《东南西北》一课团队教研沙龙

科学课程标准将科学课程定义为一门体现科学本质的综合性基础课程，还特别强调了科学课程的实践性。课程标准理念的真正落地，依赖于能够体现理念的教材以及贯彻理念的教学。在《东南西北》一课教学中，北京市西城区金娜工作室对课程标准、教材、教学进行针对性的研讨，使团队中的每个人都有所收获。

关于教学分析

（王婷婷）课程标准将科学课程内容划分成13个学科核心概念，《东南西北》一课主要聚焦核心概念“物质的运动与相互作用”和“宇宙中的地球”，1～2年级的学习内容和内容要求如下：使用前后左右、东南西北、上下、远近等描述物体所处的位置和方向；观察并描述太阳每天在天空中东升西落的位置变化，初步学习根据太阳的位置辨认方向。

了解了课程标准中让我们“做什么”，再看看教材指导我们“怎样做”吧。

一年级“位置和方向”单元由《前后左右》《东南西北》《校园“寻宝”》三课组成。教材从根据太阳的位置辨认方向入手，力图帮助学生在多次、多空间辨别方向过程中找到并掌握辨认东南西北的方法，并通过户外实地观察和辨认，应用所学知识，解决实际生活中的问题，将科学与生活紧密联系，达到培养学生核心素养的目的。

试教之初，我们对区域内教师进行了调研：您在《东南西北》一课的教学中有哪些困惑，遇到了什么问题呢？

根据调研结果制作了词云图（如图1），词云图显示，教师的困惑大多集中在学生没有方向感、不知道怎么实践等。学生的情况又如何呢？

前测显示，一年级学生对于“前后左右”掌握得比较好，能够从平面及立体两个维度描述自己前后左右的景物，甚至可以转换视角进行描述。这源于生活中大量的经验以及数学课上的学习，在学生的脑海中，东南西北虽被称作方向，但多是指某四个点，说明他们还没有形成属于自己的空间感。

基于以上分析，我们将本课的关键词定为“实践”以及“空间感”。

关于试教与改进

（王婷婷）在本课教学中，如何凸显科学课程中的实践性，在有限的课堂时间内提质增效，帮助低年级学生逐步形成空间感呢？

（肖茜）这就要用到模型了。根据资料显示，一年级学生已经初步具备了抽象思维的能力，在这个阶段我们要帮助他们将动作思维、形象思维和抽象思维建立联系，而模型能很好地帮助他们进行理解与学习。我们用三个平面围住，形成了第一代教具（如图2）。这种模型不但可以排除一些无关因素，突出利用太阳辨认方向这一特点，还能根据教学要求使难以观察到的对象特征（三个时间点的太阳）清晰地呈现在学生面前，以满足他们的观察需要。

（王婷婷）第一代教具确实对学生形成空间感很有帮助，但是在教学实践中，我发现教具不够立体，例如太阳，我们是不是也能将它变成立体的呢？还有一点，因为围挡的存在，可视的范围比较小，会出现有人看不到的情况，低年级学生也容易发生争抢。有没有什么方法改进一下呢？

（殷晴）针对这个问题，我们对教具进行了改进，制作了第二代教具（如图3）。我们将太阳形态进行了改进，并且撤销围挡，同时，利用学校平面图配合着教具的使用。在试教中，我们又发现了新的问题：将教具立起来，视角也随着改变了，这会影响学生的判断。

（王婷婷）是的。一年级学生的空间感还没有建立，别看教具只是平放和竖放的区别，但是视角的频繁转换对他们来说容易混淆，会出现描述不清楚的现象。我们都知道语言是思维的外壳，表达不清说明学生的思维是混乱的。怎么能够帮助学生在交流过程中展示，并且是从他们的视角出发呢？

（马廷轩）这时候就要用到数字化手段了，我们在课堂上采用的是无线投屏的方式（如图4）。

无线投屏能在局域网环境或互联网下利用相关软件实现几乎无延迟的影像转播，将手机拍摄到的画面实时投放到大屏幕上。这样可以让学生在不移动教具的情况下进行展示，同时还能收录桌面上的物品等画面，让他们认识到画面中是平放在桌面上的立体模型，能与自己建构的模型在视角与方位上相对应，有效避免了传统实物投影或上台展示中出现的移动教具、视角转换的问题。

（王婷婷）教具的问题解决了，交流视角的问题也解决了，课堂教学的效率大大提高了，但是带学生外出进行实地观察时会出现携带不方便的现象，我们的教具有点重。

（殷晴）别担心，我们在室外准备了相同的教具，避免了不方便携带的问题（如图5）。

（肖茜）这个教具和室内那个有点不一样，上面放了学校建筑物的图片。

（殷晴）学生将学校的建筑物图片摆放在适当的位置，再一次建构了学校的立体模型。学生在应用模型的过程中，又一次提升了空间感。

（王婷婷）好办法！还有一个问题：阴天或下雨时无法观测太阳，有没有可以解决的方法呢？

（臧冬雨）查阅资料时我们发现，古代维京人曾使用太阳石确定太阳的位置。简单来说，利用了光通过碳酸钙晶体时产生的双折射现象，通过移动、旋转太阳石，当投射出的两个影像亮度相同时，太阳石指向的便是太阳的位置。

但课堂上这样做，一是会占用观察的时间，二是学生的观感不太好，还会将注意力转移到玩石头上。因此，我们放弃了这一方案。还有没有其他的方法可以帮助学生确定太阳的位置呢？

（马廷轩）可以继续应用数字化手段。我们找到了能够实时呈现天体位置的软件——星空漫步。这个软件能够通过定位系统和内置陀螺仪感知设备，显现实际太阳的位置（如图6）。在天气不佳的情况下，学生也可以直观感知。

不过，一年级学生在使用软件时存在如下问题：少数学生空间感较弱，难以将模拟画面中太阳的位置与实际环境相对应。为此，我们可以为学生开启软件中的AR功能，将太阳位置与实际摄像头拍摄到的景物相融合，让他们直观看到太阳与实景间的关系，助力他们初步建立空间感。

（臧冬雨）现在是早上，太阳在偏东方的位置，所以利用课上东南西北的排列规律，左面是北、右面是南、前面是东、后面是西。这样就可以分辨此时教室里的方位了。

（马廷轩）另外，这一软件除了太阳以外，还能实时呈现其他天体的位置，如行星、星座等。因此，在高年级的宇宙单元中也可以加以应用。

（臧冬雨）该软件操作界面对于一年级学生来说有点复杂，在试讲过程中，出现过学生误触屏幕导致界面变动需要教师复原的情况。我们可以尝试用手机与自拍杆组合的方式避免学生误触，但对于一年级学生来说设备较重，需要进一步优化。曾有教师想到过将手机或者平板电脑固定在密闭、透明的塑料盒中，在保证软件正常运行的情况下，最大限度保障学生的观感。经试讲，效果确实有很大提升。数字化手段也可以根据学生的特点与校园实际情况对教学方式进行实时调整、综合考虑后在课堂上加以应用。

（王婷婷）试讲中还发现一个问题：学生在摆放模型时，会将早晨、中午、傍晚的太阳模型摆在一条线上。这说明学生还没有形成立体空间感，我们有什么方法可以帮助他们感受真实的太阳在一天中的变化呢？

（马廷轩）太阳视运动是立体的：在北半球，太阳从东方升起后，在升高的同时向偏南方运动，正午前后到达偏南方。这一运动在平面的屏幕或图像中无法呈现，也就难以在课堂上帮助学生全面地感受这一过程。

因此，以初步建立空间感为目的，我们在教室中设置三块屏幕，分别放置在教室的东、南、西三个方向，模拟实际环境中三个方向的天空。呈现内容则可以朝向相应的三个方向，分别进行延时摄影，记录一天中太阳位置的变化并分别在对应的屏幕上加速播放。当拍摄条件有限时（学校周边有高楼遮挡等），也可以从网络上找到使用广角镜头拍摄的延时摄影画面，通过后期裁剪处理的方式，将偏东方、南方与偏西方分开，呈现近似的效果。

通过如图7所示的方法，教室中的三块屏幕同时亮起，太阳像在真正的天空中一样，从东面的屏幕上升起，一段时间后进入南方的屏幕，从偏南方划过，傍晚进入西方的屏幕，从西方落下。直观且立体地将太阳的三维运动呈现出来，帮助学生初步建立空间感。

（王婷婷）以上的教学是否有效呢？我们利用区域内研究成果——学习性评价量表对课堂教学的过程进行了评价，通过对学生的表现性评价，监测教学的有效性并实时调控教学。

（肖茜）我们使用学习性评价的目的是：在课堂教学中监控我们对教材的理解是否到位，能否把课程标准中的精神转化在实际的课堂教学中，促进学生的发展。学习性评价主要分为交流、操作、态度和记录四个维度，评价学生在课堂上不同的行为表现，每个维度又分为了初发展、发展中和提升期三个层次。

（殷晴）本节课对交流维度进行了评价。初发展——在教师指导下根据早、中、晚太阳的位置说出东南西北四个方向。发展中——通过比较，用不同方式表述东南西北的排列有规律。提升期——能够在类似空间中，利用太阳及方向规律辨别东南西北，并描述各方向上的事物。每个层级表示学生所能达到的具体行为表征。我们先看初发展阶段，如果学生能利用太阳的位置，说出东南西北四个方向，说明他已经到达了这个阶段。

（臧冬雨）学生在组内的哪些行为可以体现出他们到了发展中或者提升期的层级呢？

（殷晴）在第一课时，有的学生在判断方向时蹲下身子，把自己当作是模型中的小人，能够通过比较，用不同方式表述东南西北的排列有规律。在第二课时，教师可以带着学生到户外辨别方向。所有教学内容完成后，大部分学生能够在类似空间中，利用太阳及方向规律辨别东南西北，并描述各方向上的事物。

在整个单元教学中，依据评价标准对学生进行“教—学—评”一体化评价，这也是我们团队日常教研中一直在做的。

关于教学策略

（王婷婷）一系列有结构、有层次的立体模型的应用，让一年级学生接触到了利用模型解决科学问题的思维方法，能够初步感知到跨学科概念“系统与模型”。本课通过两次从实物到实物模型的转化（由太阳在天空中的位置到太阳位置模型，由在阳光下辨认方向到在太阳位置模型中辨认方向），力图帮助学生在头脑中形成辨别方向的思维模型。

教材在编排上十分注重学习进阶。对地球与宇宙领域各学段的教学内容进行梳理，可以发现教材搭建的空间能力培养模型。一年级的教学要力图帮助学生在实践中初步形成空间感，为中年级的空间感知力、高年级的空间想象力的培养奠定坚实的基础。

（马廷轩）实时投屏、延时摄影、多屏展示、软件助力，都是我们在将信息技术与科学教学深入融合过程中的新尝试，从一定程度上体现了教学方式的变革。数字化手段在课堂上不能仅作为呈现内容的工具，更应该让学生应用于实践之中。

（王婷婷）确实是，数字化手段不仅可以最大限度地提升课堂实效，帮助学生疏通实践、交流过程中的堵点，为概念建构、空间感形成助力，更重要的是可以开阔学生的视野，在他们心中埋下信息技术的“种子”，为高年级乃至初、高中的自主研究提供方法和借鉴，促进学习方式的变革。

在教育“双减”的大背景下，我们应该更加强调和重视教学质量，怎样在有限的课堂教学中做到提质增效？每次试讲时可以利用我区已有的研究成果——学习性评价体系，收集学生表现数据，通过对数据的分析，实时动态调控教学，改进、删减无效环节，着力提升课堂实效。

关于共识与总结

（王婷婷）本课的教学就是利用以上教学策略，围绕“方向辨别挑战赛”的游戏情境展开的。我们在设计的时候，充分考虑到了幼小衔接。一年级学生科学实践活动更应注重活动化、游戏化、综合化的特点，帮助他们产生科学兴趣，积极参与科学实践。在三个层次的实践、两次转化的牵引下，最终帮助学生在实践中逐步掌握辨别方向的方法。

（金娜）本课的教学研究任务已经阶段性完成，但我们的研究永远在路上，在科学实践中真正做到提质增效是我们未来一段时间研究的方向。我们也将在教学中持续落实课程标准、新教材理念，多实践，勤总结，为课程标准理念落地梳理出“西城经验”。

（工作室成员：王婷婷，北京小学；肖茜，北京雷锋小学；殷晴，北京市西城区育翔小学；马廷轩，北京市宣武师范学校附属第一小学；臧冬雨，北京市西城区育翔小学；金娜，北京市西城区教育研修学院）