智適應學習系統支持的小學科學單元教學：價值與路徑

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）在課程理念部分明確提出，科學教學要強化過程評價，重視“教一學一評”一體化，關注個體差異，改進學習過程。新課標強調要充分利用信息技術，提高評價的科學性、專業性和客觀性[1。然而，當前小學科學單元教學實踐中仍普遍存在教學方式單一、忽視學生個體差異、評價方式單調等問題。智適應學習系統依托人工智能、大數據等技術，具有精準診斷學情、智能推送個性化學習資源、實時監測學習過程與效果等優勢，為解決上述問題提供了新的思路和方法[2。鑒于此，筆者以智適應學習系統為例，結合小學科學“熱”單元教學實踐案例，深人分析其在教學中的價值與作用，探討智適應學習系統支持的小學科學單元教學實施路徑，以期為教師落實核心素養導向的精準教學提供有益參考。

一、智適應學習系統支持的小學科學單元教學價值

人工智能在教育教學領域的應用，正在推動教學路徑的創新與發展，使教學日益趨向科學化、精準化與個性化。智適應學習系統能夠實時監測學生的學習狀態和成效。教師可以通過教師端及時獲取學生學習報告和反饋，從而精準把握學情，并根據實際情況調整教學策略，實現精準教學。智適應學習系統支持的小學科學單元教學價值主要體現在以下三個方面。

（一）滿足學生的個性化學習需求

新課標要求課程改革堅持創新方向，推動育人方式變革，關注學生個性化學習需求。智適應學習系統通過先進的數據分析、智能評估、智能推送等技術，在整個單元學習過程中，根據學生學習進度、掌握程度及興趣點，為學生提供量身定制的學習路徑和資源。

（二）測評學生的知識點掌握情況

智適應學習系統能夠利用數據收集、儲存、分析、可視化呈現等優勢，精準評估學生對小學科學單元中各個知識點的掌握情況。例如，在“熱”單元學習中，智適應學習系統通過實時跟蹤學生學習行為，以圖表等可視化方式生成個性化學情報告，讓學生對自身薄弱環節一目了然。

（三）激發學生的內生性學習興趣

內生性學習興趣是指由學生內在的興趣、好奇心或成就感等內部原因引起的學習動機，其特點在于對學習活動影響大、持續時間久。在此次“熱”單元教學中，智適應學習系統因其以視頻、圖片等輕松活潑的知識呈現方式，使抽象知識變得生動有趣。此外，智適應學習系統具有及時反饋的技術優勢，可以幫助學生在單元學習中及時獲得反饋并推送正確解答內容，使學生感到被重視和關注，進而促進學生學習興趣的持續提升。

二、智適應學習系統支持的小學科學單元教學路徑

智適應學習系統雖然功能強大，但仍然是教師教學工作的輔助工具，而非完全替代。因此，為了防止過度依賴技術導致認知退化，智適應學習系統支持的小學科學單元教學還需開展具有科學特色的學習活動[3]。與其他學科相比，科學實驗是小學科學的典型學習方式。綜上，智適應學習系統支持的小學科學單元教學，具體涵蓋“單元前一單元中一單元后”三個階段，包含“測一調一推一學一練一析一輔”七個環節（如圖1）。在“學”環節中，系統引入布魯納的“具象化一圖像化一抽象化”認知學習框架，幫助學生實現知識的深度理解與遷移[4]。

圖1智適應學習系統支持的小學科學單元教學框架圖

（一）單元教學前：學情診斷，明確教學起點

1.學情前測，精準診斷

利用智適應學習系統，教師可以在單元教學前掌握學生的已有認知。在“熱”單元教學中，教師通過分析課標及教材內容，確立本單元學習目標為通過一系列探究實踐活動，深刻理解與熱量相關的核心概念及跨學科概念，并形成遷移應用能力。為實現這一目標，教師需在單元學習開始之前，預先告知學生本單元的學習目標及學習內容。然后，引導學生進人智適應學習系統的“單元前測”功能模塊，針對“熱”單元進行答題挑戰。學生完成所有前測題目后，點擊“完成”，智適應學習系統即可分析答題情況。最后，教師根據系統的數據分析，針對未答題及漏做的學生進行一對一提醒，確保學情前測順利完成。

2.分析學情，準備教學

根據智適應學習系統生成的可視化學情報告，教師可以更直觀地著到學生易錯的題自，發現知識盲點，從而有針對性地準備教學。在“熱”單元中，教師發現學生在學習“熱”的知識之前，知識盲點主要集中在熱傳遞的方式及方向方面。前測數據反映出學生對熱傳遞的三種方式缺乏理解，并錯誤地認為熱的傳遞方向是從熱量多的物體傳遞到熱量少的物體。教師可以調整本單元的教學設計，在涉及熱傳遞方向和方式的學習時，留足探究時間，引導學生基于證據判斷熱傳遞的方向，并對熱傳遞的三種方式進行概念辨析，比較它們的異同，并利用智適應學習系統推送相關題目加以鞏固，促使學生完成概念轉變。

（二）單元教學中：智慧課堂，培養科學學科核心素養

1.單元先導課：智能推送，自主學習

單元先導課是一個單元的起始課，旨在幫助學生明確單元主題，了解單元內容，激發學習興趣，為后續的學習打下基礎。在單元先導課中，智適應學習系統可以根據前期學生的學情報告，推送個性化的學習方案和學習內容。學生在教師引導下觀看智適應學習系統上對應的名師輔導或錯題講解視頻，初步修正原有錯誤認知。

在“熱”單元中，教師創設“保溫杯保溫效果的吉尼斯世界紀錄”單元主題情境，激發學生探究興趣。隨后，教師組織學生根據智適應學習系統推送的個性化學習方案，以觀看教學視頻的形式進行本單元的初步自主學習。學生可點擊“名師輔導”和“精講視頻”窗口，觀看前測時出現錯誤的相關講解視頻，視頻主要包括知識點的詳細講授和相關實驗的深人講解。學生根據自身需求、能力基礎、學習步調與進度等個性化特征，自主選擇觀看，初步調整原有認知結構，為后續的單元子課時學習做好鋪墊。

2.單元子課時：探究實踐，發展素養

新課標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[5]。因此，在單元子課時學習階段，教師依據課程標準，充分發揮小學科學的學科特色，以布魯納的認知表征學說為指導，通過“具象學習一圖像學習一抽象學習”的進階學習路徑開展教學，發展核心素養。基于教材中不同課時之間的邏輯關系，本研究將“熱”單元的7節課分為四個單元子課時，以第3子課時“熱在不同材料中的傳熱快慢”為例進行具體說明。

其一，探究實踐，具象學習。布魯納認為，在學習初始階段，學生需依靠“動作”來建構、重現外界事物的特性并理解周圍環境[。因此，在小學科學教學中，學生需通過探究實踐的具象化學習來建構概念。在第3子課時，教材安排比較“金屬勺、木頭勺和塑料勺”三者傳熱速度快慢的學習任務，學生采用中段涂蠟法觀察溫度變化，辨別哪種材料導熱最快。然而，僅憑肉眼觀察難以比較木勺和塑料勺的導熱快慢，存在實驗現象不明顯等問題。教師利用開源可編程主控板、溫度傳感器，并運用Mind + 編程技術，將實驗中不易直接觀察的溫度變化轉化為數字化、直觀化的圖表。在教師協助下，學生以小組合作形式，激活思路、設計方案，并利用改進后的數字化實驗材料獲取證據，得出“在相同條件下，導熱快慢為金屬勺最快，木勺最慢”的結論，為后續的圖像學習提供依據。

其二，聯系類比，圖像學習。圖像學習是指學生在探究實踐基礎上，在大腦中將新學習的知識形成圖像并依據發生的事情進行聯系類比的學習過程。在教學過程中，教師可引導學生基于新學知識的特征，尋找具有相似特征且熟悉的事物進行類比，理解概念。例如，在“熱在不同材料中的傳熱快慢”一課中，教師引導學生提取“熱”這一核心概念的關鍵特征，進而通過橫向聯系尋找與之相似的事物。教師可提問“傳遞也可以用什么類似的同義詞替換”，學生容易回答出“流向”這個詞。教師接著問“自然界中用流向這個詞的事物是什么”，引導學生將“熱”與“水流”建立聯系。隨后，學生將“熱”視作水流，把鐵勺、塑料勺、木勺想象為不同粗細的管道。其中，鐵勺代表直徑較大的管道，塑料勺次之，木勺則代表三者中直徑最小的管道。因此，實驗現象表現為鐵勺導熱速度最快，木勺導熱速度最慢，而塑料勺的導熱速度居中。學生借助圖像聯系類比，將抽象的“熱”概念以直觀圖像呈現，既符合學生的認知特點，又促進學生對科學概念的深度理解。

其三，歸納演繹，抽象學習。抽象學習是學生將所構建的圖像轉化為簡練文字或符號的過程。布魯納將這一過程置于學習的中心位置[，并強調學習的實質是知識結構化的過程。在教學中，教師首先引導學生根據具象學習和圖像學習獲取的知識，總結出簡練的文字規律：導熱快的物體為熱的良導體，導熱慢的物體為熱的不良導體。其次，教師需引導學生進行跨課時、跨單元、跨學科的遷移應用，形成相互關聯、貫通的知識體系。學生可利用圖像學習過程中形成的“水流”圖像遷移應用到具體案例中，如為什么在冬天用手摸金屬會感覺更涼？也可以進行跨單元的遷移應用，如將“水流”圖像應用到“電”單元學習中，學生發現可以將著不見的電流與水流進行類比，把小燈泡類比為水輪，水流流動驅動水輪轉動，相當于電流使小燈泡發光，內部管道粗的材質為導體等，從而將“熱”與“電”關聯起來。最后，教師組織學生厘清所學知識之間的邏輯關系，并以概念圖、思維導圖或表格等形式呈現，形成結構化知識體系。學生在不斷歸納與演繹過程中，將概念內化，從而落實學科核心素養目標。

3.單元作業課：靶向精練，提升學習

靶向練習旨在提升學習效率。傳統的單元作業中，學生往往需完成已經完全掌握的題目，造成資源和時間浪費。智適應學習系統能夠根據學生具體學情智能推薦多輪有針對性的單元作業題目，使學生在扎實掌握知識點的基礎上，進一步學會如何應用這些知識點。同時，教師可以利用智適應學習系統的“錯題本”功能模塊，智能整理并生成學生個人的錯題集。教師讓學生訂正錯題、分析錯題原因，并練習相同類型題目，從而有效消除易錯知識盲點，降低再次出錯的概率。如在“熱”單元中，許多學生在單元前測時對熱量的傳遞方向理解出現錯誤，便可在此階段接受智適應學習系統推送的針對性題目，反復練習，舉一反三，并在“錯題本”模塊建立個人錯題集，隨時翻看。等到徹底掌握后，系統便將這些錯題從錯題本中刪除，引入新的錯題。學生在此過程中得以逐一攻克薄弱知識點并不斷鞏固，最終實現全面掌握所學內容。

（三）單元教學后：學后反思，開展精準輔導

在單元學習結束后，教師可借助智適應學習系統，布置少量個性化課后作業，通過這些作業評價學生學習成效。根據分析結果，教師引導學生進行學后反思，思考出錯原因，并梳理整個單元的學習過程。同時，教師可根據學情報告精準開展學后輔導，助力學生核心素養整體提升。

1.智能分析，反思優化

在學生完成教師布置的題目后（包括重點題、易錯題、拓展題），智適應學習系統基于大數據分析技術生成AI智能測評報告，將學生答對的題目用綠色標注，答錯的題目用紅色標注。這樣，學生和教師都方便查看錯誤題目和解析。學生可以據此進行學后反思，如反思自己的想法和標準答案有何不同，有哪些相同點和不同點；學習“熱”這個新的科學概念后，對自己今后的生活有哪些影響；在本單元學習中，自己做得好的地方有哪些，需要改進的地方有哪些，從而為下一步教師的精準指導做好鋪墊。

2.精準輔導，多元反饋

借助智適應學習系統生成的測評報告，教師能夠深入了解學生知識掌握程度和素養發展狀況。教師可以據此更有針對性地開展一對一或一對多輔導，協助學生解決在單元學習中未能完全掌握的問題。如在“熱”單元中，智適應學習系統根據每位學生的作業情況，生成相應的學情報告，包括做題時長、錯題集中在單元的哪一個子課時等信息。一旦發現某學生對熱對流與熱輻射的概念內涵理解不到位，教師就可以有針對性地輔導，了解學生的思考過程，通過實驗探究建構正確認知，引導學生再次在系統上答題，查漏補缺，從而提升學生的學習水平和綜合素質。

筆者針對當前小學單元教學中存在的“統一化”問題，開展智適應學習系統支持的小學科學單元教學，設計了包含三個階段、七個環節的進階學習路徑與方法。結果表明，教師運用上述模式教學對激發學生學習興趣、發展科學思維、培養核心素養具有顯著促進作用。當然，受時間和樣本容量等限制，本研究還存在一些不足，例如需加強學生人機協同的培訓工作。此外，雖然智適應學習系統能夠根據學生的學習進度和理解能力提供個性化學習體驗，但它并不能完全替代教師在教育過程中的角色，教師也不應依賴智適應學習系統解決單元教學的所有問題。因此，教師在教學實踐中需營造良好的氛圍，為學生搭建各類學習支架，并留足時間供學生參與科學實驗。智適應學習系統支持下的單元教學本質上是一種人機協同課堂實踐，教師和學生需要轉換角色，并在學習實踐中不斷優化和完善。如何利用智能系統更有效地因材施教，還需要社會和學校等多方面不懈努力、共同探索。

參考文獻

[1][5]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準：2022年版[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]王成龍.智適應學習系統支持的精準教學模式構建與應用研究[J].上海教育科研，2023（11）：55-60.

[3]李玲芬．大單元視角下小學科學思維可視化教學探索［J]．中小學數字化教學，2024（7）：64-68.

[4][6][7]布魯納.布魯納教育論著選[M].邵瑞珍，張渭城，等譯，北京：人民教育出版社，1989.

（作者系浙江省杭州市賣魚橋小學教育集團教師）

責任編輯：祝元志