技術賦能下學生科學思維的培養策略

[中圖分類號] G623.6 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-9068（2025）18-0074-03

一、研究背景

《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確指出“科學課程旨在培養學生的核心素養”，并將核心素養劃分為科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任四個維度。其中，科學思維占據舉足輕重的地位，主要包括模型建構、推理論證、創新思維等，旨在讓學生從科學視角把握事物的本質屬性和內在規律。然而，在傳統的科學教學實踐中，學生科學思維的培養常常面臨著許多挑戰。一是建構模型不真實。傳統科學教學中，對于學生無法直接觀察或實操的實驗類型，教師常常通過圖片展示或借助有關的動畫、視頻來讓學生進行觀察學習，這樣可以幫助學生構建初步的概念模型，但并不能在學生頭腦中留下深刻的印象，甚至會使其產生錯誤認知。二是推理論證不完善。科學是一門嚴謹的學科，但在傳統科學教學中，部分科學實驗的操作難度較大，實驗數據較多且實驗現象不明顯，容易受光照、溫度等外界條件及學生操作不規范等多方面因素影響，不利于學生得出正確的科學結論。三是創新思維不深入。傳統科學課堂教學中，教師習慣采用口述、演示的教學方法，這種直接呈現結論性知識的教學方式會導致學生對科學觀念的理解浮于表面。由于沒有形成一定的邏輯思維，學生無法理解其內在的科學本質，更無法做到遷移運用。

二、研究框架

在科技迅猛發展與產業加速變革的時代背景下，教育部印發的《教育信息化2.0行動計劃》指出：

“充分利用云計算、大數據、人工智能等新技術，構建全方位、全過程、全天候的支撐體系，助力教育教學、管理和服務的改革發展。”本文旨在探討通過虛擬實驗室、科學模擬軟件以及科學探究應用程序等信息技術的應用，將小學科學教材中枯燥的文字內容轉化為具體化、形象化的教學資源，以增強教學的生動性和趣味性。同時，著重探討如何運用信息技術直觀呈現那些抽象且難以被學生理解的科學實驗，以及如何借助信息技術快速分析并展示課堂上難以呈現的科學數據，不斷完善學生的實驗推理過程，促進其科學思維能力的發展。

三、研究策略

1.創設真實情境，培養模型建構思維

教師可依托虛實融合的教學技術，借助虛擬仿真平臺重構科學現象與實驗場域，引導學習者通過多模態交互機制建構知識。

（1）優化生命系統可觀察

在\"生命系統的構成層次\"這一學科核心概念的教學中，教師可依托現代信息技術手段開展實驗教學，優化生命系統的可觀測性，構建更貼近真實的生物模型，使學生明晰生物體的生命過程及其調節機制，深化其對生命系統的理解。以教科版科學教材五年級上冊《心臟和血液》一課為例，教材讓學生利用吸耳球和塑料管反復吸進和擠出水來模擬心臟傳輸血液的過程，借此推測心臟的運作模式。然而，吸耳球吸水時會存在回流現象，致使學生對血液循環產生錯誤認知。為此，教師可以引導學生借助VR眼鏡觀測心臟的跳動，同時引導學生代入血細胞的視角，隨著血液流動深入血管內部，體驗血液循環的過程，將“心臟跳動”與“血液在血管中流動”的關系可視化，不斷培養學生的模型建構思維。

（2）優化地月系統可感知

在教學學科核心概念“宇宙中的地球\"時，教師可以借用交互手段，為學生帶來獨特的月球“行走”體驗。以教科版科學教材三年級下冊《月球一一地球的衛星》一課為例，教師憑借先進的VR交互技術，令學生如同真實地行走于月球上一般。學生可以借助VR交互技術從多個視角觀察月球上的環形山。學生通過積極探尋證據，深入了解了環形山的特性，進而成功地建構起科學概念。這樣教學，可以引發學生的認知沖突，激發他們的好奇心和探究欲，使學生獲得生動而直觀的學習體驗，助力他們發展科學思維。

2.創建數據平臺，強化推理論證思維

教師可構建直觀的數據模型，并利用技術手段輔助學生整理和分析實驗探究產生的數據集，從而提高學生對數據的分析能力，培養學生的推理與論證思維，幫助學生建立證據與解釋之間的聯系，并提出合理的見解。

（1）優化數據整理，提升發現問題能力

實驗數據作為驗證實驗結論的關鍵證據，對其進行準確的處理與分析是實驗研究中不可或缺的一環，同時也是提升學生邏輯推理與論證能力的有效途徑。然而，學生在實踐過程中往往會收集到多而大的數據集，在處理和分析數據上有一定難度。因此，教師可引入數據處理軟件，幫助學生高效處理實驗數據，優化數據整理。

以教科版科學教材六年級下冊《八顆行星》一課為例，學生要將各行星與太陽的距離數據按比例處理并排列。由于學生對等比例放大或縮小的操作熟練度不夠，計算錯誤出現頻率高。為此，教師可以利用“太陽系旅行記\"軟件，引導學生輸入數據并按照既定要求執行等比例縮小操作（見表1），再通過該軟件呈現太陽系行星距離太陽遠近的排序，使學生更直觀地理解八顆行星的排列順序及其大小規律，從而加深對天體運動的理解。

（2）優化數據統計，提升分析推理能力

在科學實驗的探究過程中，實驗儀器的精準度也會對實驗結果造成影響。為減少實驗中的誤差，教師可嘗試利用現代化設備，助力學生科學地收集、分析證據，從而促進學生深入理解科學知識并掌握科學概念。在實驗探究的過程中，實驗數據的收集與處理尤為重要，它不僅決定了實驗探究結論的科學性，還能讓學生養成以事實為依據，并根據得到的實驗數據調整實驗思路的習慣，以完善推理論證過程。

以教科版科學教材五年級下冊《水的蒸發和凝結》一課為例，學生在開展“觀察水加熱時的變化”的探究活動中常常會出現溫度計讀數出錯、數據整理成折線圖耗時過長等問題，進而影響課堂進度。為此，教師可以引入溫度傳感器，并將其與平板電腦連接。在加熱水的過程中，學生可以一邊觀察水的變化，一邊關注平板電腦上水溫的變化過程，最后通過數據分析軟件將收集的數據轉化為折線圖。這樣可以讓學生有更多的時間觀察水在加熱時的溫度變化及出現的現象。通過運用傳感器技術與數據分析軟件，能夠有效避免實驗過程中因人為操作溫度計而引起的誤差，從而確保數據的精確性，還為學生提供了更多深人分析實驗現象和實驗原理的機會。同時，教師借助平板電腦實時采集和輸入實驗數據，可以及時發現學生在實驗中收集到的異常數據，從而引導學生反思實驗過程，確保學生推理的正確性，助力學生培養推理論證思維，進一步提升科學思維能力。

3.創新自主探究，培養創新思維

教師可營造自主探究的學習環境，激發學生的探究興趣，引導學生在探究過程中充分闡述個人觀點，并從多角度對問題進行分析，以提出創新的解決方案。

（1）優化探究工具，培養思維的廣闊性

在信息化時代背景下，移動學習生態系統正在重構傳統紙質記錄范式。教師可依托智能平臺，引導學生發現問題、分析問題，并提出創造性的見解。

以教科版科學教材六年級下冊《制作校園生物分布圖》為例，學生要先對上一節課在校園中搜集的生物資料進行整理、分類與匯總，并以小組為單位在班級內進行分享交流與討論。在校園生態調研環節中，各小組在調查中普遍面臨著生物種類辨識困難、部分植物特征描述模糊或缺乏顯著識別標志等問題，這給后續的資料匯總帶來了挑戰。針對這一情況，教師可引人移動智能設備輔助教學，指導學生通過拍照建檔及系統編號的方式記錄樣本。如通過“萬物識別”軟件對生物的種類進行識別，可以實現樣本的即時鑒定與分類歸檔。這種數字化處理方式不僅提升了教學效率，也培養了學生運用關鍵詞進行檢索的能力，同時增強了學生的語言組織能力、表達能力及思維能力。

（2）優化探究路徑，培養思維的靈活性

在小學科學教學中，利用信息技術優化學生的科學探究路徑，可以有效培養學生的科學思維，特別是思維的靈活性。思維的靈活性是指個體在面對問題時能迅速找到合適的解決方案，并根據新信息和新情境調整自己的思維方式。

例如，在教學教科版科學教材三年級下冊“植物的生長變化”一單元時，教師可以通過多媒體課件和視瀕資料，直觀地展示植物從種子發芽、花朵授粉到最終結出果實，以及植物胚胎是如何在母體中逐漸發育成熟的過程。這些動態的視覺資料不僅能夠吸引學生的注意力，還能讓學生更清晰地把握植物生命的起點和發育過程。這樣教學可以促進學生主動思考和解決問題，從而在實踐中培養學生科學思維的靈活性。

（3）優化探究方式，培養思維的獨創性

在信息技術的支持下，教師還可以進一步優化學生的探究方式，引導其從多維度分析和思考問題，提出具有創新性和實用價值的觀點及解決策略等，以促進其創新思維能力的提升。

以教科版科學教材四年級上冊《營養要均衡》一課為例，學生要參照\"中國居民平衡膳食寶塔”，統計自己一日三餐的食物攝入量，并評估食物搭配的合理性。如果僅統計個別學生的飲食情況，難以反饋班級整體的營養狀況，學生也無法深入理解營養膳食的重要性。基于此，教師可以利用平板電腦，針對某個學生的午餐菜單進行分析，并利用食物營養查詢工具，將食物營養成分轉化為可量化的數據。這樣，學生對照指標便能對菜單中食物的營養含量一目了然，也能依據所學知識設計出更為科學合理的菜單，從而培養健康生活的意識。教師還可引導學生利用現代信息技術撰寫以數據為支撐的菜單報告，讓學生從被動記錄轉為積極整理分析營養成分數據，并結合個人健康需求優化飲食方案。這樣，學生在不斷調整與改進的過程中，培養了創新思維能力。

綜上，在信息技術的輔助和支持下，科學課堂實踐活動變得更具趣味性和高效性，不僅提升了學生對科學知識整合與應用的能力，還培養了學生的科學思維。

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（責編廖婷婷）