數智化項目式教學，讓學生“看見”微觀世界

《教育信息化2.0行動計劃》要求教師主動適應信息化、人工智能等新技術變革，積極有效開展教育教學。跟隨數智化時代技術更新的腳步，響應數智化時代教學改革的號召，“基于智能教學環境的學生微粒觀素養培育探索與實踐”課題組聚焦學生微粒觀培育的問題，借助新課標提出的“系統與模型”概念，在小學科學課程開發中融入建構主義學習觀和項目式學習法，通過引導學生學習科學知識、開展藝術性設計與制作、進行科學實驗探究這三部分課程內容，有效提升學生的核心素養，促進學生全面發展。在教學過程中，設計知識學習、VESTA軟件操作、模型制作、交流討論和課堂展示五個環節，幫助學生主導課堂，鼓勵學生多交流、勤合作，充分運用數智化教學工具進行深度學習。

小學生微粒觀培育的必要性

由宏觀過渡到微觀的必需。化學用語教學“物質構成的奧秘”這一主題一直是教學的難點。由于該主題枯燥、抽象，不夠貼近現實生活，學生們很難對物質的奧秘有真切的感知，好不容易培養起來的化學學習興趣常常被消磨殆盡。在小學科學基礎學習階段，如何引導學生從五彩繽紛的宏觀世界步入神奇莫測的微觀世界，并自主運用微粒的觀念去學習化學以及其他科學學科，是必須解決的首要問題。

由宏觀過渡到微觀的缺失。依據教學實踐經驗，總體而言，小學生對于物質的認知普遍只停留在宏觀世界，對看不見、摸不著的微觀世界知之甚少，而微粒觀恰是打開微觀世界大門的鑰匙。因此，課題組以培育小學生微粒觀為教學目標，在研究項目中著重帶領學生靈活運用數智化工具，融合跨學科的思路來制作微粒的模型，幫助學生“真實地”感受微觀世界。

化學微粒觀培育的內涵是什么？世界是物質的，物質是由微粒構成的，化學是一門研究物質的組成、性質、結構和變化規律的自然科學。化學微粒觀是化學課堂教學的基本觀念之一，同時也是化學觀念的基礎。小學生微粒觀培養對于今后化學學科的學習而言十分重要，教師應合理引導學生結合已有的生活經驗，通過實驗探究、科學想象、模型制作等方式，理解分子、原子、離子等概念并梳理它們之間的關系，進而形成化學微粒觀。

數智化工具助力小學微粒觀教學

數智平臺激發學生深度學習的欲望。在數智化教學模式的推進過程中，教師可積極利用“深圳教育云資源平臺”等智慧平臺，充分發揮這些平臺的作用來提高學生的學習效果。智慧平臺不僅能協助教師進行課堂設計，還能創設真實而富有吸引力的教學情境，從而更好地激發學生學習的興趣和熱情。

VESTA軟件搭建學生深度學習的橋梁。構成物質的微粒是肉眼不可見的，教師要通過構建模型等直觀的手段為學生在宏觀世界和微觀世界之間搭建橋梁，幫助他們發現宏觀與微觀的相互聯系。為此，課題組運用了VESTA軟件來開展智慧課堂教學。VESTA（Visualization for Electronic and Structural Analysis）能實現晶體結構和電子結構可視化，將之應用在微粒觀的教學上，能夠有效彌補小學生空間想象力的不足，培養其抽象思維。VESTA軟件還在顯示終端上建立了一個3D虛擬仿真實驗室，能幫助學生將2D設計轉化為3D成品，輔助學生立體地理解微觀世界。合理運用VESTA軟件成圖技術，可以有效提升學生空間觀念，引導學生從微觀粒子水平上認識物質構成的規律，以微粒的本質結構為線索，幫助學生實現思維從宏觀過渡到微觀，為以后的化學學習打下堅實基礎。

結合超輕黏土制作，夯實學生微觀意識與動手能力。例如，在開展教科版科學四年級下冊第一單元《植物的生長與變化》的教學時，課題組設計了“顯微鏡觀察植物細胞，超輕黏土制作植物細胞”活動項目——教師先利用成熟植株向學生展示植物的形態，再讓學生通過顯微鏡觀察植物的細胞結構，探索植物葉片細胞和根部細胞的秘密。帶領學生從宏觀世界出發，深入探究美麗的微觀世界，以此讓學生初步學習植物相關知識；繼而讓學生自主設計實驗方案，探究LED直接照射綠蘿根部是否會促進整體植株生長；最后運用超輕黏土制作植物細胞，形成項目式學習成果。

項目式學習夯實小學微粒觀教學成果

小學科學課程的項目式探索是載體。小學科學學科是化學、物理、生物、地理等學科基礎知識的“地基”，具有融合性。其知識特點與思維方式就是：宏觀與微觀相互聯系。小學階段的化學啟蒙教育，一個很重要的任務是，通過構建模型等直觀手段幫助學生建立宏觀世界和微觀世界之間的聯系。因而小學微粒觀的教學內容須融入跨學科的教學理念，精心設計和開展教學活動。項目式的課程形式新穎、內容豐富，有助于激發學生濃厚的學習興趣，引導他們從多個角度感知微粒觀的內涵，主動探索微觀世界，在過程中建立微粒觀，有效提升教學成效。

項目式教學促進學生沉浸式深度探究。在日常學科教學實踐中，教師要善用“互聯網+”，借鑒項目式學習方法，設計適合學生自主學習的學科課程方案，進而從以“教”為中心轉變為以“學”為中心，由“教”的思維遷移到“學”的思維，最終形成有效的項目化教學模式。例如，講授教科版科學三年級上冊第一單元《水》時，課題組設計了探究深圳鹽田海提取海水含鹽量檢測活動項目。學生研究海水蒸發和食鹽析出過程，通過實驗獲知海水含鹽量，并撰寫實驗報告。實驗不僅讓學生了解海水蒸發特性，還能檢驗數據準確性。之后，學生運用VESTA軟件獨立完成食鹽晶體設計圖的制作，并結合藝術指導，創作出食鹽晶體的黏土藝術作品，以加深對食鹽晶體結構的了解。整個學習過程中，學生通過信息收集和數據分析，形成了微觀認知，提升了跨學科學習能力；并運用所學知識解決了實際問題，增強了溝通、合作和創新能力。

數智化工具輔助CIPP評價模型助力學生全方位評價。課題組積極踐行《深化新時代教育評價改革總體方案》的要求，依據學生基本學情與綜合素養制定個性化學習方案，力求做到因材施教、個性化指導，加速提升教學質量和水平。同時，圍繞CIPP（context，input，process，product，即背景、輸入、過程、產品）教育評價模型，更新評價方式，形成有價值的研究成果。在學生評價改革方面，教師可借助一系列優質的人工智能工具，如“BOS教育平臺”“班級優化大師”“紅蜘蛛”“極域電子教室”“Arduino平臺”和“問卷星”等，形成項目化學習的電子檔案袋（e-portfolio），更準確地掌握學生的學習進度和難點，為學生提供個性化反饋、指導，制定科學的教學策略，積極探索從“五育并舉”到“五育融合”的科學實踐評價新路徑，以全新的評價機制設計制作項目實施指南，力求對學生進行全方位的評價，促進學生全面發展。

綜上，小學化學教育要以項目式教學為載體，以智慧教學工具為手段，推進以微粒觀培育為核心的小學科學智慧課程建設；要以小學科學基礎知識為起點，精選具有實踐探究價值的驅動問題，設計深受學生喜愛的科學活動，激發學生開展科學探究性學習的內在動力；要讓學生在掌握基礎科學知識的同時，培養科學探究思維，學會運用現代信息技術手段進行自主探究學習，形成運用科學知識解釋自然現象、解決實際問題的科學觀念，從而全面提升科學核心素養。

【本文系廣東省深圳市教育科學“十四五”規劃2023年度成果培育課題“基于智能教學環境的學生微粒觀素養培育探索與實踐”（課題編號：cgpy23025）的成果】