信息技术环境下培养中小学生科学精神的四个策略

李万峰 _ 北京市通州区次渠中学 史鹏越 闫月 _ 北京市通州区教师研修中心

“科学精神”作为中国学生发展核心素养六大核心素养之一，在培养学生独立精神、提高学生创新素质能力等方面发挥着关键作用。中国学生发展核心素养中对科学精神的解释为:“主要是学生在学习、理解、运用科学知识和技能等方面所形成的价值标准、思维方式和行为表现。具体包括理性思维、批判质疑、勇于探究等基本要点。”在细化“科学精神”表现维度中，大量的文献并没有对其进行可操作的分析，我们参考《科学精神：创新驱动的核心》一书中对科学精神的解读，最终形成了中小学科学精神的8个维度：理性精神、崇实精神、探索精神、察微精神、质疑精神、进取精神、创新精神和奉献精神。

《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010—2020年）》中明确提出:“信息技术对教育发展有革命性影响，必须高度重视。”网络、平台、资源等多种信息技术能够突破时空局限，为学生创设虚拟学习空间、提供海量资源，给予他们更多的自由选择和探索空间，为培养学生“科学精神”提供了探索的环境和丰富的资源。那么，如何在信息技术环境下培养中小学生“科学精神”呢？

1.数据分析与信息化实证，提升学生理性和探索的科学精神

多国在制定科学教育标准中都强调了“证据”意识，即学生在解决探究问题过程中的依据，它可能由实验数据构成，也可能由报告数据组成。美国1996年的《国家科学教育标准》指出，科学解释包括用批判性和逻辑性思维思考证据和解释之间的关系。围绕问题搜寻“证据”的过程，是培养学生探索精神，鼓励学生利用“证据”去分析解决实际问题的过程。

然而在日常教学过程中，由于环境、空间的限制，学生很难经历搜集“证据”的过程。随着信息技术的发展，网络技术、虚拟技术为学生学习创设了更加真实、丰富的环境。搜索引擎解决了大部分“是什么”“为什么”的问题，各类传感器、模拟器帮助学生收集与生成多种的实验数据，计算工具能将数据进一步整合、分析，帮助学生发现相关规律等。

在具体实践中，一方面，通过课堂教学不断为学生创设收集“证据”解决问题的任务；另一方面，在学生的日常生活学习中，鼓励他们利用“证据”去解决问题。例如，两个小学生在郊游的路上发现两只蜗牛，一只蜗牛外壳的螺纹顺时针旋转，另一只逆时针旋转，它们都紧紧地贴在长满青苔的石头上，很难将它们拿下来。这是什么原因呢？怎么寻找答案呢？在教师的指导下，两个学生的做法是：回家上网，搜索影响蜗牛外壳螺纹旋转方向的原因；通过物理拉力试验，测试蜗牛的粘结力；通过化学实验，初步了解产生这种粘结力的物质的特征。由此可以看到，郊游的实践活动使他们发现了问题，互联网帮助他们找到了老师，计算机使他们能够利用信息技术来学习和研究，科学实验使他们学会了通过实证和数据来论证问题。

2.实物观摩与信息化实验，提升学生崇实和察微的科学精神

实物观摩与实验是学生认识和观察科学现象、通过实践掌握科学知识的有效手段，尤其对于抽象思维还没有完全形成的小学生及中学低年级学生，信息技术环境可以支持与拓宽学生观察的深度与广度。如某小学依托网络平台、微信公众号、科技社团等，开展了多项科学教育活动，逐渐形成了“学科学、用科学、爱科学”的教育氛围。

该学校以科学实验公众号为依托，定时发布学生做的各种奇妙又贴近生活的科学小实验视频。主题包括从书本上的实验到生活中老师和同学们观察的各种现象，实验视频是学生自己在家拍摄的，实验结构和步骤清晰，实验工具有序摆放，学生一边讲解一边按步骤做实验。如在“花青素变色”实验中，学生用生活中最常见的紫薯、大米、自来水、碱和食醋这些食材，利用电饭煲煮紫薯米粥，然后分别把它们放在三个杯子里，第一个杯子什么也不放，第二个杯子放碱，第三个杯子放醋，然后观察杯子的颜色变化，从而了解花青素这种物质的存在。

学生看到生活中的小问题或基于书本上的话题，进行动手实践，能够培养学生崇尚实际的精神；这些实验源于身边同学、书本知识和生活自然，所以更加贴近生活；这些微实验不仅可以帮助学生了解科学实验的过程，还可以让更多的学生亲自动手开展实验，发现和验证实验结果，从而调动学习的积极性。这种线上与线下相混合的学习方式，使科学教育更加丰富，不仅增强了学生对科学知识的兴趣，也培养了他们细致观察生活、追寻事物本质的科学精神。

该学校的科学实验公众号是利用信息技术培养学生科学精神的有效手段，这一做法也启发我们，在培养学生科学精神的过程中，要充分利用公众号、微信群、学校乃至区域统一学习网站或App，作为学生实践展示交流的平台。

3.工具整合与信息化检索，提升学生质疑与进取的科学精神

我们在学生调查中发现，除在校学习外，网络是学生获取科学知识最主要的途径。学生会通过科普视频、微课、线上中国科技馆等数字化资源了解科学知识；利用百度、谷歌等搜索引擎查询科学知识、解决不懂的科学问题；在公众号、美篇等互动平台中提出问题、发表见解；利用思维导图、图形计算器、NB物理等数字化认知工具梳理知识脉络、完成科学验证等。

在具体实践中，教师应善于利用学生的好奇心与进取心，引导他们借助网络资源与工具延伸课堂学习内容，发展个人爱好与兴趣。如在科技项目制作中，某历史小组在研究日本战国时期历史时，想做一张人物关系表，但是对“龟寿姬”的丈夫是谁存在两种说法，为解决这些疑问，学生只能继续搜索相关资料。在这个过程中，筛除掉无用的信息，对有价值的信息进行梳理归纳，构建相应的知识体系，也就是提升学生质疑与进取科学精神的过程。

4.科技校园与信息化设计，提升学生创新和奉献的科学精神

随着新课改的不断推进，学校开始不断丰富自身的课程体系，尤其是与科技相关的课程、项目、社团。这些新型课程与时代发展同步，大大激发了学生们的学习热情，对培养学生的科学精神有很大的帮助。一方面，内容的前瞻性需要学生进行创新的思考与实践；另一方面，团队协作的过程需要学生进行合理的分工与合作，处理个人与他人的关系，理解包容与奉献的精神。

为了推进科学精神教育，某中学将科技教育融入学校的课程体系，构建起科技教育与学科教育相互融合、相互促进的校本课程体系。各学科教师都参与到科技教育中来，在学科教学中渗透知识、方法、技能、思维等，自觉地进行科技教育，实现科技教育与学科教育的整合。学校结合基础学科，开发了科技教育的校本教材《科技点亮未来，智慧引领成长》；该教材以学生的年龄特点和兴趣爱好为出发点，以培养和发展学生的核心素养为宗旨，以培养科技人才为目标，从青少年人工智能编程、运动模型、建筑模型、综合技能机器人、鲸鱼机器人、未来工程师、天文地理七个方面，为学生精心设计了适合时代发展需要的内容，开启了精彩的科技探索之旅。学校根据自身发展和学生兴趣，开设了10个科技社团，包括青少年人工智能编程、机器人、未来工程师、生物科学、天文、建筑模型、航海模型、航空模型等，学生在社团中形成兴趣小组，在互帮互助中完成一个个作品；社团定期展示社员制作的科技创新作品，极大地激发了学生对科技创新的兴趣。

该学校从学科教学、课程、活动等方面为学生提供了体验科学的机会，将前沿信息技术融入教材与课程中，配以丰富的科学社团活动，让学生能系统、全面地感受科技，在团队合作中激发潜能，培养了其创新与奉献的科学精神。

通过实践发现，信息技术为学生的科学实践与探究活动创设了环境和条件，使学生亲身经历提出问题、设计研究方案、获得证据、解决问题的科学实践与创新过程。多种类的数字化资源与工具在不断拓宽学生的认知领域与思维方法，教师应善于利用信息技术，培养学生的综合素养，同时引导学生利用其正向作用，避免学生沉迷网络，荒废时光。