云計(jì)算背景下小學(xué)科學(xué)課堂的演進(jìn)與重構(gòu)
——基于小學(xué)科學(xué)數(shù)字化教學(xué)實(shí)踐的思考

胡素娟

小學(xué)科學(xué)學(xué)科涉及的范圍較廣，只有海量的信息資源庫才能夠開闊學(xué)生的視野，滿足學(xué)生的好奇心和求知欲。一些科學(xué)現(xiàn)象的呈現(xiàn)僅僅是借助傳統(tǒng)的教學(xué)手段無法形象、具體地表現(xiàn)出來，有的科學(xué)現(xiàn)象的觀察和記錄還需要借助數(shù)字化的影像技術(shù)，僅僅靠學(xué)生的紙筆記錄或者口頭描述無法100%還原真實(shí)情境。

再反觀當(dāng)下的學(xué)生，生活在數(shù)字化的世界，他們的大腦認(rèn)知結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了根本的改變，他們是真正意義上的“數(shù)字土著”。他們能夠同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)；他們的思維方式是天馬行空的；他們更喜歡圖表化和視覺化的表達(dá)；他們享受泛化信息的洗禮；他們喜歡高水平的交互。與數(shù)字體驗(yàn)相比，“數(shù)字土著”對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)方式感到單調(diào)和乏味。

基于數(shù)字化教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)，基于小學(xué)科學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)和當(dāng)今學(xué)生的真實(shí)情況，教育工作者不能再用前數(shù)字化時(shí)代的語言去吃力地教育“數(shù)字土著”。筆者認(rèn)為當(dāng)代教師應(yīng)當(dāng)把教育數(shù)字化當(dāng)作一種契機(jī)，讓數(shù)字化更好地服務(wù)教育，更好地為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)服務(wù)。

一、延伸學(xué)習(xí)時(shí)空，促進(jìn)自主學(xué)習(xí)

自主學(xué)習(xí)是面向未來的終身學(xué)習(xí)能力，傳統(tǒng)的科學(xué)學(xué)習(xí)局限于校園和課堂，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)缺乏教師的及時(shí)指導(dǎo)和專業(yè)化的平臺(tái)支撐。隨著數(shù)字化在教育領(lǐng)域的普及，師生和生生之間的交流和互動(dòng)變得更加便捷；網(wǎng)絡(luò)為學(xué)生提供了豐富專業(yè)的資源節(jié)點(diǎn)；各種便攜式移動(dòng)智能終端可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)攝影攝像；各種在線學(xué)習(xí)平臺(tái)可以隨點(diǎn)隨學(xué)，直接推送思考過程。這些軟硬件的開發(fā)為學(xué)生的自主化學(xué)習(xí)提供了廣闊的舞臺(tái)，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)行為的施展有了強(qiáng)有力的保障。數(shù)字化的自主學(xué)習(xí)方式，順應(yīng)新時(shí)代課改要求，深入主體參與學(xué)習(xí)，鞏固學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位。

以蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)上冊(cè)《水滴里的生物》一課為例，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是：能夠運(yùn)用放大鏡和顯微鏡觀察微生物，并做好記錄；知道微生物是一種個(gè)體微小、分布極廣的生命體，絕大多數(shù)要用顯微鏡才能看到；了解荷蘭的科學(xué)家列文虎克是世界上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)微生物的人。

對(duì)于“水中微生物”的觀察，教材的編排主要是讓學(xué)生借助顯微鏡進(jìn)行觀察。學(xué)生學(xué)會(huì)使用顯微鏡則是觀察活動(dòng)的第一步。在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，對(duì)于顯微鏡使用的教學(xué)，主要是通過教師的講解和演示來進(jìn)行的。《水滴里的生物》教參建議的教學(xué)課時(shí)是兩課時(shí)，然而筆者發(fā)現(xiàn)讓學(xué)生熟悉顯微鏡的具體構(gòu)造到能熟練使用顯微鏡，僅有一個(gè)課時(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這樣留給學(xué)生借助顯微鏡觀察的時(shí)間就不到1節(jié)課的時(shí)間，而動(dòng)手實(shí)踐能力正是當(dāng)代學(xué)生嚴(yán)重缺乏的。

了解顯微鏡的結(jié)構(gòu)屬于比較死板的知識(shí)，并沒有太多技巧可言。數(shù)字化的學(xué)習(xí)軟件完全可以取代教師的作用。筆者在教這部分內(nèi)容時(shí)，會(huì)先讓學(xué)生課前打開3D/VR矩道軟件（一種科學(xué)學(xué)習(xí)軟件）自主了解顯微鏡的具體結(jié)構(gòu)。借助軟件，學(xué)生可以對(duì)顯微鏡的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解學(xué)習(xí)，同時(shí)，學(xué)生也可以借助手中的鼠標(biāo)對(duì)顯微鏡進(jìn)行360°的立體旋轉(zhuǎn)，通過以上操作，學(xué)生的學(xué)習(xí)更加立體化和細(xì)微化，這是傳統(tǒng)的科學(xué)教學(xué)無法實(shí)現(xiàn)的。

相較于顯微鏡的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)，顯微鏡的使用這部分知識(shí)傳授性和技能性較強(qiáng)，須通過教師的手口相傳。而傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師雖然也是手把手地教，但是這種教學(xué)方法的效果與所需大量的課堂時(shí)間卻成了反比關(guān)系，主要原因是很多細(xì)節(jié)方面的教學(xué)借助傳統(tǒng)的課堂教學(xué)手段很難清晰地呈現(xiàn)給學(xué)生。在數(shù)字化的幫助下，教師可以提前錄制好演示性的微課教學(xué)視頻上傳到全景課堂（一種數(shù)字化的班級(jí)學(xué)習(xí)交流平臺(tái)），供學(xué)生在線學(xué)習(xí)。這樣學(xué)生可以重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時(shí)間，課堂寶貴的時(shí)間學(xué)生可以更加專注于基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，共同研究具有一定的挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性的實(shí)際問題，從而使學(xué)生獲得更深層次的理解和思考，促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展。這樣的課堂對(duì)于“數(shù)字土著”才更具有挑戰(zhàn)性，相較于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)顯得更有實(shí)際價(jià)值。

將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，很多家長包括教師會(huì)對(duì)電子類學(xué)習(xí)終端和學(xué)生自控能力產(chǎn)生擔(dān)憂，這就需要對(duì)學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)進(jìn)行及時(shí)的跟蹤、檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)和分析。傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式不僅會(huì)牽扯教師太多的精力，同時(shí)也無法保證評(píng)價(jià)的全面性和公平性。數(shù)字化背景下，教師可以自行設(shè)計(jì)具有針對(duì)性的檢測(cè)，然后將題目通過在線學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)送到每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)智能終端。學(xué)生答題后，系統(tǒng)會(huì)對(duì)學(xué)生的答題情況做出快速且全面的分析。教師可以根據(jù)系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)分析每一位學(xué)生的答題情況和每一道題的答題情況?；跀?shù)字化的檢測(cè)，將文本檢測(cè)變?cè)诰€監(jiān)測(cè)，即測(cè)即評(píng)，數(shù)據(jù)的記錄變得快捷且準(zhǔn)確，為教師即時(shí)調(diào)整教學(xué)策略指明了方向。基于數(shù)字化的檢測(cè)，教師可以第一時(shí)間把握每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的個(gè)性化教學(xué)，有利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)自我，認(rèn)識(shí)自我，為學(xué)生豐富多彩的未來保駕護(hù)航。

如筆者在教學(xué)筆者自主設(shè)計(jì)的課例《顯微鏡》時(shí)，設(shè)計(jì)了在線檢測(cè)題。系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生提交的答案，實(shí)時(shí)地將結(jié)果通過圖表的形式呈現(xiàn)出來。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)學(xué)生第一題和第三題的正確率都在94%，第二題，雖然全班的正確率也達(dá)到了94%，但是學(xué)生的答案都是不完整的，顯然學(xué)生對(duì)于顯微鏡放大倍數(shù)的算法還不是很清楚。于是，筆者讓學(xué)生針對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)上網(wǎng)收集相關(guān)資料。很快，學(xué)生明白了顯微鏡的放大倍數(shù)等于“目鏡放大倍數(shù)X物鏡放大倍數(shù)”。

數(shù)字化教學(xué)延伸了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時(shí)空，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)形式更加多樣化、深入化。新課標(biāo)所強(qiáng)調(diào)的學(xué)生學(xué)習(xí)主體性地位凸顯得更加明顯，這樣的學(xué)習(xí)方式更加迎合當(dāng)代學(xué)生的特點(diǎn)，極大地增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。自主學(xué)習(xí)是一種學(xué)生能夠受益終生的能力，傳統(tǒng)的教學(xué)中學(xué)生是知識(shí)的被動(dòng)接受者，學(xué)生被緊緊束縛住，這樣的教學(xué)模式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才的要求，結(jié)果只能是培養(yǎng)出高分低能的巨嬰。

二、體驗(yàn)“斗轉(zhuǎn)星移”，模擬現(xiàn)實(shí)感知

小學(xué)科學(xué)的學(xué)習(xí)對(duì)象小到細(xì)胞，大到浩瀚宇宙，很多都是我們無法真實(shí)觸及和感知到的。傳統(tǒng)的教學(xué)對(duì)于這部分的內(nèi)容，教師只能借助圖片、文字及語言向?qū)W生進(jìn)行講解。數(shù)字化教育誕生以來，延展了人類的感官，超越了人類的極限。使得諸如“斗轉(zhuǎn)星移”等這些平時(shí)不可能用肉眼清楚觀察到的現(xiàn)象在3D/VR、智能軟件等的幫助下變得觸手可及。這些現(xiàn)象數(shù)字化的呈現(xiàn)方式與一定范圍真實(shí)環(huán)境在視、聽、觸感等方面高度接近，學(xué)生可以產(chǎn)生親臨現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)感受。

以蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)《心臟和血液循環(huán)》為例，能夠知道心臟的結(jié)構(gòu)和功能；會(huì)利用心臟模型來了解心臟的結(jié)構(gòu)和功能；意識(shí)到堅(jiān)持體育鍛煉有利于心臟健康。對(duì)于心臟的認(rèn)識(shí)，從最早的二維平面圖像模型再到三維的立體模具模型，都不如將鮮活跳動(dòng)的心臟直接展示在學(xué)生眼前更能激起學(xué)生的好奇心和求知欲。

師：同學(xué)們，你們感受過心臟的跳動(dòng)嗎？

生：沒有。

師：接下來，教師和大家一起來感受心臟的跳動(dòng)。

然而學(xué)生一臉疑惑怎么感受？

師：請(qǐng)每個(gè)小組打開3D/VR矩道軟件上的“心臟”，帶上3D眼鏡，拿起手中的手柄進(jìn)行操作。

師：你看到了什么？

生1：教師，我看到了一顆鮮活跳動(dòng)的心臟就在我的眼前，好神奇！

生2：教師，我看到了心臟上面的血管，有粗粗的血管，也有很細(xì)小的血管。

生3：教師，通過解剖，我看到心臟左右兩邊，上下兩邊都是隔開的。

整個(gè)班級(jí)投入到熱烈的探究氛圍中。

蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)《看星座》一課，課標(biāo)要求教師帶領(lǐng)學(xué)生觀測(cè)星空；能夠找到北斗星和北極星；能夠制作“星座”放映器；能夠堅(jiān)持長期的科學(xué)觀察；培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的世界觀，正確的科學(xué)探究方法。要實(shí)現(xiàn)以上教學(xué)目標(biāo)，傳統(tǒng)的教學(xué)方式教師得選擇多個(gè)天氣晴朗的夜晚，帶著全班學(xué)生去空曠的野外進(jìn)行長期的觀察。且不說觀察過程中，學(xué)生的安全很難保障，這也會(huì)耽誤學(xué)生其他科目的學(xué)習(xí)時(shí)間。

數(shù)字化時(shí)代，學(xué)生只需要打開愛學(xué)板上的star-walk軟件，調(diào)整愛學(xué)板的方向，就可以實(shí)時(shí)、真切地看到北斗七星的具體位置，看到任何他們想看到的星座模樣。“斗轉(zhuǎn)星移”這類需要平時(shí)耗時(shí)耗力才能觀察到的奇妙景象，現(xiàn)在通過軟件的動(dòng)態(tài)模擬在學(xué)生的腦海里變得立體起來。

數(shù)字化背景下的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠生成與一定范圍真實(shí)環(huán)境在視、聽、觸感等方面高度近似的感受和體驗(yàn)。這些優(yōu)點(diǎn)使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)取代了常規(guī)的教學(xué)手段，成為科學(xué)教學(xué)的新寵。教師傾向于讓學(xué)生通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)去觀察科學(xué)現(xiàn)象，尋找科學(xué)真知。但是，人機(jī)互動(dòng)真的能夠取代人與現(xiàn)實(shí)的互動(dòng)嗎？美國哲學(xué)家安德魯·芬伯格在這個(gè)問題上曾經(jīng)說過“教育要涉及對(duì)話和教師的積極參與，這是教育的基礎(chǔ)過程”。北京師范大學(xué)張志禎教授這樣強(qiáng)調(diào)“感知和模擬的經(jīng)驗(yàn)不等于學(xué)習(xí)”，他還特地強(qiáng)調(diào)了“從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)包括了具體經(jīng)驗(yàn)”。無論虛擬現(xiàn)實(shí)做得多么接近現(xiàn)實(shí)，它始終無法取代現(xiàn)實(shí)生活。因此，我們?cè)诮虒W(xué)的過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)將常規(guī)學(xué)習(xí)和數(shù)字化的虛擬學(xué)習(xí)相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為學(xué)生提供最佳體驗(yàn)環(huán)境。

三、拓展課后探究，打造深度學(xué)習(xí)

短暫的課堂學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了學(xué)生的探究欲望的，生活中處處都是科學(xué)，課堂之外往往有著更多值得探究的地方。在數(shù)字化技術(shù)的幫助下，課內(nèi)和課外的距離不斷縮小，學(xué)生的學(xué)習(xí)空間大大拓展，學(xué)習(xí)不再局限于課堂和書本，教師的教學(xué)指導(dǎo)也不再僅僅局限于學(xué)校。在數(shù)字化手段的幫助下，學(xué)生被帶進(jìn)了更為廣闊的自由世界，盡情地去探索更多的未解之謎。

科學(xué)的學(xué)習(xí)，大自然是最好的教師，人類的很多發(fā)明創(chuàng)造的靈感就是來自自然。學(xué)生要有善于發(fā)現(xiàn)的眼睛和善于記錄的工具。數(shù)字化時(shí)代，學(xué)生可以利用手中的愛學(xué)板，隨時(shí)隨地對(duì)觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行記錄。數(shù)據(jù)云端的高效傳輸，將學(xué)生與學(xué)生，學(xué)生和教師以及學(xué)生與外面的自由世界緊密地聯(lián)系起來。數(shù)字化技術(shù)在課內(nèi)和課外之間架起了便捷的橋梁，讓學(xué)生的科學(xué)探究變得更加真實(shí)，更有深度。

筆者在上自主設(shè)計(jì)課程《霾的研究》這一課時(shí)，針對(duì)“霾的成因”這一問題，學(xué)生提出了焚燒垃圾、汽車尾氣、吸煙等多個(gè)因素都可能導(dǎo)致霾。而有限的課堂時(shí)間不可能對(duì)學(xué)生提出的所有猜想進(jìn)行逐一驗(yàn)證，一節(jié)課結(jié)束學(xué)生似乎還有點(diǎn)意猶未盡。為了滿足學(xué)生的好奇心，我將繼續(xù)探究的任務(wù)交給感興趣的同學(xué)。這部分學(xué)生回家后，利用空余時(shí)間先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，再將實(shí)驗(yàn)方案上傳班級(jí)圈，全班同學(xué)討論實(shí)驗(yàn)方案的可行性，接著我為他們準(zhǔn)備所需要的儀器。課后這些同學(xué)在家長的協(xié)助下完成了實(shí)驗(yàn)，借助手中的愛學(xué)板，他們將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程記錄下來，并借助互聯(lián)網(wǎng)將視頻上傳到全景課堂的班級(jí)圈中。其他同學(xué)可以通過觀看分享的視頻對(duì)實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，通過視頻的不斷回放，去發(fā)現(xiàn)問題和得出相應(yīng)的結(jié)論。

數(shù)字化時(shí)代的科學(xué)課遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止課堂上短短的幾十分鐘，學(xué)生的科學(xué)思維也不會(huì)因?yàn)橄抡n鈴聲戛然而止。多種新穎的學(xué)習(xí)和交流方式徹底解開了學(xué)生被束縛已久的雙手，學(xué)生的學(xué)習(xí)和探究得到了多種工具的輔助，他們的語言表達(dá)、動(dòng)手操作、科學(xué)思維、自主學(xué)習(xí)等多方面的科學(xué)素養(yǎng)都得到了大大的提升。