《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）強調，探究實踐是學生科學素養(yǎng)的重要組成部分，要求學生在了解和探索自然、獲得科學知識、解決科學問題的過程中，形成科學探究能力、技術與過程實踐能力和自主學習能力。為落實課標要求，筆者以“玉米人工授粉”為例，探討增強現(xiàn)實技術（AR）在促進學生探究實踐能力發(fā)展中的應用，旨在提供有效的教學策略，以提升學生的科學素養(yǎng)。

一、增強現(xiàn)實技術是提升學生科學素養(yǎng)的利器

教師培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，就要引導學生將科學知識應用于解決真實問題，并延伸至科學觀念、思維與態(tài)度的形成[1]。探索一條探究實踐能力的培養(yǎng)途徑，以促進學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)顯得尤為重要。課標強調，探究實踐是學生在了解和探索自然、獲得科學知識、解決科學問題，以及技術與工程實踐過程中形成科學探究能力、技術與過程實踐能力和自主學習能力?？茖W探究能力具體體現(xiàn)在學生能夠提出科學問題，制訂科學計劃并搜集證據(jù)，對結果進行解釋與評估，準確表達觀點，反思探究過程與結果。這就要求教師在開展科學教學時，應以真實問題為情境，組織有實際問題、有探究深度、有實際生產(chǎn)生活意義的“科學探究活動”，助力學生體會科學探究活動、理解科學概念，促進學生探究實踐能力的培養(yǎng)。

然而，在傳統(tǒng)的科學課堂教學中，學生大都以記憶為主，缺乏真實問題情境和科學探究實踐環(huán)境，難以有效促進學生探究實踐能力的培養(yǎng)。為破解這一難題，AR逐漸被引入科學課堂。筆者嘗試在培養(yǎng)學生探究實踐能力的教學過程中運用AR，將真實環(huán)境與虛擬環(huán)境相結合，既幫助學生掌握抽象的科學概念，又讓學生有真實可觸摸的探究實踐環(huán)境，引導學生去發(fā)現(xiàn)問題，設計探究實驗并解決問題，以此提升其科學素養(yǎng)。

二、融入增強現(xiàn)實技術的科學教學要領

（一）明確增強現(xiàn)實教學思路與策略

AR指利用計算機生成的虛擬物體或數(shù)據(jù)與現(xiàn)實空間實現(xiàn)融合而形成的三維環(huán)境，它具有虛實結合、無縫交互、浸潤學習等特征，能夠讓用戶進入仿真的虛擬環(huán)境中進行體驗，支持用戶與數(shù)字內(nèi)容的實時交互以拓展用戶對真實世界的認知[2]。筆者將AR用于科學概念理解和探究實踐環(huán)境的創(chuàng)建過程：一是為幫助學生更好地理解科學中抽象的生物學概念，如授粉的過程，借助AR為學生展示生物模型，幫助學生理解、掌握授粉過程與關鍵知識；二是利用AR創(chuàng)建科學實驗環(huán)境，如探究玉米發(fā)育所需營養(yǎng)成分。此外，在實踐中發(fā)現(xiàn)，學生若完全依賴AR而缺少外部的引導與支持，只能理解抽象的科學概念，如玉米授粉過程，而難以應用知識去解決真實問題。學生參與反思活動能夠較好地體驗AR，對概念進行理解與轉化應用，解決遇到的問題[3]。

（二）為教學創(chuàng)造環(huán)境

筆者選用“生動科學AR”軟件創(chuàng)設虛擬的自主學習環(huán)境。該平臺操作簡易、適合教師為學生做一些教學演示，如種子內(nèi)部的微觀視圖、種子發(fā)育的科學實驗。學生使用平板電腦掃描即可看見科學概念模型，點擊模型上的觸發(fā)器，便可對科學模型進行交互與認知學習，以此促進對復雜科學概念的理解。同時，在AR資源中嵌入習題、問題支架，教師可用其進一步引導學生掌握科學概念并轉化用于解決問題。

（三）設計好教學流程

筆者根據(jù)課標和“玉米人工授粉”這一節(jié)課的教學目標，設計項目式探究學習活動開展教學，并利用AR體驗式資源及相關學習資源，助力學生的體驗式和反思性學習，更好地理解復雜、抽象的科學概念。教學流程如下：（1）教師讓學生觀察玉米并提出問題，引發(fā)認知沖突；（2）應用AR體驗式資源幫助學生理解受精概念，探究玉米“缺粒”原因；（3）基于AR虛擬實驗環(huán)境開展探究活動，知曉玉米生長條件；（4）組織實驗探究活動，讓學生分析數(shù)據(jù)，驗證科學假設，總結形成探究實踐成果；（5）利用提問的方式幫助學生對實驗結果進行分析與反思，在實驗探究過程中提出新問題，形成探究實踐方案并進行科學論證（如圖1）。

三、基于增強現(xiàn)實教學策略的項目實踐案例

（一）項目情景

深圳實驗光明學校在“智慧農(nóng)業(yè)勞動教育基地”開展了糧食、蔬菜、花卉、中草藥等多種類與多片區(qū)的種植，為科學教育提供實踐條件。筆者嘗試引導學生對真實問題進行探究，采用等組對照的實驗方法，深入理解玉米的授粉過程，自主探究“人工授粉與玉米自然授粉在改善玉米缺粒問題的效果”，以此提高學生的探究與實踐能力。

（二）項目規(guī)劃

1.項目進度安排

針對探究人工輔助授粉與玉米自然授粉方法在改善玉米“缺?！眴栴}的效果這一主題，筆者對教學活動做了如下安排。本次探究實踐活動，教師主要扮演組織者、引導者的角色，學生則是整個活動的主體，同伴之間協(xié)作完成探究任務。筆者隨機選取一個學習小組，以其為例介紹項目活動過程。具體的項目任務安排如下（見表1）。

2.工具與物資

準備如下工具與物資：農(nóng)具、直尺、繩、平板電腦、電子秤，以及生物科學AR、紙袋、玉米種子和記錄表。

（三）項目實施

1.在觀察中引發(fā)認知沖突

學生在種植基地觀察到玉米出現(xiàn)“禿頭”和“缺粒”現(xiàn)象，這與他們?nèi)粘Ｋ姷挠衩撞町愶@著，引發(fā)了他們的疑問：是否所有玉米都如此？如何改善？學生查閱資料后，認識到改良授粉過程，尤其是人工授粉，可能是提高玉米結實率的關鍵。盡管如此，他們對于授粉的具體生物學機制仍感到困惑。

2. AR輔助科學概念學習

筆者利用AR，構建了一個結合虛擬與現(xiàn)實的學習環(huán)境（如圖2）。首先，學生利用AR觀看了植物受精過程的交互視頻，深化了對這一復雜過程的理解。然后，他們完成了AR資源中的習題，鞏固了知識。最后，筆者引導學生從受精的角度探討玉米“缺?！钡目赡茉?，幫助他們運用知識解決實際問題。

3. 在參與虛擬實驗中提升探究實踐能力

為促進學生在新知識框架下自主反思和探究問題，筆者提出了一系列思考題，引導學生構建科學對照實驗方案。學生對比不同授粉方式下的“缺?！鼻闆r，分析并總結了可能的原因。AR虛擬實驗幫助學生發(fā)現(xiàn)玉米生長所需的無機鹽等營養(yǎng)物質（如圖3），為他們設計實驗方案和后續(xù)種植提供了重要信息。

4.培養(yǎng)實驗探究與資料采集能力

在AR虛擬實驗的基礎上，學生總結了改善“缺粒”問題的措施。筆者指導他們進行了玉米人工輔助授粉與自然授粉的對比實驗。學生學會了收集花粉，并完成了人工授粉。每隔一周，他們觀察并記錄人工授粉玉米的生長情況，包括花絲的生長停止和變色，以及玉米棒的周長和長度變化情況（見表2）。

5.提升結果分析與反思能力

筆者引導學生對比分析人工授粉（實驗組）和自然授粉（對照組）玉米的“缺?！睜顩r。結果顯示，盡管實驗組仍有“缺粒”現(xiàn)象，但相較于自然授粉的玉米，情況有所改善（如圖4）。實驗組玉米棒的平均質量比對照組增加了8.61%，表明人工授粉在一定程度上提高了結實率。筆者進一步提問，引導學生深入思考實驗組玉米為何仍有“缺?！爆F(xiàn)象，促進了學生的反思和知識拓展。學生分組討論，分析了實驗結果不理想的可能原因，包括授粉時間的選擇、授粉技術的規(guī)范性和病蟲害的防治及授粉后水肥管理等因素。

學生經(jīng)歷這一系列的項目活動，不僅加深了對科學概念的理解，而且在實踐中培養(yǎng)了探究和反思的能力，為未來的科學學習和研究打下了堅實基礎。

四、教學反思與建議

（一）重視培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)與解決問題的能力

本案例中，學生在生活中發(fā)現(xiàn)玉米“缺粒”現(xiàn)象，在教師引導下參與探究實踐活動，改變以往課堂單一的講授方式，運用科學知識發(fā)現(xiàn)、解決生活中的真問題，真正提高了探究實踐能力，發(fā)展了科學素養(yǎng)。

（二）關注增強現(xiàn)實等體驗式資源的應用

AR資源具有虛實結合、無縫交互、支持學生浸潤學習的特征，其應用對于學生感知與理解復雜、抽象的科學概念，以及培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)與解決問題的能力具有重要作用。筆者利用AR體驗式資源，讓學生在體驗、感知中了解植物的受精過程。如此，學生對玉米的受精與發(fā)育過程有深入的理解，在AR環(huán)境與勞動環(huán)境的支持下，對玉米“缺?！痹蛴凶约撼醪降乃伎?，懷疑是授粉不充分或受精不完全所致。

（三）關注學生實踐與反思的結合

單一的技術應用往往只能解決教育教學中某一類問題，難以全面達成教學目標。只有匹配相適應的學習支架或引導，才能促進學生的深度學習，實現(xiàn)教學目標。因此，筆者在AR資源中嵌入習題，幫助學生及時鞏固知識，并通過提問，如人工授粉后為何仍會出現(xiàn)“缺?！爆F(xiàn)象，引導學生在體驗與感知的同時，實現(xiàn)對所學知識進行反思、拓展和遷移，進一步思考玉米“缺?！钡脑颉?/p>

注：本文系深圳市教育科學“十四五”規(guī)劃2021年度成果培育類課題“基于真實情境的初中生物單元教學設計的實踐研究”（課題編號：cgpy21010）的成果。

參考文獻

[1] 陳明選，陳金艷.基于互聯(lián)網(wǎng)思維的小學科學探究活動設計[J].中國電化教育，2020（10）：97-105.

[2] 魏雪峰，高媛，黃榮懷.中國高等教育技術未來五年的發(fā)展分析：《2017新媒體聯(lián)盟中國高等教育技術展望：地平線項目區(qū)域報告》解讀[J].現(xiàn)代教育技術，2017（5）：53-59.

[3]林曉凡，朱倩儀，吳倩意，等.增強現(xiàn)實體驗式教學資源的科學教育應用：策略與案例[J].中國電化教育，2019（9）：60-67.

（作者彭林華系廣東省廣州市黃埔區(qū)怡園小學教師；孫蕾系廣東省深圳實驗光明學校教師）

責任編輯：祝元志