張懿

小學(xué)科學(xué)是以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)為要旨的基礎(chǔ)性課程?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）順應(yīng)當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展潮流，進(jìn)一步豐富和完善了“課程實(shí)施”部分的課程資源開(kāi)發(fā)與利用等內(nèi)容，明確指出科學(xué)教師要有選擇與組合課程資源的意識(shí)和能力，充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和資源、利用信息技術(shù)輔助手段促進(jìn)信息技術(shù)與科學(xué)學(xué)習(xí)深度融合，進(jìn)而推動(dòng)科學(xué)教學(xué)的有效進(jìn)行，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展[1]。小學(xué)科學(xué)“地球與宇宙”科學(xué)領(lǐng)域所研究的有關(guān)現(xiàn)象、事物和規(guī)律具有時(shí)間和空間的復(fù)雜性，教師開(kāi)展相關(guān)教學(xué)能有效發(fā)展學(xué)生的空間想象、邏輯思維、邏輯推理等能力。由于該領(lǐng)域內(nèi)容在教學(xué)方法、方式上，明顯有別于物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域，不能直接用研究對(duì)象做實(shí)驗(yàn)，而較成熟的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和儀器比較少，因此教學(xué)難度較大。第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）的誕生和應(yīng)用有望解決這一難題。5G是具有高速率、低時(shí)延和大連接特點(diǎn)的新一代寬帶移動(dòng)通信技術(shù)。5G正在引發(fā)教育教學(xué)變革，促進(jìn)全息技術(shù)、高清視頻的應(yīng)用以及VR、AR等教學(xué)形態(tài)的涌現(xiàn)。5G的應(yīng)用有利于學(xué)生調(diào)動(dòng)多個(gè)感官、通過(guò)多種媒介協(xié)同參與學(xué)習(xí)過(guò)程，促成其他技術(shù)手段在學(xué)習(xí)環(huán)境中的“超快獲取”“超多連接”“超強(qiáng)可靠”，可以有效改善一些新型數(shù)字資源需要從服務(wù)器端調(diào)用過(guò)大視頻、高清圖像以及復(fù)雜交互功能等所附帶的延遲、卡殼、低清晰度等狀況[2]?？茖W(xué)教師在5G環(huán)境下實(shí)施“地球與宇宙”教學(xué)，可以有效提高教學(xué)效率。下面，筆者以教科版科學(xué)六年級(jí)下冊(cè)“宇宙”單元“探索宇宙”為例，介紹在科學(xué)核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，5G如何助力小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)。

一、通過(guò)“VR+”獲取科學(xué)事實(shí)，形成科學(xué)觀念

科學(xué)觀念是科學(xué)學(xué)科本質(zhì)屬性的集中體現(xiàn)?？茖W(xué)觀念由科學(xué)概念發(fā)展形成而來(lái)，科學(xué)概念由科學(xué)事實(shí)概括抽象而來(lái)，因此科學(xué)觀念的形成離不開(kāi)科學(xué)事實(shí)的獲得。地球是太陽(yáng)系的一顆行星，也是目前人們認(rèn)識(shí)到的宇宙中唯一適合人類生存的天體。“地球與宇宙”科學(xué)領(lǐng)域知識(shí)是引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)自然的重要內(nèi)容，但宇宙天體多是宏大的且遙不可及，常態(tài)環(huán)境下教師讓學(xué)生親自感知、獲取相關(guān)科學(xué)事實(shí)是非常困難的。學(xué)生實(shí)際觀察的宇宙天體，除了造成日夜交替的太陽(yáng)、夜間的月相外，大概就只有夜晚漫天的星星了。宇宙到底有多大？它有怎樣的特點(diǎn)？對(duì)于“地球與宇宙”科學(xué)領(lǐng)域課程內(nèi)容，教師要充分利用5G強(qiáng)大的通信能力和VR等技術(shù)手段引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)體驗(yàn)、觀察、綜合與分析來(lái)獲取科學(xué)事實(shí)，進(jìn)而為學(xué)生形成正確的宇宙觀、自然觀、人地協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展觀奠定基礎(chǔ)。

教師講授“探索宇宙”時(shí)，不僅要指導(dǎo)學(xué)生利用VR技術(shù)探索宇宙，通過(guò)虛擬環(huán)境給學(xué)生以宇宙環(huán)境的沉浸感和畫(huà)面感，借助計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、運(yùn)動(dòng)覺(jué)等多種感知，在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維圖像中真切感受宇宙的特點(diǎn)，而且要引導(dǎo)學(xué)生從地球出發(fā)，由遠(yuǎn)及近地穿越地月系、太陽(yáng)系、銀河系等，在切身經(jīng)歷中逐步建立對(duì)宇宙中各天體系統(tǒng)及其關(guān)系的認(rèn)識(shí)。

VR技術(shù)的應(yīng)用為學(xué)生探索宇宙提供了便利。但在教學(xué)中，對(duì)于科學(xué)事實(shí)的獲取，教師不能只依賴VR技術(shù)讓學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)中獲得直觀感受，而要通過(guò)“VR+”的形式，將VR技術(shù)與超高清圖片、文字資料等其他教學(xué)資源相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生從獲取的大量科學(xué)事實(shí)中對(duì)其進(jìn)行科學(xué)概括，進(jìn)一步建構(gòu)和完善科學(xué)認(rèn)知。如在學(xué)生穿越宇宙后，教師可提供地月系、太陽(yáng)系、銀河系、河外星系、總星系、宇宙等各天體系統(tǒng)圖片，出示關(guān)于各天體系統(tǒng)的文字介紹。學(xué)生結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)中的“記憶”和文字信息，描述（辨別）圖片并指認(rèn)各天體系統(tǒng)名稱，了解各天體系統(tǒng)的特點(diǎn)，并用韋恩圖表示天體系統(tǒng)間的包含關(guān)系（如圖1）。

按照上述做法，教師使用VR技術(shù)創(chuàng)設(shè)虛擬宇宙環(huán)境，讓學(xué)生通過(guò)感官初步感受宇宙，了解各天體系統(tǒng)的關(guān)系;再通過(guò)“VR+”的形式，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生積累科學(xué)事實(shí)、進(jìn)行科學(xué)概括，在空間廣度和天體系統(tǒng)包含關(guān)系方面深化學(xué)生對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)。

二、基于數(shù)據(jù)分析建構(gòu)模型，培育科學(xué)思維

科學(xué)思維是適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展最重要的思維方式，《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生在學(xué)習(xí)中掌握基本的思維方法，具有初步的科學(xué)思維能力?？茖W(xué)思維方法包括分析與綜合、比較與分類、抽象與概括等，對(duì)“地球與宇宙”領(lǐng)域而言，學(xué)生要學(xué)會(huì)合理分析與綜合判斷各種信息、事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用證據(jù)與推理對(duì)研究的問(wèn)題進(jìn)行描述，理解模型、建構(gòu)模型。

如在探討“宇宙到底有多大”時(shí)，學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)中觀察到的情況與科學(xué)家用天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的結(jié)果頗為相似，并沒(méi)有看到宇宙邊緣。這時(shí)，教師可借助5G規(guī)避一些以往人機(jī)交互出現(xiàn)的延遲、卡殼等現(xiàn)象，通過(guò)云端數(shù)據(jù)庫(kù)依次出示日地距離、光速等資料：

日地距離平均值為14960萬(wàn)千米。

光的傳播速度約30萬(wàn)千米每秒。

銀河系直徑約10萬(wàn)光年。

光年就是光在一年中所走的距離，它是用來(lái)計(jì)量恒星間距離的單位。

學(xué)生使用平板電腦的計(jì)算功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算太陽(yáng)光照射到地球需要的時(shí)間、銀河系直徑的千米數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)宇宙進(jìn)行量化描述，用聯(lián)想與想象的思維方法建構(gòu)宇宙模型，理解宇宙的廣袤。

學(xué)生計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，用千米作為單位，銀河系直徑為300000 × 60 × 60 × 24 × 365 × 100000=946，080，000，000，000，000千米。學(xué)生感覺(jué)這個(gè)數(shù)字巨大，但缺乏實(shí)際的感官體驗(yàn)。教師順勢(shì)指出：如果繼續(xù)計(jì)算，還可以得出，如果乘坐飛行速度為800 km/h的飛機(jī)穿越銀河系，需要1350億年才能穿越，這個(gè)時(shí)間接近于地球現(xiàn)階段年齡的30倍。

云端數(shù)據(jù)庫(kù)收錄了部分科普著作片段，教師在課堂上出示這些資源時(shí)可以在5G助力下實(shí)現(xiàn)“超快獲取”。例如，學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)中觀察感受到宇宙的膨脹，質(zhì)問(wèn)“這種膨脹真實(shí)存在嗎”。此時(shí)，教師通過(guò)云端數(shù)據(jù)庫(kù)出示史蒂芬·霍金在《時(shí)間簡(jiǎn)史》中關(guān)于膨脹的宇宙的論述，讓學(xué)生明白宇宙的膨脹就如同在地表引燃火箭，如果它膨脹得相當(dāng)慢，引力就會(huì)使之最終停止膨脹然后開(kāi)始收縮，但是如果它以比某一臨界值更大的速度膨脹，引力則不足以使它停止膨脹，宇宙就會(huì)繼續(xù)膨脹下去[3]。教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合科學(xué)著作中的文本進(jìn)行分析與論證，解答學(xué)生的疑惑，啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家的思維方式。學(xué)生參與數(shù)據(jù)分析和文本分析活動(dòng)，有利于提高科學(xué)思維能力。

三、App檢索助力學(xué)生自主學(xué)習(xí)，促進(jìn)科學(xué)探究

探究既是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)、發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)的主要途徑，又是科學(xué)素養(yǎng)內(nèi)涵要求的關(guān)鍵能力之一。探究能力包括科學(xué)分析能力、技術(shù)與工程實(shí)踐能力、自主學(xué)習(xí)能力。不同領(lǐng)域、類型的課程內(nèi)容適用于或偏重于某些能力的培養(yǎng)。對(duì)于“地球與宇宙”領(lǐng)域中一些既不適合科學(xué)探究又不便于開(kāi)展技術(shù)與工程實(shí)踐的課程，教師不妨充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，著重對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力進(jìn)行培育。

如“探索宇宙”中，關(guān)于人類對(duì)宇宙的探索，教材列舉了幾種典型的太空技術(shù)成果，但紙媒呈現(xiàn)的畫(huà)面有些失真，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，認(rèn)知困難。師生應(yīng)用Solar Walk App后，畫(huà)面失真等問(wèn)題迎刃而解。該App可以完整呈現(xiàn)航天器，結(jié)合逼真的3D航天器進(jìn)行介紹，尤其在5G的加持下可以更加直觀、流暢、動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)航天器特征，展現(xiàn)世界太空科技成果。除此之外，學(xué)生還可以使用該App檢索星系視圖、衛(wèi)星圖，從不同的位置觀察太陽(yáng)系行星方位，課后進(jìn)一步自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。

基于這樣的發(fā)現(xiàn)，在課堂教學(xué)中，教師簡(jiǎn)要介紹了Solar walk App的使用方法和要求，引導(dǎo)各組學(xué)生利用Solar walk App完成“斯普特尼克1號(hào)”人造衛(wèi)星、“探險(xiǎn)者1號(hào)”探測(cè)器、“東方1號(hào)”宇宙飛船、“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡等航天器的檢索任務(wù)（如圖2至圖4），并摘錄關(guān)鍵詞，用自己的語(yǔ)言進(jìn)行描述。教師通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力、資料收集能力、處理信息能力、交流表達(dá)能力，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化生存能力，使其適應(yīng)社會(huì)信息化的發(fā)展要求。

在小組匯報(bào)學(xué)習(xí)成果之后，教師引導(dǎo)學(xué)生按照時(shí)間順序?qū)⑸鲜鎏占夹g(shù)成就進(jìn)行排序，出示首架航天飛機(jī)——“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)、最早的空間站——“禮炮一號(hào)”空間站，補(bǔ)全并完善典型太空技術(shù)成就排序。

Solar walk App的應(yīng)用點(diǎn)燃了學(xué)生對(duì)太空技術(shù)的研究熱情。為拓展學(xué)生對(duì)太空技術(shù)的認(rèn)識(shí)，教師布置了課后自主學(xué)習(xí)任務(wù)供學(xué)生自選完成：學(xué)生可每3人或4人自結(jié)為一組，在Solar walk App可輔助的范圍內(nèi)，自主確定檢索與學(xué)習(xí)的目標(biāo)，確定學(xué)習(xí)與分工策略，督促與落實(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程，反思總結(jié)，并在期末自愿報(bào)名參與集中宣講活動(dòng)。

四、利用高清視頻呈現(xiàn)科學(xué)史實(shí)，涵育態(tài)度責(zé)任

《課程標(biāo)準(zhǔn)》全面落實(shí)有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)?shù)臅r(shí)代新人培養(yǎng)要求，強(qiáng)調(diào)學(xué)科課程要體現(xiàn)中國(guó)和中華民族風(fēng)格、體現(xiàn)國(guó)家意志和民族基本價(jià)值觀、體現(xiàn)人類文化知識(shí)積累和創(chuàng)新成果，堅(jiān)持德育為先，增強(qiáng)課程的思想性。這就要求科學(xué)教師要努力挖掘相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，找準(zhǔn)學(xué)科課程與態(tài)度責(zé)任目標(biāo)的契合點(diǎn)，揭示科學(xué)學(xué)習(xí)和態(tài)度責(zé)任培育的內(nèi)在聯(lián)系，通過(guò)有意識(shí)而又自然的態(tài)度責(zé)任滲透將相關(guān)主題教育有機(jī)融入課程。

科學(xué)報(bào)國(guó)是一代代中國(guó)科技工作者堅(jiān)定的理想信念。從無(wú)人登月取壤返回、探測(cè)器著陸火星，到神舟十三號(hào)、神舟十四號(hào)飛船接連成功發(fā)射，我國(guó)航天部門(mén)在發(fā)展科技的同時(shí)，也正一步步將普通人的目光引向宇宙深處。做教學(xué)設(shè)計(jì)之前，教師分析教材，思考如何培育學(xué)生的態(tài)度責(zé)任，發(fā)現(xiàn)“探索宇宙”教學(xué)目標(biāo)中“了解我國(guó)空間技術(shù)的最新發(fā)展”與態(tài)度責(zé)任目標(biāo)中愛(ài)國(guó)主義教育存在交集，進(jìn)而將其作為培育學(xué)生“科技自立自強(qiáng)”和“科學(xué)報(bào)國(guó)”的態(tài)度責(zé)任的載體。課堂上，教師在帶領(lǐng)學(xué)生回顧太空技術(shù)成就后，播放我國(guó)航天神舟系列運(yùn)載火箭的高清視頻，并指出，百多年來(lái)，無(wú)數(shù)科學(xué)家和工程專家為實(shí)現(xiàn)人類探索宇宙的偉大理想進(jìn)行了前赴后繼的艱苦奮斗。教師接著介紹我國(guó)天文學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院前國(guó)家天文臺(tái)研究員、“中國(guó)天眼之父”南仁東，通過(guò)高清視頻呈現(xiàn)南仁東等科學(xué)工作者“干驚天動(dòng)地事、做隱姓埋名人”、懷揣“科學(xué)沒(méi)有國(guó)界，但科學(xué)家有祖國(guó)”的科學(xué)志向的勵(lì)志故事，通過(guò)師生互動(dòng)和“我為先驅(qū)寫(xiě)彈幕”等形式，帶領(lǐng)學(xué)生向科學(xué)前輩致敬，表達(dá)崇高敬意，立志科學(xué)報(bào)國(guó)，讓家國(guó)情懷的幼苗扎根學(xué)生心田。這對(duì)促進(jìn)學(xué)生理解科技自立自強(qiáng)，培育學(xué)生科學(xué)報(bào)國(guó)理想信念，增強(qiáng)民族自豪感具有積極意義，對(duì)態(tài)度責(zé)任等素養(yǎng)提升的落實(shí)、落細(xì)具有重要作用。

宇宙是宏大而神秘的，太空技術(shù)伴隨人類文明不斷發(fā)展。此次“地球與宇宙”科學(xué)領(lǐng)域教學(xué)中，教師充分利用VR等信息技術(shù)，攻破了學(xué)生在空間模型建構(gòu)、科學(xué)史實(shí)學(xué)習(xí)中的“天然”距離屏障，為落實(shí)包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任四個(gè)方面的學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展要求提供了新范式。同時(shí)，這里需要強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)：一是5G只是輔助手段，切不可唯技術(shù)手段、重技術(shù)手段，不可因技術(shù)手段的應(yīng)用而導(dǎo)致教學(xué)活動(dòng)偏離教學(xué)目標(biāo);二是5G的應(yīng)用要融入啟發(fā)式、探究式、互動(dòng)式等教學(xué)過(guò)程，應(yīng)使5G創(chuàng)生的新教學(xué)形態(tài)與傳統(tǒng)教學(xué)在育人功能上保持同向性;三是5G有鮮明的時(shí)代性，但其中一些手段在教學(xué)中應(yīng)用尚不成熟，教師在使用前要進(jìn)行驗(yàn)證，要時(shí)刻保持審慎意識(shí)，確保相關(guān)內(nèi)容的科學(xué)性、時(shí)效性、思想性;四是對(duì)于多終端設(shè)備（如平板電腦等）的使用，教師要介紹使用方法，規(guī)范學(xué)生行為，同時(shí)確保設(shè)備使用行為可監(jiān)控、易管理。

參考文獻(xiàn)

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（作者系首都師范大學(xué)初等教育學(xué)院碩士研究生）

責(zé)任編輯：祝元志