数字化转型：小学科学实验教学的新样态

徐思雨

【摘 要】随着教育数字化的深度发展，小学科学传统实验教学的问题逐渐显露，实验教学策略相对于信息技术的发展相对滞后与脱节。为推进实验教学的数字化革新，开拓小学科学实验教学的新局面，教师需要在信息化技术辅助手段的帮助下，按照教学的不同阶段——准备阶段、实施阶段和评价阶段，提出满足小学科学实验教学发展需要的数字化教学策略，并探讨其能否在小学科学实验课堂有效运用，推动小学科学实验教学向数字化、科学化、系统化的方向发展。

【关键词】数字化策略 实验教学 小学科学

《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出，小学科学课程是一门体现科学本质的综合性基础课程，具有实践性。并将“激发学习动机，加强探究实践”作为课程理念中的一个要点，倡导以探究和实践为主的多样化学习方式，让学生主动参与、动手动脑、积极体验，经历科学探究的过程。实验教学作为探究实践教学活动的形式之一，起到了助力学生了解和探索自然、获得科学知识、解决科学问题以及形成科学探究能力和自主学习能力的作用。

小学科学实验教学的现状：科学实验教学存在资源分布不均衡、实验教学内容缺乏创新性、教学方式单一、教学评价方法实效性低等问题；科学实验课堂存在学生参与度低、实验操作不规范、缺乏实验探究等问题，需要加强实验教学与生活实际的联系。

党的二十大报告提出将推进教育数字化作为重大战略决策部署，2022年教育部工作要点进一步强调实施教育数字化战略行动。笔者认为，这些行动指南为小学科学实验教学提供了明确的发展方向。作为一线小学科学教师，如何通过数字技术改善科学实验教学的现状，找到两者之间的着力点，并将其进行有效融合，让教育数字化有效助力实验教学？经过长时间的摸索与实践，笔者总结了如下实验教学策略。

一、教育数字化视域下小学科学实验教学的内涵及策略分析

（一）小学科学实验教学的含义及分类

小学科学实验教学是为了帮助学生获得新的知识和技能，提升科学探究能力的教学过程。在此过程中，教师需要充分引导学生调动已有知识和技能，利用现有实验器材和材料。

不同学段的小学科学实验学习在内容和学习要求上虽具有差异，但大致可分为“观察事物现象，通过应用基本科学方法，了解常见事物的基本特征”“设计对比实验，通过观察、分析、归纳实验数据，了解生活中事物的一般性质及常见事物发生的变化”和“开展模拟实验，通过类比、创新等思维应用，理解事物之间的关系和变化的原因”。

（二）明确教学主体的特征及关联

在小学科学实验教学中，学生的“学”和教师的“教”是相辅相成的有机整体，因此，明确两者的特征并找寻之间的关联，是提出有效教学策略的必经之路。

不同年龄阶段的儿童在心理发展特征和认知上略有差异，随着思维方式的转变，抽象思维和逻辑思维逐渐占主导地位，具体表现为小学阶段的儿童在活动的自主性和自觉性上不断增强、社会化及个性化水平不断提高。为顺应小学生科学核心素养的培养要求，教师应着重在科学实验教学中将学习者（学生）定位为合作者、探究者和自主发展者。

教师作为促进学生学习、研究课堂教育、参与课堂活动的主体，需为学生创设学习条件和机会，把握教学的节奏，灵活运用方法引导身处不同发展阶段的学生，帮助他们明确学习目标。

（三）小学科学实验教学数字化转型的策略及分析

在当前教育数字化背景下，学生在小学阶段之前已接触并使用过数字化产品，小学阶段信息科技课程的开设和基于数字技术的社团课程，为学生操作电脑、平板等电子产品打下了基础。同时，小学科学教师的信息技术应用水平也在不断提高，除了常用的PowerPoint、实物投影仪等教学媒体，也在尝试将希沃白板、平板、数字化探究实验系统等信息化技术辅助手段应用于教学。

如何在教育数字化背景下助力小学科学实验教学的进行？教学策略就显得尤为重要。针对教学策略，国内外教育学者有着不同的理解和概念界定，其中施良方、崔允漷指出，教学策略是教师为实现教学目标或教学意图所采取的一系列问题解决行为，并将有效教学划分为教学的准备阶段、教学的实施阶段与教学的评价阶段三个阶段。据此，小学科学实验教学策略也可分为准备阶段策略、实施阶段策略和评价阶段策略。

笔者认为，本文提出的实验教学策略是指在信息化技术辅助手段的辅助下，以学生为主体，结合不同学段的学生学习特点，按照教学的不同阶段设计教学。

1.准备阶段策略

准备阶段策略是指教师在实验教学开始前所采用的策略，包括撰写教学设计、准备实验教学材料、选择教学方式等，这一阶段应充分调查学生的前概念，准确定位学生的能力发展方向，并为实验活动设计易于突破教学重难点的支架。

比如，教师组织学生利用平板或者电脑填写课前自主性研究单，研究单内容应聚焦实验活动中的核心知识，且直指核心素养的四个方面，让学生在对学习内容有整体感知的基础上，调动他们的已有认知，并提供多种思考路径，让学生带着分享欲与自信心走进课堂。同时，教师可以通过线上回收研究单，快速、准确、实时地获取学生的填写情况，并借助Excel等信息化手段绘制出班级总体的前概念情况，设计突破教学重难点的支架，同时根据收集到的数据，基于“异质分组”原则划分研究小组，实现组内“互教互学”的伙伴学习。

2.实施阶段策略

实施阶段策略是指教师在实验活动的教学过程中为实现设定的教学目标所采用的策略，包含创设情境、设计实验方案、开展实验探究、分析得出结论等等。该阶段可根据实验活动的不同类型采用不同的教学开展方式，让学生能更细致、准确地掌握本课重难点，提升学生的核心素养。

比如，教师在组织无法真实体验的实验活动时，如观察火山的内部结构、探究大自然中地下水的形成、观察地球圈层结构等活动，可借助希沃白板、金陵微校等课程软件提供的模拟实验资源；又如，当教师组织需要长时间观察的实验活动时，可通过信息技术手段剪辑活动视频，在较短的时间内观察较长时间的现象变化；再如，教师组织学生分享、比较各小组的活动数据或模型，常规的投影展示只能显示原始数据或图形，无法为学生后续的分析归纳提供脚手架，这时可以通过Excel等软件整合数据，便于学生发现其中的规律。

3.评价阶段策略

评价阶段策略是指在教学之后，对教学过程和学生的学习情况作出判断的策略，包含学生自评、组内互评和教师评价等多维评价。这一阶段应让学生在检验本节课掌握情况的基础上，反思改进方式，为后续的学习提供源动力。

比如，教师在实验教学结束之前，可以通过平板扫码填写问卷，或是借助希沃白板、金陵微校等软件设计与实验内容相关的小游戏环节，帮助学生在巩固学习内容的基础上，带着较浓兴趣和较高热情完成评价环节。当然，还可以布置课后探究活动，借助校园平台进行分享，实现家校合力评价。

三、数字化策略助力小学科学实验教学的实践

（一）准备阶段策略的应用及分析

在开展苏教版科学三年级上册“认识固体”的实验教学之前，学生在低年级有过研究“石头”“水”和“空气”的基础，并形成了初步的“物质概念”和“物质意识”，但他们判断一个物体是固体还是液体时，往往会把自己熟悉的、具体的某一固体或液体作为标准，并不是一个完整的固体概念。

基于这样的学情，笔者设计了调查问卷，并让学生在课前通过平板扫码的方式进行填写：（1）请你判断以下物体是不是固体（纱巾、食用盐、面粉、沙子），并写一写你的判断依据。（2）你认为固体有什么特点？

问卷统计结果显示，学生填写问卷共计83份，有效问卷82份，结合问卷系统生成的分析图可以发现，在判断纱巾是不是固体时，91%的学生答案较为一致，认为纱巾不会流动，可以轻松地用手拿起，因此可以判断是固体。但在判断食用盐、面粉、沙子这些物体时，学生遇到了一些困难：（1）62%的学生认为食用盐是固体，虽然它由很多颗粒组成，但是细看其中的一个颗粒时，它不会流动并且是硬的；38%的学生认为食用盐不是固体，因为放在手里会流动；（2）70%的学生认为面粉的颗粒不会改变形状，可以判断为固体；30%的学生认为面粉太细腻了没有颗粒的感觉，风一吹就飘散了，因此认为其不是固体；（3）74%的学生凭借日常玩沙子的经验，认为沙子可以一粒一粒地拿起来，所以是固体；26%的学生认为沙子无法聚集在一起，没有固定的形状，因此认为其不是固体。根据以上统计数据可以发现，学生在判断一个物体是不是固体时，根据主要是这个物体是否由细小颗粒构成。

针对“你认为固体有什么特点”这一问题，问卷系统生成了词云图，大部分学生认为固体是硬的、不会流动、不会变化形状、不会碎或者是散开、可以数清颗粒的个数。结合学生对固体特点的总结，可以看出他们在判断物体是不是固体时，会以生活中已知晓或者确定的固体作为辅佐判断的依据，或者是在判断这种物体不符合气体或者液体的特点时，就认为其是固体。

根据前概念调查结果，可以发现学生在判断诸如纱巾、食用盐、面粉、沙子等物体是否属固体时存在一定的困难，主要原因在于学生对固体特征的认识不足，对固体的概念比较模糊。基于对前概念的调查和分析，笔者将本课的教学目标定为：能辨认生活中的常见固体，认识固体的性质；知道固体在外力的作用下可以改变原来的形状或大小，但固体的特性不变。重点为“认识固体有确定的形状、体积和质量”，难点为“根据实验活动，尝试归纳固体的共同特征”。在开展实验教学活动前，笔者会根据调查结果和“异质分组”的原则划分研究小组，保障后续小组讨论活动的有序进行。

（二）实施阶段策略的应用及分析

在苏教版科学五年级上册《热传导》一课的“探究热在热水、冷水、烧杯之间的传递过程与方向”活动中，学生通过预测试和实验测量获得了关于“冷、热水即时温度”的实验数据。但面对12个小组提供的复杂数据时，学生难以厘清冷水和热水在热传导过程中的温度变化规律，也没办法发现“多大规格的烧杯和多少毫升的冷、热水能在热传导的作用下快速得到两杯相同温度的水”。

借助Excel软件，学生将得到的实验数据录入教师提供的样表中，并根据视频教学插入复式折线统计图，如图1、图2。

借助复式折线统计图，学生能较清晰地看出热传导中冷、热水温度变化的大致趋势：冷水在升温的同时热水降温，两者的温度最终逐渐趋近。同时，根据小组之间的统计图走势，学生能发现：如第2小组的图示，两条线在8～9分钟的时候几乎重叠在一起，但第1小组的图示在13分钟时，冷、热水还有近6℃的温差，这可能和冷、热水的毫升数有关，并且学生根据这一现象预测在接下来的某一时刻，两者的温度会越来越接近，并在接近后一起慢慢降低。

（三）评价阶段策略的应用及分析

教师在苏教版科学四年级下册“养昆虫”实验教学的最后环节，布置了一项长期且连续性的观察作业：伴随蚕生长的不同阶段，每日进行观察记录，还需要有围绕观察对象的思考、预测、实验验证等记录，并定期在“校园圈”网络互动平台，上传本周最精彩的蚕宝宝观察日记。

借助网络平台的交流分享，学生不仅能在课后看到全年级同学的思考，还能搭建起家校之间的桥梁，实现实时的学生互评、家长点评和教师指导，帮助学生在交流评价中进一步完善自己的知识网络架构，在互助解决已有问题的过程中，不断发现新的问题，推进观察日记的丰富与完善。教师在此过程中积极回应学生在养蚕、完成观察日记中遇到的问题，每周定期汇总互动平台上的问题，并在课堂交流环节中开展研讨，指导学生解决，这样的方式有利于激发学生产生更多深层次的问题，更清晰地呈现出学生的思维发展过程。

三、反思及展望

教育数字化的深度发展，在一定程度上改变了教学的方式，一线教师也在为激发学生学习兴趣、提高教学活动质量，有意识、有目的地开发和利用各种科学课程资源。

笔者基于施良方、崔允漷提出的教学策略三个阶段，提出了小学科学实验教学策略的遵循原则和具体内容，并依据该策略对小学科学实验课教学开展了实验研究，呈现了多节实验课的数字化教学设计片段，希望本文提出的策略和实践研究能为小学一线科学教师提供一定的参考，也希望在教育数字化与小学科学实验教学的融合发展道路上，能有更多汇聚智慧和力量的实验教学案例，从而挖掘数字化实验教学策略的内涵和外延，推动教育数字化融入日常科学教学中，实现教育数字化发展的新突破。

【参考文献】

[1]裴蕾.小学科学实验教学现状调查及对策研究：以扬州市某区为例[D].扬州：扬州大学，2020.

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