聚焦數(shù)字融合 賦能科學(xué)教育

為深入推進(jìn)數(shù)字化賦能，做好科學(xué)教育“加法”，天津市西青區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)以“多彩教育”的實(shí)施為路徑，致力于培養(yǎng)有根、有志、有識(shí)、有慧、有度且全面發(fā)展、個(gè)性鮮明的學(xué)生。學(xué)校深入探究教育教學(xué)新樣態(tài)，構(gòu)建數(shù)字化與“課堂、社團(tuán)、活動(dòng)、作業(yè)”四融合體系，以數(shù)字化促進(jìn)教育教學(xué)現(xiàn)代化，使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、人文素養(yǎng)得以及時(shí)培養(yǎng)和持續(xù)發(fā)展。

一、數(shù)字融“課堂”

從課堂教學(xué)角度，利用數(shù)字技術(shù)使科學(xué)教師方便快捷地獲取大量所需的教學(xué)資料，從而建構(gòu)多維立體的教學(xué)資源庫(kù)。借助國(guó)家中小學(xué)智慧教育平臺(tái)等媒介，以文字、圖片、視頻、游戲、交互動(dòng)畫等靈活多樣的教學(xué)場(chǎng)景來(lái)幫助學(xué)生建構(gòu)認(rèn)知。另外，依托國(guó)家中小學(xué)智慧平臺(tái)開辟了教與學(xué)的新通道，在數(shù)字技術(shù)支撐下的互動(dòng)互聯(lián)學(xué)習(xí)環(huán)境中，呈現(xiàn)出協(xié)作知識(shí)創(chuàng)造的教學(xué)新形態(tài)，豐富的教學(xué)內(nèi)容、多樣的視覺呈現(xiàn)、靈動(dòng)的交互交流，可以增強(qiáng)學(xué)生的課堂體驗(yàn)，提高課堂吸引力。

（一）課前，提升學(xué)生運(yùn)用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)的能力

教師巧用電子問卷了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，定期組織學(xué)生利用國(guó)家中小學(xué)智慧平臺(tái)進(jìn)行電子問卷的填寫，通過匯總和整理，深入了解學(xué)生的興趣愛好、學(xué)習(xí)接受情況、后期期望等。

（二）課上，增強(qiáng)學(xué)生有效利用數(shù)字技術(shù)自主學(xué)習(xí)的能力

教師善用國(guó)家中小學(xué)智慧平臺(tái)資源和教學(xué)工具進(jìn)行授課和開展小組學(xué)習(xí)。教師在授課時(shí)利用智慧黑板進(jìn)行知識(shí)的講授，用手機(jī)投屏的方式進(jìn)行學(xué)生活動(dòng)內(nèi)容的展演，方便小組展示、小組內(nèi)評(píng)比和班內(nèi)互評(píng)。以生活現(xiàn)象導(dǎo)入教學(xué)，以視頻與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操相結(jié)合的方式，演示實(shí)驗(yàn)操作流程。例如：在學(xué)到“巖石與土壤”這一內(nèi)容時(shí)，學(xué)生表現(xiàn)出極強(qiáng)的探索欲。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自主搜集巖石礦物與土壤，形成電子標(biāo)簽，并上傳云端，逐步構(gòu)建起自己的自然材料寶庫(kù)，包括但不限于巖石土壤等，拓展了學(xué)習(xí)的方向與內(nèi)容；同時(shí)，了解植物生長(zhǎng)過程，利用多媒體大屏從生根發(fā)芽到開花結(jié)果，都一目了然。

（三）課后，幫助學(xué)生提高智能化學(xué)習(xí)的能力

讓學(xué)生“慧”用平板電腦完成學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生能合理運(yùn)用平板電腦進(jìn)行知識(shí)的搜集和深入了解；通過觀看視頻的方式完成實(shí)驗(yàn)探究任務(wù)，并能模仿做實(shí)驗(yàn)；對(duì)于課程中遇到的棘手問題，學(xué)生能夠方便快捷地利用網(wǎng)絡(luò)上的資源解決困難。小學(xué)微課時(shí)長(zhǎng)為15—20分鐘，教師發(fā)送到家長(zhǎng)群，最大限度還原課堂教學(xué)的真實(shí)場(chǎng)景，復(fù)現(xiàn)課堂教學(xué)的現(xiàn)場(chǎng)感，讓家長(zhǎng)陪伴孩子在使用豐富多樣教學(xué)資源的同時(shí)，還能進(jìn)行練習(xí)、復(fù)習(xí)、隨堂測(cè)試等。

二、數(shù)字融“社團(tuán)”

科技社團(tuán)通過科學(xué)的探究實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的過程中，真實(shí)體驗(yàn)數(shù)字化過程，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取、分析、處理獲得切身體會(huì)。

（一）3D打印筆支持?jǐn)?shù)字活動(dòng)與社團(tuán)實(shí)踐

在教授3D打印筆使用方法時(shí)，由于立體圖形制作對(duì)學(xué)生空間感要求較高，學(xué)生會(huì)出現(xiàn)難以構(gòu)建模型、創(chuàng)作停滯等問題。此時(shí)先安排“利用繪圖軟件設(shè)計(jì)作品平面圖形”的任務(wù)，設(shè)計(jì)目的是利用數(shù)字化設(shè)備“高效、快捷”的特點(diǎn)，提升學(xué)生將立體圖形還原成平面圖形的空間感知能力。隨后學(xué)生對(duì)照自己用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出的圖紙完成“3D打印筆制作平面圖形”的任務(wù)，進(jìn)一步檢驗(yàn)學(xué)生基礎(chǔ)圖形構(gòu)建的情況。最后安排“3D打印筆制作立體圖形”任務(wù)，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)本知識(shí)綜合運(yùn)用情況。通過分步教學(xué)方式，將較難的課程任務(wù)，拆分成為三個(gè)環(huán)環(huán)相扣、由易入難的環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)字化設(shè)備和手段，提升科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)造力。例如：結(jié)合安全教育日，學(xué)生按照三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行奇思妙想，創(chuàng)作出主題鮮明的作品。

（二）3D打印機(jī)“打造”社團(tuán)活動(dòng)新生態(tài)

3D打印機(jī)活動(dòng)中，以4至6人為一組進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)，學(xué)生按照“選主題—建立初步模型—美化模型—討論反思—完善作品”流程進(jìn)行作品的創(chuàng)作。整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生借助國(guó)家中小學(xué)智慧平臺(tái)上的科學(xué)和美育等內(nèi)容積極發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和想象力，新穎的主題層出不窮（如浪漫星空、精美配飾、科學(xué)牧場(chǎng)等），并且嘗試?yán)貌煌男螤?、顏色和紋理進(jìn)行設(shè)計(jì)，以制作出獨(dú)特的3D模型；利用國(guó)家中小學(xué)智慧平臺(tái)手機(jī)端的社團(tuán)群，學(xué)生在其中互相交流、討論并提出建議，共同完善彼此的設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)完成后，將模型發(fā)送到3D打印機(jī)打印，結(jié)合打印品進(jìn)行不斷完善，最終設(shè)計(jì)出自己滿意的模型作品。

（三）充分利用校外資源進(jìn)行聯(lián)動(dòng)共建

西青區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)與天津商業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院、天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院達(dá)成簽約共建，利用社團(tuán)活動(dòng)時(shí)間，志愿者為學(xué)生講解科技和科普方面的相關(guān)知識(shí)；天津師范大學(xué)教育學(xué)部現(xiàn)代教育技術(shù)專業(yè)的研究生每學(xué)期來(lái)校對(duì)學(xué)生進(jìn)行人工智能知識(shí)的普及和講解。同時(shí)，積極與人工智能行業(yè)的相關(guān)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)合作，如實(shí)驗(yàn)小學(xué)與機(jī)器人企業(yè)友好共建，為實(shí)驗(yàn)小學(xué)提供專業(yè)性器材設(shè)備，為構(gòu)建科技特色系列活動(dòng)提供了設(shè)備支持；編程企業(yè)為實(shí)驗(yàn)小學(xué)提供免費(fèi)的“人工智能變成智慧教室”平臺(tái)，提升了教師工作效率，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)難度，為打造智能高效課堂提供了強(qiáng)有力的支持。

三、數(shù)字融“活動(dòng)”

以技術(shù)賦能科學(xué)探究活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，為科學(xué)人才培養(yǎng)營(yíng)造良好氛圍和環(huán)境。借助更多的數(shù)字化教育資源和各類傳感器、微處理器、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字化硬件產(chǎn)品或模塊，為學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)和探究實(shí)踐提供新穎工具。

（一）線上線下銜接，拓展學(xué)習(xí)空間

在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生利用PVC塑料、廢舊塑料瓶、傳感器、繼電器、水泵、集成電路板和軟質(zhì)塑料管，自主創(chuàng)作出了土壤濕度監(jiān)測(cè)裝置和自動(dòng)澆水裝置。利用課下時(shí)間，走進(jìn)種植園，用“小發(fā)明”為植物和蔬菜的幼苗澆水，并依托數(shù)字化電子設(shè)備對(duì)其生長(zhǎng)情況進(jìn)行記錄和拍照，感受數(shù)字化賦能科技活動(dòng)的同時(shí)，充分享受勞動(dòng)教育帶來(lái)的快樂和滿足感。

（二）借助數(shù)字技術(shù)，創(chuàng)新活動(dòng)載體

學(xué)生利用樂高拼圖積木搭建機(jī)器人，依托傳感器、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和電機(jī)等設(shè)備讓機(jī)器人能夠通過手柄進(jìn)行操控，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)與手動(dòng)的雙重控制。實(shí)驗(yàn)小學(xué)開設(shè)《我?guī)戤嬐尥奕ヌ铡肺⒄n，利用編程軟件和運(yùn)用簡(jiǎn)單的程序搭建讓年畫娃娃飛到了太空去，教師將家鄉(xiāng)的傳統(tǒng)文化與數(shù)字化背景下的人工智能相結(jié)合，既讓學(xué)生感受到信息科技學(xué)科知識(shí)賦予他們的無(wú)窮力量，又讓學(xué)生感受到中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的魅力。

四、數(shù)字融“作業(yè)”

數(shù)字化作業(yè)是落實(shí)核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求的可行路徑，它可以減少學(xué)生書面作業(yè)量，實(shí)現(xiàn)探究式作業(yè)和實(shí)踐性作業(yè)，達(dá)成減負(fù)增效目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)小學(xué)教師積極探索科學(xué)思維育人理念下的實(shí)踐方法，打破空間和時(shí)間的界限，創(chuàng)新作業(yè)新樣態(tài)，為學(xué)生提供家庭實(shí)驗(yàn)資源包、數(shù)字化學(xué)習(xí)資源、教師在線實(shí)時(shí)指導(dǎo)等，有效落實(shí)“雙減”政策。

（一）發(fā)揮數(shù)字技術(shù)時(shí)空延展特性

信息科技的發(fā)展創(chuàng)造了全新的數(shù)字化環(huán)境，它改變?nèi)藗冃畔⒔涣髋c分享方式的同時(shí)，也改變著人們的思維方式。隨時(shí)隨處記錄生活、分享觀點(diǎn)，已經(jīng)是信息化時(shí)代的一種新的生活方式。例如：三四年級(jí)的學(xué)生已經(jīng)掌握了一些基礎(chǔ)的工具與技能，讓他們動(dòng)手在電腦上畫一畫、寫一寫、想一想，記錄多元生活，發(fā)現(xiàn)生活之美，感受分享的樂趣。通過主題實(shí)踐，使學(xué)生認(rèn)識(shí)信息交流與分享內(nèi)容、方式、方法的豐富性、便捷性和獨(dú)特性，并了解與之相應(yīng)的行為規(guī)范。

（二）搭建數(shù)字交流展示平臺(tái)

數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新是指學(xué)生在日常學(xué)習(xí)和生活中通過選用合適的數(shù)字設(shè)備、平臺(tái)和資源，有效地管理學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)資源，開展探究性學(xué)習(xí)，創(chuàng)造性地解決問題，養(yǎng)成利用信息科技開展數(shù)字化學(xué)習(xí)與交流的行為習(xí)慣。設(shè)計(jì)這方面的主題實(shí)踐作業(yè)，以期使學(xué)生能利用數(shù)字設(shè)備，通過文字、圖片音視頻等方式記錄自己在學(xué)習(xí)與生活中發(fā)生的事情，借助信息科技進(jìn)行簡(jiǎn)單的多媒體作品創(chuàng)作、展示、交流，嘗試開展數(shù)字化創(chuàng)新活動(dòng)，感受應(yīng)用信息科技表達(dá)觀點(diǎn)、創(chuàng)作作品、合作創(chuàng)新、分享傳播的優(yōu)勢(shì)。

以數(shù)字化引領(lǐng)科學(xué)教育系統(tǒng)性變革和創(chuàng)新，是新時(shí)代發(fā)展的重要使命。未來(lái)，西青區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)將繼續(xù)聚焦數(shù)字融合，不斷探索新路徑、新方法，把弘揚(yáng)科學(xué)精神貫穿于教育全過程，激發(fā)青少年的好奇心、想象力、探求欲。

（徐德明）