季榮臻

摘要： 隨著社會的發(fā)展，計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用拓展了師生獲取資源的途徑。信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)高度融合，既是全面實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，又是實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的途徑和方法。小學(xué)科學(xué)教師針對不同的課程，運(yùn)用多媒體、虛擬實(shí)驗(yàn)、傳感器等信息技術(shù)優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)、方式與過程，有利于提高教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)“意義理解”的教育教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù);小學(xué)科學(xué);數(shù)字化教學(xué)

在信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，數(shù)字化的資源與技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。“互聯(lián)網(wǎng)+”和“智能化”時(shí)代，小學(xué)科學(xué)教師需要研究如何將硬件采集設(shè)備和軟件處理系統(tǒng)引入小學(xué)科學(xué)的探究式教學(xué)中，使信息技術(shù)與傳統(tǒng)的教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合，采用更為科學(xué)、高效的方法優(yōu)化小學(xué)科學(xué)課堂上學(xué)與教的生態(tài)，提高學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)的能力、細(xì)致全面的觀察能力與合理判斷實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力，使學(xué)生更好地理解學(xué)習(xí)的意義和價(jià)值。

一、善用多媒體，優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)

目前，利用信息技術(shù)輔助教學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代教育的主要方式，教師利用形、色、聲、情等表現(xiàn)手段，可創(chuàng)設(shè)形象、生動、直觀的情境和輕松愉悅的環(huán)境^[1]。

（一）優(yōu)化教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

對于一些科學(xué)知識，學(xué)生僅通過閱讀文字或圖片是難以理解的。教師僅靠“一本書、一張嘴”教學(xué)，很難讓學(xué)生對科學(xué)產(chǎn)生興趣，因此，有必要利用多媒體技術(shù)創(chuàng)設(shè)適宜的教學(xué)情境。

教師在教學(xué)過程中，針對教學(xué)內(nèi)容選擇合適的音頻、視頻、動畫等進(jìn)行演示，不僅可以吸引學(xué)生的注意力，而且能化靜為動、化無聲為有聲、化抽象為形象、化“不可見”為“看得見”，以最直觀的感受引發(fā)學(xué)生思考，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的積極性，讓課堂教學(xué)充滿活力。例如，對于“連續(xù)觀測一杯熱水的降溫過程”的探究活動，傳統(tǒng)的教學(xué)方法一般是教師讓學(xué)生用普通的水溫計(jì)測量、記錄數(shù)據(jù)，每隔1分鐘讀數(shù)記錄1次水溫，然后基于畫曲線圖整理、分析數(shù)據(jù)。這樣教學(xué)，學(xué)生花了大量時(shí)間進(jìn)行測量、分析，但收集的數(shù)據(jù)誤差很大。筆者在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上用溫度傳感器展示學(xué)生探究的過程，體現(xiàn)了數(shù)據(jù)測量的便捷性和精準(zhǔn)性。數(shù)字化軟件實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，自動生成動態(tài)圖表，有利于學(xué)生將思維聚焦到探究水溫的變化規(guī)律上。學(xué)生利用新技術(shù)在新情境下開展實(shí)驗(yàn)探究活動，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清晰可見，知識難點(diǎn)得以突破，學(xué)習(xí)更加高效。

（二）優(yōu)化教學(xué)時(shí)間，提高學(xué)習(xí)效率

信息集成是多媒體的主要特征之一。教師可以利用動畫軟件和幻燈片等工具對文本、聲音、圖像、視頻等素材進(jìn)行綜合處理，制作成精美的教學(xué)課件。教師借助這些資源和手段，可以將一些傳統(tǒng)教學(xué)模式中持續(xù)時(shí)間短，只能呈現(xiàn)最終結(jié)果而無法讓學(xué)生觀察到實(shí)驗(yàn)過程中的細(xì)節(jié)與現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程重現(xiàn)，如“聲音的產(chǎn)生”和“傳播的探究”;可以將學(xué)生只能進(jìn)行初始的操作而無法在課堂上獲得即時(shí)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容“濃縮”到相應(yīng)的課時(shí)內(nèi)，隨堂展現(xiàn)，縮短實(shí)驗(yàn)周期，同時(shí)減少教學(xué)過程的板書時(shí)間，如“種子發(fā)芽條件”和“鐵釘生銹原因的探究”。教師合理利用多媒體信息集成優(yōu)勢，可以幫助學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)獲取更多的信息^[2]。此外，多媒體課件操作方便，內(nèi)容呈現(xiàn)形式靈活多樣，教師用其教學(xué)可充分調(diào)動學(xué)生主觀能動性，提高效率。

（三）優(yōu)化信息反饋，提高課堂評價(jià)有效性

科學(xué)探究離不開實(shí)驗(yàn)。教師讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)并親歷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程，能使其對科學(xué)知識理解更透徹。在此過程中，課堂實(shí)驗(yàn)記錄單的運(yùn)用尤為重要，做好這項(xiàng)工作不僅能提高學(xué)生的邏輯思維能力，而且能幫助學(xué)生提高操作能力。教師應(yīng)對學(xué)生記錄情況進(jìn)行及時(shí)反饋與評價(jià)。

傳統(tǒng)教學(xué)模式下，師生交流方式較為單一：教師請個(gè)別學(xué)生發(fā)言匯報(bào)，對其進(jìn)行點(diǎn)評。這樣的反饋互動存在明顯弊端：其余學(xué)生參與率低，注意力容易轉(zhuǎn)移，沒有及時(shí)關(guān)注他人的發(fā)言及教師的點(diǎn)評。實(shí)際上，學(xué)生的記錄不可能千篇一律，如果反饋不及時(shí)或者不充分，就無法達(dá)到教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生交換信息的目的，教師的評價(jià)也缺乏“說服力”?，F(xiàn)在，教師可以利用數(shù)字化的交流平臺，及時(shí)將各組學(xué)生的記錄單完整地展現(xiàn)出來，以便相互交流。教師對學(xué)生記錄內(nèi)容進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決，增進(jìn)師生互動，提高課堂評價(jià)有效性。例如，在“電路暗箱”的教學(xué)中，教師讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)并制作電路暗箱，小組之間通過交換電路暗箱來互相“解暗箱”;教師利用云記錄單記錄檢測過程及結(jié)果，使“解暗箱”的過程可視化，實(shí)現(xiàn)電路內(nèi)部情況和外顯現(xiàn)象“互動”;教師借助軟件，實(shí)現(xiàn)小組之間的數(shù)據(jù)互傳，達(dá)到“互檢”的效果。專業(yè)軟件與教師端、學(xué)生端的系統(tǒng)運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)了班級數(shù)據(jù)共享，使學(xué)生個(gè)體加工、集體研討的評價(jià)過程無縫銜接。

二、巧用虛擬實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化教學(xué)方式

探究式教學(xué)是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的重要方式之一，它可以幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)理論知識。但在教學(xué)過程中，受探究資源及環(huán)境影響，部分探究活動停留在表層，無法達(dá)到教師預(yù)期效果。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)給學(xué)生的視覺感受大多是平面的、單一的。對于一些實(shí)驗(yàn)，教師播放視頻或演示課件，顯然是不夠的，需要利用虛擬仿真技術(shù)模擬營造富有真實(shí)感、交互式體驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)場景。學(xué)生借助計(jì)算機(jī)軟件，在虛擬的環(huán)境中模擬實(shí)驗(yàn)操作、體驗(yàn)交互過程，通過自主操作，從而理解、掌握科學(xué)知識^[3]。例如，在教學(xué)“肺和呼吸”時(shí)，教師使用矩道3D虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件來輔助教學(xué)。學(xué)生調(diào)用該軟件中的3D人體模型，可以直觀地看到肺在人體中的準(zhǔn)確位置，以及呼吸過程中肺的運(yùn)動狀態(tài)。

不僅如此，學(xué)生還可以使用軟件中的“拆分”功能，詳細(xì)了解組成呼吸系統(tǒng)的主要器官，如鼻、喉、氣管、肺等器官，并點(diǎn)擊各個(gè)器官，深入了解其形態(tài)及結(jié)構(gòu)（如圖1）。在3D模型的演繹下，復(fù)雜的人體結(jié)構(gòu)變得鮮活有趣，再加上教師對各器官功能的講解，學(xué)生對知識理解更透徹，記憶更深刻。

實(shí)踐表明，虛擬實(shí)驗(yàn)室輔助教學(xué)較好地化解了部分實(shí)驗(yàn)“教師難教，學(xué)生難學(xué)”的難題，虛擬實(shí)驗(yàn)效果等價(jià)于甚至優(yōu)于真實(shí)實(shí)驗(yàn)效果。

三、妙用傳感器，優(yōu)化教學(xué)過程

（一）教學(xué)儀器的升級

傳統(tǒng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，受實(shí)驗(yàn)器材等限制，教師只能開展一些簡單的定性描述和推理實(shí)驗(yàn)活動，定量實(shí)驗(yàn)很難開展。即便開展，也存在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差大等問題，實(shí)驗(yàn)效果很難達(dá)到預(yù)期。如今，數(shù)字化傳感器的應(yīng)用為定量實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造了條件。傳感器具有智能、靈敏、精確度高等特性。學(xué)生在探究實(shí)驗(yàn)中巧妙利用傳感器，可以使數(shù)據(jù)更精確，讓實(shí)驗(yàn)結(jié)論更有“說服力”，從而降低實(shí)驗(yàn)難度，提高實(shí)驗(yàn)效率。

例如，小學(xué)生對聲音的大小和高低這兩個(gè)概念很容易混淆，很多學(xué)生誤認(rèn)為聲音越大音調(diào)越高。在教學(xué)“聲音”這一內(nèi)容時(shí)，教師利用聲波/聲級傳感器可以直接檢測到整個(gè)聲音的衰減過程，并且在計(jì)算機(jī)上通過“聲紋識別”清晰地呈現(xiàn)這一過程。傳感器技術(shù)的應(yīng)用使看不見的“波”變成直觀的曲線，以動態(tài)圖的形式建立數(shù)形關(guān)系，方便學(xué)生透過現(xiàn)象認(rèn)識本質(zhì)，減輕了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。

教師利用傳感器技術(shù)替代傳統(tǒng)的測量儀器來完成力、聲、光、電、熱、磁等多種數(shù)據(jù)的采集，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會將無法直接觀察到的物理量轉(zhuǎn)化為可見的物理量，間接觀察可使科學(xué)探究更規(guī)范、更科學(xué)、更生動、更有效。

（二）智能移動終端App的調(diào)用

信息化時(shí)代，智能移動終端已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡墓ぞ?，如智能手機(jī)、平板電腦等，它是集通信、網(wǎng)絡(luò)訪問、智能控制、媒體播放、計(jì)算服務(wù)于一體的智能設(shè)備。目前，絕大多數(shù)平板電腦或智能手機(jī)中載有重力加速度傳感器、光敏傳感器、GPS接收傳感器、磁力傳感器、聲音傳感器、溫度傳感器等。基于此，滿足不同人群的不同需求的App應(yīng)運(yùn)而生。教師選用合適的App開展科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，不僅能增強(qiáng)課堂趣味性，而且能有效提升學(xué)生的體驗(yàn)感。

例如，在教學(xué)“看星座”時(shí)，教師使用“Star Walk2”App就起到很好的輔助作用。教師使用該軟件根據(jù)需要選擇不同視角觀察指定的星座，利用手機(jī)中的磁力傳感器匹配到學(xué)生上方的天空，讓學(xué)生觀察該區(qū)域內(nèi)的星座，將畫面投射到教室墻面上，給學(xué)生以身臨其境的感覺，增強(qiáng)體驗(yàn)感。除此之外，該應(yīng)用中還含有Sky Live功能模塊。教師使用該功能可以讓學(xué)生精確了解當(dāng)日的日落時(shí)間、月相以及太陽系行星的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，優(yōu)化“探索宇宙”單元所有教學(xué)內(nèi)容。

四、綜合運(yùn)用信息技術(shù)，優(yōu)化項(xiàng)目教學(xué)

小學(xué)科學(xué)是一門具有科學(xué)性、實(shí)踐性的綜合課程。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)知識與生活中的實(shí)際問題結(jié)合起來創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)。學(xué)生親身體驗(yàn)探究過程、及時(shí)獲取第一手資料尤為重要。傳統(tǒng)的探究教學(xué)不夠直觀形象，加之實(shí)踐活動往往受多種因素制約，故教學(xué)效果不理想。教師利用信息技術(shù)開展小學(xué)科學(xué)項(xiàng)目教學(xué)，能取得較好的效果。

（一）“感知生長”項(xiàng)目教學(xué)

教師利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展“感知生長”實(shí)踐活動，與學(xué)生共同開啟了“動物養(yǎng)殖”和“植物種植”之旅。為滿足“感知生長”項(xiàng)目教學(xué)的需求，學(xué)校建立了微型數(shù)字化“農(nóng)博園”系統(tǒng)，構(gòu)建數(shù)字化種養(yǎng)植環(huán)境，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測某種植物或動物的生長情況，動態(tài)實(shí)時(shí)采集相關(guān)參數(shù)、動植物生長的階段性照片等信息。教師綜合應(yīng)用傳感技術(shù)、云技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用傳統(tǒng)教學(xué)與數(shù)字化教學(xué)相結(jié)合的方式教學(xué)，讓學(xué)生承擔(dān)種植養(yǎng)殖探究任務(wù)，在科學(xué)探究和實(shí)踐的過程深入學(xué)習(xí)動植物生長知識，掌握觀察、比較、分析、綜合等科學(xué)方法，提高科學(xué)綜合素養(yǎng)。

以“植物種植”為例，在學(xué)生初學(xué)種植時(shí)，教師先示范再要求學(xué)生獨(dú)立完成播種和幼苗移栽任務(wù)，以此培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作的習(xí)慣，鍛煉他們獨(dú)立完成任務(wù)的能力。隨后，在每次實(shí)踐課中，學(xué)生認(rèn)真觀察植株的生長變化情況，主動參與人工澆灌、施肥、除草等田間勞作。切實(shí)的農(nóng)耕勞作讓學(xué)生更加親近自然，體驗(yàn)農(nóng)耕的辛苦;物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)的學(xué)習(xí)增進(jìn)了他們對新科技的了解，體驗(yàn)信息技術(shù)為生活帶來的便利?！案兄L”基地?cái)?shù)字化系統(tǒng)包括視像監(jiān)控系統(tǒng)、氣象系統(tǒng)、土地監(jiān)測系統(tǒng)及澆灌控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用各種傳感器測得數(shù)據(jù)，再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給后臺控制子系統(tǒng)。學(xué)生利用“感知生長”App便可以通過移動終端或個(gè)人計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程觀測植物生長情況。從教師帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識設(shè)備及傳感器，到閱讀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，最后再到學(xué)生獨(dú)立操作，全程都有信息技術(shù)的加持。每天學(xué)生按時(shí)通過智能手機(jī)在“感知生長”App中對農(nóng)場環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包括土壤溫濕度、大氣壓力、二氧化碳含量等。學(xué)生根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)開啟遠(yuǎn)程澆灌系統(tǒng)，為植株補(bǔ)充水分。除此之外，“感知生長”App支持不同學(xué)校之間的資源共享。教師在App內(nèi)為學(xué)生設(shè)置了多個(gè)活動項(xiàng)目，讓學(xué)生根據(jù)觀察情況在各項(xiàng)目內(nèi)寫下每次的活動記錄或觀察日志。

（二）STEM項(xiàng)目教學(xué)

近年來，信息技術(shù)已經(jīng)成為轉(zhuǎn)換、整合、優(yōu)化教學(xué)方式的強(qiáng)大工具。特別是在STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，信息技術(shù)可以融入科學(xué)探究、 方案設(shè)計(jì)、 模型建構(gòu)、互動交流、反饋評價(jià)等學(xué)習(xí)過程中，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)方式從傳統(tǒng)的“聽講—任務(wù)—練習(xí)”的模式向“情景—探索—遷移”的模式轉(zhuǎn)變，有利于學(xué)生對科學(xué)知識的深度理解和遷移轉(zhuǎn)化。

在“建橋梁”STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，教師利用信息技術(shù)整合多種學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生與集仿真情景、 數(shù)字模型、 虛擬測試、 迭代設(shè)計(jì)于一體的“做橋吧”（“Bridge It”）游戲軟件和數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺進(jìn)行交互式學(xué)習(xí)。

“Bridge It”是一款橋梁制作與載重測試的游戲軟件，游戲環(huán)境有沙漠和森林，支持玩家選材建橋，考驗(yàn)玩家在戰(zhàn)略與多種類型的橋梁工程設(shè)計(jì)方面的能力。當(dāng)橋建好后，系統(tǒng)啟動程序，讓旅客列車、重載貨車和橋下的船只通行，用以檢驗(yàn)橋梁設(shè)計(jì)水平與穩(wěn)固程度。隨著車輛的行駛（如圖2），橋梁的不同組件開始變色，玩家會看到張力與壓力是怎樣“實(shí)時(shí)”變化的：綠色表示沒有受到大的應(yīng)力（張力或壓力），紅色表示組件即將損毀。游戲的智能評分系統(tǒng)會對玩家的建橋水平打分，包括設(shè)計(jì)和成本等方面。學(xué)生在“Bridge It”虛擬建橋活動中，通過數(shù)字化協(xié)作平臺互動交流，認(rèn)識了常見的橋梁類型及其特點(diǎn)，意識到要在目標(biāo)情境中建造適合的橋梁需要考慮橋的功能、橋梁類型、選材、選址等因素，不斷完善自己的設(shè)計(jì)方案，再制作實(shí)體模型，借助數(shù)字化傳感器進(jìn)行測試，再迭代改進(jìn)……學(xué)生在信息技術(shù)支持下參與STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動，學(xué)會了輸出觀點(diǎn)，掌握了系統(tǒng)化的工藝流程、科學(xué)實(shí)驗(yàn)與測試的知識以及科學(xué)論證與評估的方法。

信息技術(shù)與小學(xué)科學(xué)教學(xué)有機(jī)融合，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的“缺失”。學(xué)生利用信息技術(shù)開展科學(xué)學(xué)習(xí)，能夠更好地掌握分析、綜合、推理、判斷等思維方法，深化對知識的理解并將其應(yīng)用于新的問題情境中。在信息技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代，科學(xué)教師要對數(shù)字化手段做深入分析，敢于嘗試，讓數(shù)字化教學(xué)在科學(xué)課中發(fā)揮獨(dú)特的作用，達(dá)成知識掌握、意義建構(gòu)和知識遷移這三大目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生的“意義理解”，提升科學(xué)課堂教學(xué)的品位。

注：本文系江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十三期立項(xiàng)課題“指向‘意義理解的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)研究”（編號：2019JK13-L05）的階段性研究成果。

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（作者系江蘇省無錫市教育科學(xué)研究院教研員、高級教師，無錫市小學(xué)科學(xué)學(xué)科帶頭人）

責(zé)任編輯：祝元志