數字教學系統給小學科學帶來的變革

2022年，全國教育工作會議提出實施教育數字化戰略行動，數字化已經成為新時代教育變革的重要推動力量。科學課程標準指出，要利用信息技術輔助手段，如數字化實驗等，讓學生比較直觀便捷地學習相關知識。《上海市教育數字化轉型實施方案（2021—2023）》也提出，將數字化轉型作為推進教育現代化建設與高質量發展的重要引擎和關鍵特征。

上海中小學數字教學系統，包括備課助手、教學助手以及輔導助手（簡稱“三個助手”）。“三個助手”融入數字教材、視頻課等優質資源，為師生打造線上線下深度融合的教學空間，優化資源配置與服務支持，推動教學方式的變革。對于小學科學教學來說，主要是借助“三個助手”的數字化實驗系統（簡稱DIS）和“賽·課堂”教學系統等，實現小學科學教學數字化轉型。[1]“三個助手”為小學科學課堂提供多元的方案，讓科學探究活動更加高質高效地開展，有效解決科學課堂耗時、低效、不精準、缺互動的難題。

一、助力學情分析，落實精準教學

學情分析是教學策略選擇和教學活動設計的落腳點，沒有學情分析的教學策略，往往導致教師一廂情愿地自我表演。只有真正了解學生現有的知識經驗和心理認知特點，才能確定他們在學習中的最近發展區。

在學習五年級《空氣的成分》這節課之前，學生已經知道了感知空氣存在的方法、空氣占據一定空間、空氣會流動、物體在空氣中會受到大氣壓力等內容。基于生活經驗，學生知道空氣中有氧氣和二氧化碳，知道人的呼吸需要氧氣，呼出二氧化碳等，但是對驗證空氣中氧氣和二氧化碳的方法并不是很了解。在能力方面，學生具有簡單的動手操作能力，但實踐能力、對數據的分析歸納能力、對現象的推理能力尚有較大的提升空間。教師可以借助“三個助手”的測驗功能，通過幾道選擇題了解學生對“空氣成分”相關知識的掌握情況，精準了解學情，以數據確定本節課的環節流程和重難點。

學情分析發現，學生對空氣的成分種類是比較了解的，其中100%的學生知道空氣中有氧氣，76%的學生認為空氣中有二氧化碳，但他們對驗證空氣中有氧氣和二氧化碳的實驗方法并不了解，82%的學生不知道驗證氧氣的方法，97%的學生不知道驗證二氧化碳的方法。于是，課堂上教師就直接提供知識卡等學習資源，學生通過閱讀知識卡，知道可以用澄清石灰水驗證二氧化碳，同時也了解實驗的具體方法，有效避免課堂上的“明知故問”。教師以學定教，以學生為中心，打破他們的知識盲區，能節約課堂時間，落實精準教學。

二、助力演示交流，豐富活動形式

演示是教師運用教具或實驗傳遞信息的一種常見教學方式，學生的學習成果很多時候也需要向全班展示進行交流。這些環節中，最常用到的就是展示臺，但展示臺往往是單一的俯拍角度，且教師需要在不同的平臺之間進行切換。借助“賽·課堂”平臺的“直播”功能，便可以完成多角度的現象展示，同時也讓操作變得比較簡單。

在《空氣的成分》這節課中，教師需要向學生演示“覆杯實驗”的步驟，并提醒注意點，具體是：將有色水全部倒入盤子中；將蠟燭放在盤子的中間，并用點火器點燃；用玻璃杯從側面快速扣在蠟燭上；觀察實驗現象。在這個教學環節中，教師借助平臺的“直播”功能，從側面展示整個實驗操作，既對學生的操作步驟和注意事項做了指導和提醒，也能完整清晰地呈現出實驗現象。

隨后，學生進行了覆杯實驗，由于教師的實驗演示，學生快速規范地完成了實驗操作，進行了細致的觀察和數據的記錄。原本煩瑣復雜的實驗在短短的幾分鐘就完成，學生有足夠的時間討論為什么蠟燭過一會后才熄滅、為什么有色水會慢慢進入玻璃杯中等問題，大幅提升了課堂的有效性。

三、助力概念構建，突破重難點

《空氣的成分》這節課主要幫助學生認識空氣成分和驗證空氣成分的方法，重點是知道空氣中有氧氣和二氧化碳，并通過實驗進行驗證。難點是通過對實驗現象和數據的分析，發現空氣中有一定比例的氧氣。教師可以通過豐富的實踐活動和閱讀幫助學生建立起關于“空氣成分”的相關概念，但僅通過傳統的實驗只是讓學生知道空氣中含有氧氣和二氧化碳這兩種成分，他們對空氣中到底有多少氧氣、有多少二氧化碳并不能形成定量的認識。

于是，教師引入DIS傳感器（如圖1），引導學生用氧氣傳感器測量蠟燭燃燒過程中，密封罐中氧氣含量的變化，用二氧化碳傳感器測量空氣中和人呼出的氣體中二氧化碳含量的多少。隨后，學生用氧氣傳感器測量不同位置空氣中氧氣的含量，通過傳感器上的數據，知道了空氣中氧氣含量約在21％，教室不同位置的空氣中氧氣含量相差甚微，他們通過監測密封罐中氧氣含量的變化，知道蠟燭燃燒過程中密封罐中的氧氣含量逐漸變少，在蠟燭熄滅的時候，密封罐中仍然有氧氣（如圖2）。學生用二氧化碳傳感器先后測量空氣中和人呼出的氣體中二氧化碳含量，發現空氣中的二氧化碳含量特別少，而人呼出的氣體中的二氧化碳含量要高得多（如圖3）。

傳統實驗注重學生對實驗現象和數據的觀察、分析、推理，但實驗的精度并不高。傳感器的加入，彌補了傳統實驗的不足，幫助學生更加直觀地認識空氣成分的“量”，這符合小學生直觀的思維特點，也利于本節課重難點的突破。

四、助力分析歸納，培育科學思維

科學思維是小學科學核心素養之一。教師應從學生興趣點出發，重視和加強培育他們的科學思維能力，尤其是高階思維能力。教師要注重引導學生聚焦問題，以提升他們的自主探究和科學認知的能力。

《空氣的成分》一課中，每個小組在“覆杯實驗”中都測量并記錄了蠟燭燃燒的時間和有色水上升的高度，這些數據需要匯總進行整體分析。如果用傳統的匯總方式，會比較耗時。于是，教師借助“三個助手”的“表格合并”功能，將不同小組的實驗數據匯總在一張表格中（見表1）。教師引導學生對數據進行整體分析：在控制實驗器材相同的情況下，蠟燭燃燒的時間大致相同，推斷出不同小組的蠟燭燃燒消耗的氧氣含量大致相同；有色水進入玻璃杯中的高度的數據也大致相同，推斷出燃燒蠟燭消耗的氧氣量也基本相同。這樣，學生比較順利地得出結論“空氣中含有一定比例的氧氣”。

教師立足科學素養，巧借信息技術手段匯總全班學生的數據，及時對課堂中生成的數據資源進行分析、推理、歸納，給予了學生廣闊的思維空間，鍛煉了他們的科學思維。

五、助力科學閱讀，拓展德育責任

科學閱讀，是一種特殊的閱讀方式，也是學生科學學習活動的主要類型之一。科學閱讀可以開闊學生的視野，保護他們的好奇心，激發他們的探索欲和求知欲，讓他們更深入和全面地了解所學的知識，并賦予他們更豐富的人生認知。

在《空氣的成分》一課中，教師借助“三個助手”的“學生閱讀”功能，提供文字、圖片、符號、圖標等材料，學生通過“批注”功能從中獲取需要的信息，領會其中的科學知識或精神。例如，在閱讀資料《空氣成分的發現》（如圖4）中，學生除了解到更多的空氣成分（氮氣、固體顆粒物、有害氣體等）外，同時體會到科學家對空氣成分研究的堅持不懈的科學精神和科學態度。

“三個助手”的“學生閱讀”功能，讓教師通過自主開發閱讀資源，豐富了與課堂主題相關的內容，“批注”功能讓學生在了解科學事件和科學精神的基礎上，幫助他們學習有重點地閱讀，讓學科德育在無形中滲透。

六、助力評價方式，促進教評一致

評價不是課堂的目的，而是一種激發學生潛在智能的手段。巧妙地利用評價手段，可以讓課堂錦上添花。

借助“三個助手”，教師可以設計豐富的評價形式，以評促教。根據科學課堂的特點，教師提前設計了積極舉手、大膽發言、認真思考、有序實驗、仔細觀察、分析歸納、積極討論、敢于質疑8個評價維度，在課堂中通過即時評價激發學生學習的積極性。同時，教師還設計了與學生活動相關聯的學生自評標準（如圖5），既是對活動步驟的指導，也是對操作的規范。在課堂的最后，數字平臺還可以自動生成本節課的評價結果匯總表（如圖6）。

結合“三個助手”設計的評價結構可以更好地促進了學生的探究實踐，及時有效的評價讓學生的課堂學習更加積極主動，讓評價的效果更加科學合理。

思考

小學科學學科中有很多經典傳統實驗器材、設計和操作，在DIS引入課堂后，顯得很煩瑣或“沒必要”，這使得有的教師為用而用。事實上，很多傳統實驗是為了引導學生進行觀察，對現象和數據進行比較、分析、推理等，更注重對學生思維的培養和能力鍛煉。DIS更側重于當學生遇到概念建構困難時，對重難點的突破。在教學設計與實施過程中，教師要以傳統實驗為基礎，借助DIS進行實驗活動的創新設計，揚長避短、相互補充，以更好地提高課堂教學效率。

（作者單位：上海市浦東新區竹園小學）

參考文獻

[1]趙偉新.小學科學教學數字化：基本特征與實踐推進[J].上海課程教學研究，2022（09）.