技術賦能小學科學實踐作業的三維優化路徑

科學教師、特級教師、正高級教師，全國優秀教師，浙江省基礎教育課程改革專業指導委員會小學科學組成員。多年致力于小學科學課堂教學改革研究，作品獲浙江省一等獎兩次，獲評部級優課一次，示范課“沉浮與水位變化研究”2018年12月在全國展示。赴青海、四川、云南、貴州、湖南、湖北、江蘇等地作示范課或講座。發表論文數十篇，其中多篇獲獎。主張以信息技術賦能小學科學教育，構建“設計一實施—評價”三維優化模型，拓展作業內容廣度、強化過程指導效度、提升評價反饋精度，實現從知識本位向素養導向的轉型，促進學生科學觀念、思維能力和探究實踐能力的協同發展。

在“雙減”政策背景下，小學科學實踐作業面臨諸多挑戰，如形式單一、指導不足、評價薄弱等。如何通過學科實踐，激發學生的好奇心、想象力和探求欲？《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）等文件均強調實踐育人、數字化賦能科學教育的重要性，為小學科學實踐作業的優化提供了政策依據。筆者立足科學核心素養培育目標，構建了“設計一實施一評價”三維優化模型，基于數字資源整合拓展作業內容廣度，依托交互平臺強化過程指導效度，借助智能工具提升評價反饋精度。研究旨在探究單元主題式進階設計、支架式分層指導、多元主體協同評價等策略，實現作業內容從知識本位向素養導向轉型，實施方式從單向布置向雙向互動升級，評價體系從結果評定向過程促進轉變。以下將從優化設計、創新實施和重構評價三個方面展開論述，探索小學科學實踐作業的數字化賦能路徑。

一、優化設計：指向多維目標，拓展內容廣度

（一）素養立意，拓寬內容，豐富形式

作業的本質是學習活動，通過科學實踐作業實現深度學習，促進個體發展。其自標包括讓學生掌握核心課業內容，培養批判性思維以及解決問題、合作和有效溝通的能力，以及成為擁有學術研究心態的自主學習者。科學學習活動主要包括觀察、測量、觀測、實驗探究、模擬實驗、制作、體驗、調查、種植養殖、讀圖識圖、項目研究、科普劇等，一切學習活動皆可成為實踐作業形式。筆者基于多年教育實踐，將科學課外實踐作業的研發路徑概括為“一個核心、兩大主題、三種類型、N 種形式”（如圖1）。

我們圍繞科學核心素養，開發教材主題和自由主題活動課程，涵蓋科學探究、工程實踐、項目化綜合三種類型及多種形式的活動。教材主題活動是指結合教材內容，從單元視角出發，圍繞素養目標進行整體規劃，系統設計，依托進階式系列活動達成多維目標，幫助學生深度理解主題領域內核心概念、發展科學思維、提升探究實踐能力，樹立正確的科學態度和社會責任感。自由主題活動是指教師根據學生興趣特長或結合時令，讓學生自主研究生活中的問題或創造作品，尊重學生個性化發展需求，設計開放性活動，將實踐內容拓展至學生的周圍世界。主要有兩類：其一，教師定向，半開放活動；其二，內容自定，全開放活動。科學課程包括科學探究與工程實踐，科學課外實踐作業類型應當涵蓋這兩方面的活動，兩者沒有明顯界限，當學生圍繞一個主題開展系列探究，最后形成物化成果時，活動就發展成項自化學習。三種作業類型既獨立又相互關聯，可以根據學情，按目標設計。

圖1基于科學核心素養的小學科學實踐作業研發路徑

（二）借力生成式人工智能，創新設計，拓展學習

1.智能對話，助力設計

設計過程中，教師應主動思考能否借助數字技術與平臺助力教與學。利用生成式人工智能可以打開思路，設計更加豐富、有創意的、具時代性的實踐項目。例如，與“豆包”進行如下對話。

以發展學生科學素養為目的，結合數字平臺資源，以“能量”為主題，設計創新性、挑戰性科學實踐活動。

生成式人工智能迅速生成了“能量探索科學實踐活動方案”，活動目標明確，并提供“知識初探一項目策劃一項目實施一展示交流一總結反思”五個階段的活動流程。其中“創意能量項目策劃”建議學生自由分組，三四人為一組，使用在線協作工具（如騰訊文檔）共同討論，確定一個以“能量”為主題的創意實踐項目，如設計一個小型能量轉換裝置、制作能量科普動畫、編寫能量主題科普劇本等。“項目實施”就是圍繞上面的三個項目，分組合作，利用數字平臺、在線動畫制作軟件、石墨文檔等共同完成實踐作品。生成式人工智能設計帶來的啟示是：教育理念先進，將學生完全置于主體地位，在學生自主瀏覽天量與能量相關的數字資源后，以小組合作形式，自主設計創意實踐項目；充分利用數字技術賦能科學教育，高效實施項目，學習方式新穎，作品創造空間大。

2.人機結合，優化設計

生成式人工智能設計的活動方案不一定適合教學實際，需要師生基于學生認知水平，結合教材內容和目標，優化方案。例如，“制作能量科普動畫”、在線“編寫能量主題科普劇本”，學生數字技術水平達不到這樣的要求，可以改成制作能量主題繪本。要求：先提出你的觀點，再圍繞觀點，展開想象，用卡通簡圖加文字方式表達你的觀點，至少繪制4幅圖畫，將完成的作品拍攝成照片，制作成電子書，以演示文稿形式或PDF形式呈現。為幫助學生有效開展活動，教師可以為學生提供學習支架，如提供表現水在自然界中循環的“小水滴旅行記”繪本，作為參考。優化后的設計，既幫助學生通過活動深度理解“能量轉化”這一核心概念，又發展學生創造力、想象力，整合美術、語文、信息科技等學科開展跨學科學習。

3.整合技術，拓展學習

數字化學習與創新能力是未來公民的必備素養。教師在設計科學實踐作業時，應引領學生選用合適的數字設備、平臺和資源，有效地管理學習過程，開展探究性學習，創造性地解決問題。例如，為學生提供數字資源鏈接，推薦專業網站、學習App等，引領學生基于網絡學習，充分運用數字平臺豐富的資源拓展學習，走進數字世界，發展數字化能力、數字化意識、數字化思維等數字素養。以下以“能量”單元實踐活動設計為例，闡述以上過程。

（三）設計案例：教材主題—“能量”單元實踐活動設計

1.立足單元核心素養

“能量”單元的學科核心概念是“能的轉化與能量守恒”，跨學科概念涉及“物質與能量”“結構與功能”“系統與模型”“穩定與變化”等。學生通過本單元的學習，要知道能量的形式是多樣的，能量之間可以相互轉化。學生參與制作“電磁鐵”、電磁鐵南北極改變實驗、磁性強弱對比實驗、小電動機工作原理探索實驗等的學習活動，發展科學探究能力，理解核心概念。要實現上述目標，僅靠課內實踐是不夠的，需要圍繞目標，補充課外實踐。

2.進階設計實踐活動

課標提出“科學安排進階，形成有序結構”的課程理念，在單元實踐活動的設計中也需遵循學習進階理念，設計有層次性的結構性活動。一是學習內容由淺人深、由表及里、由易到難，二是學習活動從簡單到綜合。教師將教學內容和活動有機整合，規劃適合不同學段的、螺旋上升的課程目標和課程內容，設計適合不同學段的探究和實踐活動，形成有序遞進的課程結構。簡言之：以課程視角，學習進階理念，設計單元實踐作業（見表1）。

教師以單元視角整體規劃，將認知與解決問題能力、創新能力與創造力聯結起來，幫助學生在系列化實踐活動中實現深度學習。組織學生參與調查、瀏覽網頁等活動，積累經驗，將學習與生活關聯；在制作、實驗探究中加強體驗，發展理解，提升學生科學思維和探究實踐能力；引導學生在閱讀解釋、創造作品、創意表達中遷移應用，將知識轉化為綜合實踐能力。

（一）依托平臺實施

二、創新實施：關注個性發展，強化指導效度

有效實施是素養目標達成的關鍵環節。數字平臺作為新興的教育媒體，其應用改變了教育信息的傳播方式和途徑。教師可以借助數字平臺將科學實踐作業的要求、指導資料等信息快速、準確地傳遞給學生，學生也能利用平臺進行更廣泛的學習并及時反饋作業完成情況和遇到的問題。這種雙向的信息傳播模式，提高了教育信息的傳播效率和效果，也提高了實踐作業的實施效果（如圖2）。

表1“能量”單元進階式實踐作業設計

指導學生觀察現象，提出問題，尋找問題的答案，記錄自己的研究過程。此外還推薦專業App、小程序幫助學生學習，如“形色”“星空地圖”“懂鳥”“地質云”等。要強調的是：這些數字工具雖能提供重要參考，但為確保結論準確，仍需結合文獻資料比對或尋求專業人員協助。

圖2數字平臺支持下的小學科學實踐作業實施路徑

（2）個性化指導

對于學生提交在釘釘的作業，教師利用釘釘評語功能或直接通過電話對學生進行個性化指導，尤其是對有獨特興趣愛好的學生，為其定制個性化學習路徑和學習資源的適配推送。例如，有位學生特別喜歡昆蟲，自己制作了百余件昆蟲標本，在家喂養多種蟲子，還用西瓜蟲（鼠婦）喂養蝎子。教師鼓勵該生繼續研究，請他制作PPT向全班同學介紹自己的研究，包括不同昆蟲的名稱、特征、昆蟲標本的制作方法等，推薦家長關注公眾號“大城小蟲”，指導閱讀相關圖書。2024年暑假，該生參加了考察昆蟲的夏令營活動，接受更專業的指導，好奇心得到保護，興趣得到了更好培養。

1.平臺布置，示范引領

教師充分利用現有的數字交互平臺，如班級釘釘群、微信群、名師網絡工作室平臺等布置學習任務、提供數字化學習資源、數字工具與技術、微課程等，幫助學生明確學習目標、內容、方式。

2.基于網絡，學習實踐

在學習單及教師示范引領下，學生基于網絡自主學習，獲得更豐富的學習資源，走出教材、超越教師，通過學習、模仿、創造等活動，高效完成自己的實踐作業，經歷深度學習。例如，在制作簡易電動機的活動中，教師發送多個制作簡易電動機視頻二維碼，供學生學習參考，讓學生嘗試制作不同款式的小電動機，并拓展到其他能量轉換器的制作。

3.借助平臺，互動指導

（1）過程性指導

在活動實施過程中，教師通過班級微信群或釘釘群分享學生優秀作業或教師的實踐作業。例如，2024年端午節期間，教師分享清晨拍攝到的特別發現：結滿果子的紫葉李樹上，絲光椋鳥搶占白頭鵯的枝頭，并驅趕白頭鵯的場景。教師

4.數字表達，平臺分享

用數字方式記錄成果，如拍照、錄視頻或制作電子文檔或演示文稿等，以數字方式表達便于廣泛交流與分享，提高作品傳播率和可視性。在“訪鳥”活動中，學生利用雙休日去考察小區、公園或田野中的鳥類，拍攝下來，通過軟件識別它們是什么鳥，統計了春天在本地區生活的鳥類數量。學生作品通過釘釘提交作業后，教師在名師網絡工作室平臺建立專題資源“識鳥蟲”，分享學生考察成果，借助平臺，在更廣泛的范圍內交流分享。

（二）優化指導策略

1.支架導學

教師設計學習單并在數字平臺發布，為學生課外探究定向、導學。例如，開展“挖蚯蚓”活動旨在引導學生研究動物與環境的關系，觀察蚯蚓形態特征和生活習性。記錄單內容包括：拍攝蚯蚓生活環境，觀察并畫一條蚯蚓，標出身體結構，提出一個關于蚯蚓的問題并進行研究。例如：蚯蚓喜歡水（光）嗎？研究完成后，為蚯蚓建立棲息地并飼養它們。提示：蚯蚓的棲息環境要盡量與它原來的生活環境相同，要查閱資料了解“蚯蚓吃什么”來選擇食物等。導學單為學生提供引導和幫助，讓學生知道做什么、怎樣做。

2.教師示范

教師提前實踐，不僅以身教引領學生，而且能及早發現學生會遇到什么學習障礙、會有哪些發現等，就像備課一樣，既備學生（學習者）又備教材（學習內容），提高活動成效。例如，“做與眾不同的觀察者”利用周末記錄“特別發現”，這樣的科學探究類實踐作業要求學生觀察身邊的世界，動物行為、植物結構和形態、物質變化等，調動感官尋找不曾關注過的現象，記錄下來，并提出問題進行研究。記錄“特別發現”讓學生從知識消費者轉為知識發現者、創造者，這有一定難度，故教師率先垂范，首先成為探索者和知識構建者，做學生的學習伙伴和引領者。

3.同伴互學

來自同伴的學習成果更能吸引學生，及時分享優秀作品，鼓勵學生通過交流和合作來共同學習和提高。在“之江匯”名師網絡工作室平臺建立學生優秀作品“專題資源”，方便學生相互學習。

4.家校協同

為保證活動高效實施，教師需要動員家長協同工作，既讓家長理解活動的意義，又讓他們成為兒童活動實施的伙伴和支持者。其意義在于：① 安全保障，如“做個生態瓶”需要取自然水域中的水，關涉安全問題； ② 行動支持，如“認識幾種春天的野菜”在識野菜、采野菜、做菜肴，拍照、拍視頻上傳過程中都需要家長支持； ③ 情感支持，讓家長重視實踐作業，改變科學教育觀念。教師通過微信、釘釘或家長會等多種方式，讓家長認識到科學實踐作業是孩子經歷科學研究過程，對孩子的成長意義重大。例如，實踐作業“護冰行動”，教師實踐后發在微信群里的內容如下。

各位家長，“護冰行動”，希望孩子能夠真實地去做實驗，下面轉發我做的實驗及結果：放在大理石板上的冰塊大約25分鐘完全融化；放在塑料杯中的冰塊1小時6分時完全融化；冰塊裝入鼓起的塑料薄膜袋，再放入塑料杯（空氣保護），1小時26分時還沒完全融化。實驗會大大提高兒童認知，在給出的材料中空氣最能減緩熱傳遞，沙子導熱最快，冰藏在沙里最先融化。（附實驗圖片并標注時間）

教育是項集體行動，家校有著共同目標，理當制訂共同行動框架，攜手共進，助力成長。

（三）實施案例：自由主題一“做與眾不同的觀察者，寫特別發現”實施過程

2024年暑期，教師要求學生記錄5個“特別發現”，撰寫特別發現參考范例《蝦對環境的選擇》和《藍尾石龍子的食性》發布在班級群。教師發現養在整理箱里的小蝦總是附著在鯽魚的身上，作出“因為整理箱是白色的，小蝦選擇黑色環境作為棲息地和庇護所”的假設并驗證，將研究的過程寫成文章供學生學習，讓學生了解通過實驗方法尋找問題答案的科學研究方法。此外，教師在太姥山發現藍尾石龍子吃小藍尾石龍子的現象，撰寫“特別發現”，示范如何記錄觀察到的事實，提出科學問題“石龍子會吃幼體嗎”，查閱資料，分析、甄別信息，尋找可靠答案，展示了科學研究的另一種方法。在示范作品后，附上閱讀和寫作支架，幫助學生梳理信息，理解科學研究的過程。

教師示范大大提高作業質量，通過模仿，85% 以上的學生能獨立提出問題，并開展研究，得出初步結論，形成科學小論文雛形。創新與實踐能力弱的學生也能從閱讀教師的范例中加深對科學研究過程的理解。

三、重構評價：多元主體協同，提升反饋精度

傳統評價方式一般是學生提交作品，教師評定等第，學習活動就結束了。這樣的過程，評價沒有充分發揮育人功能。如何以評價為手段促進學生科學概念、科學思維、探究能力、情感態度價值觀的發展？筆者采用線上線下結合、量規引領、多元主體協同的評價方式可破解這一難題。

（一）量規評分導學

設計多維度量規表，明確各等級標準（如優秀／良好／需改進），以量規作為學習活動支架，引領學生向更高水平努力。例如，讓學生用測量袋自己測量肺活量，活動評價表見表2，教師通過量表指導學生正確操作，真實記錄，學會如何取值，采集準確、有效的數據，實施量表評價，避免了學生愛夸大自己肺活量的情況，幫助學生認識到科學測量要實事求是，培養求實精神。

表2“測量肺活量”活動評價表

教師還可以使用釘釘作業批改功能上傳量規表，對學生作品進行分項評分，并生成可視化數據。評價與指導結合，利用釘釘對話功能，可促進師生基于平臺互動。教師對學生作業提出指導意見，或轉發優秀作品供參考等，學生可以多次改進作品，實現以“評”促“學”。線下評價最常用的方法是將評價量表內嵌在活動記錄單里，制作一個指定磁性強弱的電磁鐵的“自我評價”，設計“目標達成度”和“調試時間”兩個維度的評分細則，這兩個維度評價能反映學生在探究過程中應用科學知識解決實際問題的能力。自我評價有助于學生進行自我反思，提高自主學習能力。學習單中也可以同時內嵌家長評價。教師設計好與學習目標相匹配的評價量表幫助學生與家長評價。同伴之間線下互評方法是：周一上學后，與同伴交換周末“特別發現”或實踐作品，學生自評星級、家長評星級，再由同伴評價。這樣的評價方式可以讓學生在互評中相互學習，同時也減輕教師的評價工作量。教師通過釘釘在線評價、個別指導、優秀作品分享等方式，及時反饋、激勵學生，起到促進發展的作用。

（二）平臺評價激趣

學生實踐成果以多種形式展示，如物化作品、PPT演講、小論文等，優秀實踐成果分享在“之江匯”網絡名師工作室平臺。教師在網絡工作室建設多個專題資源，如“學生科學觀察小報告”“‘學生自己學科學’實驗微視頻”等，讓學生成為網絡課程建設者，參與知識共享，從知識的接受者轉變為創造者。平臺有評價和分享功能，所有“游客”都可以對作品進行“點贊”“☆☆☆☆☆”質量評價，寫“推薦語”，可以將作品下載、收藏，還可以分享到QQ、微博、微信等平臺。教師開展多元評價，激發了學生的科學興趣，激發學生的創造力和實踐能力，同時也在網絡上建立了寶貴的專題資源庫，供其他學生學習參考。

科學實踐活動是學生重要的學習載體，它通過創新實踐作業內容與形式，依托數字平臺深化實踐實施，結合平臺功能實現“以評促學”。實踐表明，用好現有常規數字平臺、技術、工具，充分利用網絡資源，同樣可以為科學實踐作業注入創新活力，拓寬學生學習邊界，激發學生探究興趣，培養高階思維。未來，需進一步探索數字技術與科學實踐的深度融合，促進作業“設計一實施一評價”進一步優化，如構建高質量數字學習資源、開發智能化評價工具等。唯有持續推動“實踐育人”“作業育人”理念與數字技術的協同創新，方能更好地實現小學科學教育從“知識傳遞”向“素養生成”的轉型。