播，將手機拍攝到的畫面實時投放到大屏幕上。這樣可以讓學(xué)生在不移動教具的情況下進行展示，同時還能收錄桌面上的物品等畫面，讓他們認識到畫面中是平放在桌面上的立體模型，能與自己建構(gòu)的模型在視角與方位上相對應(yīng)，有效避免了傳統(tǒng)實物投影或上臺展示中出現(xiàn)的移動教具、視角轉(zhuǎn)換的問題。

（王婷婷）教具的問題解決了，交流視角的問題也解決了，課堂教學(xué)的效率大大提高了，但是帶學(xué)生外出進行實地觀察時會出現(xiàn)攜帶不方便的現(xiàn)象，我們的教具有點重。

（殷晴）別擔(dān)心，我們在室外準備了相同的教具，避免了不方便攜帶的問題（如圖5）。

（肖茜）這個教具和室內(nèi)那個有點不一樣，上面放了學(xué)校建筑物的圖片。

（殷晴）學(xué)生將學(xué)校的建筑物圖片擺放在適當(dāng)?shù)奈恢茫僖淮谓?gòu)了學(xué)校的立體模型。學(xué)生在應(yīng)用模型的過程中，又一次提升了空間感。

（王婷婷）好辦法！還有一個問題：陰天或下雨時無法觀測太陽，有沒有可以解決的方法呢？

（臧冬雨）查閱資料時我們發(fā)現(xiàn)，古代維京人曾使用太陽石確定太陽的位置。簡單來說，利用了光通過碳酸鈣晶體時產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象，通過移動、旋轉(zhuǎn)太陽石，當(dāng)投射出的兩個影像亮度相同時，太陽石指向的便是太陽的位置。

但課堂上這樣做，一是會占用觀察的時間，二是學(xué)生的觀感不太好，還會將注意力轉(zhuǎn)移到玩石頭上。因此，我們放棄了這一方案。還有沒有其他的方法可以幫助學(xué)生確定太陽的位置呢？

（馬廷軒）可以繼續(xù)應(yīng)用數(shù)字化手段。我們找到了能夠?qū)崟r呈現(xiàn)天體位置的軟件——星空漫步。這個軟件能夠通過定位系統(tǒng)和內(nèi)置陀螺儀感知設(shè)備，顯現(xiàn)實際太陽的位置（如圖6）。在天氣不佳的情況下，學(xué)生也可以直觀感知。

不過，一年級學(xué)生在使用軟件時存在如下問題：少數(shù)學(xué)生空間感較弱，難以將模擬畫面中太陽的位置與實際環(huán)境相對應(yīng)。為此，我們可以為學(xué)生開啟軟件中的AR功能，將太陽位置與實際攝像頭拍攝到的景物相融合，讓他們直觀看到太陽與實景間的關(guān)系，助力他們初步建立空間感。

（臧冬雨）現(xiàn)在是早上，太陽在偏東方的位置，所以利用課上東南西北的排列規(guī)律，左面是北、右面是南、前面是東、后面是西。這樣就可以分辨此時教室里的方位了。

（馬廷軒）另外，這一軟件除了太陽以外，還能實時呈現(xiàn)其他天體的位置，如行星、星座等。因此，在高年級的宇宙單元中也可以加以應(yīng)用。

（臧冬雨）該軟件操作界面對于一年級學(xué)生來說有點復(fù)雜，在試講過程中，出現(xiàn)過學(xué)生誤觸屏幕導(dǎo)致界面變動需要教師復(fù)原的情況。我們可以嘗試用手機與自拍桿組合的方式避免學(xué)生誤觸，但對于一年級學(xué)生來說設(shè)備較重，需要進一步優(yōu)化。曾有教師想到過將手機或者平板電腦固定在密閉、透明的塑料盒中，在保證軟件正常運行的情況下，最大限度保障學(xué)生的觀感。經(jīng)試講，效果確實有很大提升。數(shù)字化手段也可以根據(jù)學(xué)生的特點與校園實際情況對教學(xué)方式進行實時調(diào)整、綜合考慮后在課堂上加以應(yīng)用。

（王婷婷）試講中還發(fā)現(xiàn)一個問題：學(xué)生在擺放模型時，會將早晨、中午、傍晚的太陽模型擺在一條線上。這說明學(xué)生還沒有形成立體空間感，我們有什么方法可以幫助他們感受真實的太陽在一天中的變化呢？

（馬廷軒）太陽視運動是立體的：在北半球，太陽從東方升起后，在升高的同時向偏南方運動，正午前后到達偏南方。這一運動在平面的屏幕或圖像中無法呈現(xiàn)，也就難以在課堂上幫助學(xué)生全面地感受這一過程。

因此，以初步建立空間感為目的，我們在教室中設(shè)置三塊屏幕，分別放置在教室的東、南、西三個方向，模擬實際環(huán)境中三個方向的天空。呈現(xiàn)內(nèi)容則可以朝向相應(yīng)的三個方向，分別進行延時攝影，記錄一天中太陽位置的變化并分別在對應(yīng)的屏幕上加速播放。當(dāng)拍攝條件有限時（學(xué)校周邊有高樓遮擋等），也可以從網(wǎng)絡(luò)上找到使用廣角鏡頭拍攝的延時攝影畫面，通過后期裁剪處理的方式，將偏東方、南方與偏西方分開，呈現(xiàn)近似的效果。

通過如圖7所示的方法，教室中的三塊屏幕同時亮起，太陽像在真正的天空中一樣，從東面的屏幕上升起，一段時間后進入南方的屏幕，從偏南方劃過，傍晚進入西方的屏幕，從西方落下。直觀且立體地將太陽的三維運動呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生初步建立空間感。

（王婷婷）以上的教學(xué)是否有效呢？我們利用區(qū)域內(nèi)研究成果——學(xué)習(xí)性評價量表對課堂教學(xué)的過程進行了評價，通過對學(xué)生的表現(xiàn)性評價，監(jiān)測教學(xué)的有效性并實時調(diào)控教學(xué)。

（肖茜）我們使用學(xué)習(xí)性評價的目的是：在課堂教學(xué)中監(jiān)控我們對教材的理解是否到位，能否把課程標準中的精神轉(zhuǎn)化在實際的課堂教學(xué)中，促進學(xué)生的發(fā)展。學(xué)習(xí)性評價主要分為交流、操作、態(tài)度和記錄四個維度，評價學(xué)生在課堂上不同的行為表現(xiàn)，每個維度又分為了初發(fā)展、發(fā)展中和提升期三個層次。

（殷晴）本節(jié)課對交流維度進行了評價。初發(fā)展——在教師指導(dǎo)下根據(jù)早、中、晚太陽的位置說出東南西北四個方向。發(fā)展中——通過比較，用不同方式表述東南西北的排列有規(guī)律。提升期——能夠在類似空間中，利用太陽及方向規(guī)律辨別東南西北，并描述各方向上的事物。每個層級表示學(xué)生所能達到的具體行為表征。我們先看初發(fā)展階段，如果學(xué)生能利用太陽的位置，說出東南西北四個方向，說明他已經(jīng)到達了這個階段。

（臧冬雨）學(xué)生在組內(nèi)的哪些行為可以體現(xiàn)出他們到了發(fā)展中或者提升期的層級呢？

（殷晴）在第一課時，有的學(xué)生在判斷方向時蹲下身子，把自己當(dāng)作是模型中的小人，能夠通過比較，用不同方式表述東南西北的排列有規(guī)律。在第二課時，教師可以帶著學(xué)生到戶外辨別方向。所有教學(xué)內(nèi)容完成后，大部分學(xué)生能夠在類似空間中，利用太陽及方向規(guī)律辨別東南西北，并描述各方向上的事物。

在整個單元教學(xué)中，依據(jù)評價標準對學(xué)生進行“教—學(xué)—評”一體化評價，這也是我們團隊日常教研中一直在做的。

關(guān)于教學(xué)策略

（王婷婷）一系列有結(jié)構(gòu)、有層次的立體模型的應(yīng)用，讓一年級學(xué)生接觸到了利用模型解決科學(xué)問題的思維方法，能夠初步感知到跨學(xué)科概念“系統(tǒng)與模型”。本課通過兩次從實物到實物模型的轉(zhuǎn)化（由太陽在天空中的位置到太陽位置模型，由在陽光下辨認方向到在太陽位置模型中辨認方向），力圖幫助學(xué)生在頭腦中形成辨別方向的思維模型。

教材在編排上十分注重學(xué)習(xí)進階。對地球與宇宙領(lǐng)域各學(xué)段的教學(xué)內(nèi)容進行梳理，可以發(fā)現(xiàn)教材搭建的空間能力培養(yǎng)模型。一年級的教學(xué)要力圖幫助學(xué)生在實踐中初步形成空間感，為中年級的空間感知力、高年級的空間想象力的培養(yǎng)奠定堅實的基礎(chǔ)。

（馬廷軒）實時投屏、延時攝影、多屏展示、軟件助力，都是我們在將信息技術(shù)與科學(xué)教學(xué)深入融合過程中的新嘗試，從一定程度上體現(xiàn)了教學(xué)方式的變革。數(shù)字化手段在課堂上不能僅作為呈現(xiàn)內(nèi)容的工具，更應(yīng)該讓學(xué)生應(yīng)用于實踐之中。

（王婷婷）確實是，數(shù)字化手段不僅可以最大限度地提升課堂實效，幫助學(xué)生疏通實踐、交流過程中的堵點，為概念建構(gòu)、空間感形成助力，更重要的是可以開闊學(xué)生的視野，在他們心中埋下信息技術(shù)的“種子”，為高年級乃至初、高中的自主研究提供方法和借鑒，促進學(xué)習(xí)方式的變革。

在教育“雙減”的大背景下，我們應(yīng)該更加強調(diào)和重視教學(xué)質(zhì)量，怎樣在有限的課堂教學(xué)中做到提質(zhì)增效？每次試講時可以利用我區(qū)已有的研究成果——學(xué)習(xí)性評價體系，收集學(xué)生表現(xiàn)數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析，實時動態(tài)調(diào)控教學(xué)，改進、刪減無效環(huán)節(jié)，著力提升課堂實效。

關(guān)于共識與總結(jié)

（王婷婷）本課的教學(xué)就是利用以上教學(xué)策略，圍繞“方向辨別挑戰(zhàn)賽”的游戲情境展開的。我們在設(shè)計的時候，充分考慮到了幼小銜接。一年級學(xué)生科學(xué)實踐活動更應(yīng)注重活動化、游戲化、綜合化的特點，幫助他們產(chǎn)生科學(xué)興趣，積極參與科學(xué)實踐。在三個層次的實踐、兩次轉(zhuǎn)化的牽引下，最終幫助學(xué)生在實踐中逐步掌握辨別方向的方法。

（金娜）本課的教學(xué)研究任務(wù)已經(jīng)階段性完成，但我們的研究永遠在路上，在科學(xué)實踐中真正做到提質(zhì)增效是我們未來一段時間研究的方向。我們也將在教學(xué)中持續(xù)落實課程標準、新教材理念，多實踐，勤總結(jié)，為課程標準理念落地梳理出“西城經(jīng)驗”。

（工作室成員：王婷婷，北京小學(xué)；肖茜，北京雷鋒小學(xué)；殷晴，北京市西城區(qū)育翔小學(xué)；馬廷軒，北京市宣武師范學(xué)校附屬第一小學(xué)；臧冬雨，北京市西城區(qū)育翔小學(xué)；金娜，北京市西城區(qū)教育研修學(xué)院）