数字化赋能小学科学高阶教学初探——以“光的反射①”为例

◎ 赵洁琼

一、问题提出

高阶教学是指在理解学科本质和学情基础上，引导学生在真实情境中经历建构知识并运用知识解决真实问题的互动过程，进而培育学生的核心素养，真正实现育人的目的。［1］在小学科学教学实践中，高阶教学仍然面临诸多挑战。

首先，教学目标设计渐受重视，但多聚焦于单课时，鲜少从单元整体视角出发，未能全面反映学生应具备的数字化能力，难以适应信息化社会的需求。其次，高阶教学实施中，既要确保每位学生都能积极参与，又要增加学生思维的深度，教师需巧妙平衡两者，以提升教学效果。再次，建构科学知识过程中，实验数据筛选如何确保质量、如何克服实验条件的限制与操作复杂度的影响，以及如何运用科学方法和结果解释问题等，都需要教师具备深厚专业素养，并借助现代技术应对。最后，高阶教学对活动评价提出了极高的要求，需要确保评价的公正性、全面性和一贯性，确保教学活动的有序进行和高效实施。

《义务教育科学课程标准（2022 年版）》（以下简称《2022 版课标》）明确要求，教师要促进信息技术与科学学习深度融合［2］，这为数字化赋能高阶教学指明清晰的方向。数字化技术以其直观性、便捷性和资源丰富等特点，为高阶教学实践赋能，助力更好地应对和克服这些难题。

二、研究思路

上海市松江区九亭第四小学科学教研组选取上海远东版《自然》中“光的反射”一课，尝试运用“情境-活动”课堂实践模式［3］，以数字化技术为引擎，探索高阶教学的实施路径与策略。

“情境-活动”课堂实践模式立足单元视角，运用数字化手段进行基于情境的数字课堂教学实践。其以数字化赋能科学探究各要素，引导学生在“情境”和“活动”中，经历“提出问题—作出假设—搜集证据—处理信息—解释问题—应用所学”等探究实践过程，提升学习效益。这与高阶教学的理念不谋而合，特别是在体现数字素养、提升活动参与度、强化数据使用度以及增强评价调控度等方面，两者更是相得益彰。实践应用这一模式，有助于推动小学科学高阶教学的创新发展，培养出更多具备数字素养和科学精神的新时代学生。

基于“情境-活动”课堂实践模式开展的小学高阶教学活动设计，专注于高阶教学的关键特征，涉及对教学目标的合理制定、活动设计的创新构建和数字工具的巧妙应用，以激发学生的高阶思维，形成有深度和价值的学习成果。重点关注高阶教学活动要素的数字化赋能，即目标的素养指向、活动的参与程度、数据的使用效度和评价的调控力度，如图1 所示。

图1 基于“情境-活动”课堂实践模式的小学高阶教学活动设计路径

三、教学实践

笔者以“光的反射”为切入点，深度整合数字化资源，为高阶教学活动各要素注入新动能，引导学生开展深度学习，注重用数据“说话”，培养高阶思维。

（一）立足单元视角，活动目标数字化

在教育数字化转型背景下，对目标的关注应立足单元整体，从局部走向整体，设计体现高阶教学要求的目标。

1.着眼单元视角，单元目标结构化

高阶教学是基于单元视角的课堂教学。教学目标制定应从宏观上确保各课时安排的整体性与结构性，以构建完整的教学框架；从微观上重视不同水平的学生需求，以提供针对性的教学支持。两者相辅相成，共同形成单元序列目标。

教师在设计“光”单元目标时，首先全面审视并重组单元教学内容，分析与小学关系密切的应用场景，进而明确单元的核心任务——“揭秘大自然中的光学‘小魔术’”。接着围绕核心任务，确定各课时的基本定位，从目标、学习水平、学习要点和关键要素等层面出发架构单元框架。在此基础上设置进阶性的教学目标，确保教学内容的深度与广度得到充分体现。

2.紧扣核心素养，活动目标数字化

高阶教学活动目标需要立足单元视角，也要紧扣核心素养，同时关注学生数字素养提升，通过整合数字化资源、增进数字化体验、增强数字化互动、实施数字化评价以及提升数字素养等多维度呈现。

教师在制定“光的反射①”一课的教学目标时（见表1），运用DIS 传感器、电子活动任务和“赛·课堂”数字教学系统等实现活动数字化，全面考虑科学观念、科学思维、探究实践和态度责任等维度，关注学生在活动中的数字意识、计算思维和数字化学习与创新等数字素养，制定具体、可操作的活动目标。

表1 “光的反射①”活动目标

（二）强化数字互动，促进深度学习

高阶教学要求运用数字技术助力教学，强化师生及生生间的互动，进一步提升学生的活动参与度。教师可从广度上赋能，确保所有学生都能积极参与到活动中；更要从深度上赋能，关注每个活动所蕴含的思维层次，引导学生深入思考。

1.明确规则意识，拓宽参与广度

教师运用数字化手段，设计阅读支架，通过视频形式帮助学生理解和掌握实验规则，确保每个学生都能在实验过程中明确自己的角色和责任，以达成合作学习的“形”“神”合一，让学生在高阶教学中获得实质性成长与进步。

以“光的反射①”一课中的“活动Ⅱ：探究不同物体表面反射光的本领”为例，学生观看实验操作规范视频和阅读表2 所示的合作分工细则，一方面确定组内岗位职责，明确实验分工和任务要求，促使每个学生找到自己的定位；另一方面明晰实验操作规范，结合学生自我思考和实验提示，使实验规则深入人心。通过双向结合的方式，发展学生的规则意识，确保在实验过程中明确分工和深入合作。

表2 “活动Ⅱ：探究不同物体表面反射光的本领”中合作分工细则

2.创设数字空间，提升思维深度

数字化赋能下的高阶教学更期望学生在轻松多元的数字空间中实现深度互动学习。为此，我们运用数字教学系统，为学生量身打造充满趣味与活力的数字学习空间。

在本课中，教师精心运用数字教学系统的“时间轴”和功能赋值菜单工具，灵活调控课堂节奏。一方面，设计如“绘图”“拍照”“对比”“选一选”等多样化学习活动，引导学生亲身参与并实时展示猜想和实验结果，运用科学证据进行分析，发展其科学思维和探究能力；另一方面，提供如“应用实例”和“原理解析”等数字学习资源，为学生自主学习和深入探究提供有力支持，帮助他们更深入地理解关于光的反射的科学知识，进而提升实践能力和科学素养。通过创设数字空间，打造出活力强、互动性高的数字化科学课堂，既让学生轻松探索光的反射现象，又提供展示和交流平台，促进深度合作与交流。

（三）关注数据价值，增强数据实证

数据价值不言而喻，不仅是科学结论形成的基础，更深刻体现了科学学习活动的价值。充分利用数字化手段，精心设计数字支架，构建完整的数据链，能使得数据“开口说话”，为科学探究提供有力支持。

1.构建完整数据链，用数据为科学发声

为确保实验数据的准确性和可靠性，需重点关注装置数据链的联通，基于完整的数据链证实科学真理。在“活动Ⅱ：探究不同物体表面反射光的本领”中，将光照度传感器、数字教学系统和自制光线反射盒三者联动，构建一个完整的数据采集和分析平台。光线反射盒负责模拟光的反射过程，光照度传感器则实时记录反射光线的强度等关键数据，而数字教学系统则将数据整合在一起，为学生提供直观、便捷的数据分析界面。如此操作降低了实验难度，提升了数据精度。通过分析全班各小组的汇总数据，可以得出更加准确、可靠、系统的结论。

2.构建数字脚手架，让数据智能表达

为引导学生主动建构知识，构建数字脚手架——组合式学习支架［4］，作为“数据”表达的重要手段。组合支架的协同运用，可以更全面地满足学生需求，让“数据”从“会开口”到“慧开口”，真正实现深度学习。

本课中运用数字教学系统构建如图2 所示的组合支架，涵盖设计支架、数据支架、阅读支架和评价支架等。如在“活动Ⅰ：认识光的反射现象”中，组合支架聚焦“学生活动”“结果展示”“师生分析”三要素，助力数据的智能表达，比如通过设计支架引导学生积极开展活动，用数字化方式表达猜想结果（光射到平面镜表面的传播路径），接着搭建实验装置并上传实验数据；数据支架直观呈现猜想结果和实验结果对比，其他活动支架的使用方式亦遵循此逻辑。

（四）即时性数字评价，精准调控教学

高阶教学活动中评价如影随形，贯穿始终。数字化赋能下的评价以其即时性、公正性和个性化的鲜明特性，实时绘制学生学习动态图谱，教师得以迅速洞察学生的学习进展，精准调控教学，确保教学航向始终指向学生核心素养的培育。

1.前置评价指标，为教与学导航

评价指标对教学活动起着关键的引领作用，不仅要涵盖学习习惯，更要触及核心要素与关键技能，即实验操作要点与目标达成状况等。活动伊始，评价指标先行，确保科学活动在明确目标的指引下有序展开。

以“活动Ⅱ：探究不同物体表面反射光的本领”为例，教师从科学思维、探究实践和态度责任三个维度构建学生自评评价指标。其中，“积极讨论，作出猜想”“分析现象，得出结论”“规范操作，科学实验”等评价要点，为学生勾勒出实验的完整脉络，从讨论到猜想，再到验证、分析和解释，每一环节都清晰可见；“合理分工，善于合作”则为学生在活动中的角色定位提供了明确指引。学生自评基于以上指标，助力其自主学习之路。教师评价则从“乐发言”“爱倾听”“会合作”等角度切入，从习惯到兴趣，全方位提出对学生的期望与要求。两者相辅相成，共同推动高阶教学的深入开展。

2.复盘数字报告，助学生反思提升

数字探究实践报告以其精准的数据分析和可视化呈现，为学生提供全面而细致的课堂学习反馈。通过阅读并复盘数字报告，学生洞察课堂学习全过程中的亮点与不足，进而促进深度反思与提升。

在本节课最后阶段，学生审视数字教学系统提供的小组数字探究实践报告，全面细致地评估自己在各项活动中的学习成效。同时，学生也可通过对比不同小组的学习数据，扬长避短，促进深入反思与自我提升。

四、实践成效

数字化赋能高阶教学，其成效较为显著。一方面，课堂从传统课堂的教师“板书+讲解”，发展为学生“平板+系统”的全新数字课堂。教师依托数字化教学系统，可以实现数字化的备课、授课与作业辅导，让教学延伸至课外、校外。另一方面，在数字化的互动空间中，活动具有多样性和趣味性，提高了学生的参与深度和广度，提升了其问题解决能力和高阶思维能力。

总之，数字化赋能的小学科学高阶教学既是机遇，又是挑战。教师要坚持以培养学生核心素养为目标，充分利用数字化转型的契机，为课堂注入新能量，为学生全面发展提供支撑，推动小学科学高阶教学迈向新高度。