智慧教育環(huán)境下小學(xué)科學(xué)教育的創(chuàng)新實踐研究

隨著《教育信息化2.0行動計劃》的推行，智慧教育環(huán)境憑借數(shù)字化、智能化、個性化特質(zhì)重塑基礎(chǔ)教育生態(tài)。小學(xué)科學(xué)作為培育學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的啟蒙課程，面對教學(xué)內(nèi)容抽象特質(zhì)與學(xué)生認知具象特性的矛盾，傳統(tǒng)教學(xué)模式在資源供給、互動效率、個體關(guān)注方面存在局限。智慧教育環(huán)境借助技術(shù)賦予能力，給科學(xué)概念可視化、探究過程具象化、學(xué)習(xí)支持精準(zhǔn)化提供了助力。筆者基于小學(xué)科學(xué)教育實際需求，結(jié)合教學(xué)實踐，系統(tǒng)剖析智慧教育環(huán)境下的創(chuàng)新實踐原則，以蘇教版小學(xué)科學(xué)教材五年級下冊為載體搭建實踐途徑，旨在給一線教師供應(yīng)可操作的教學(xué)樣式，促使科學(xué)教育獲得高質(zhì)量發(fā)展。

一、智慧教育環(huán)境下小學(xué)科學(xué)教育創(chuàng)新實踐的原則

（一）以學(xué)生為中心原則

以學(xué)生為中心是智慧教育環(huán)境下小學(xué)科學(xué)教育創(chuàng)新實踐的核心準(zhǔn)則。每名學(xué)生皆是獨一無二的個體，在學(xué)習(xí)本領(lǐng)、興趣喜好、認知樣式等方面存在差異，教學(xué)活動要充分尊重這些差異，留意學(xué)生個體需求與發(fā)展特點。教師需轉(zhuǎn)變角色，從知識傳授者變?yōu)閷W(xué)習(xí)引導(dǎo)者。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)采用多種方法了解學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)狀態(tài)，如學(xué)情剖析、學(xué)習(xí)診斷等，據(jù)此設(shè)計分層教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動，滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。同時，激勵學(xué)生踴躍參與課堂討論、實驗探尋、項目實操等活動，給予學(xué)生充足的自主空間，引導(dǎo)學(xué)生在自主探尋與合作交流中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培育學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力與實踐能力，依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)狀況確定教學(xué)方式，推動學(xué)生的全面進步和個性化發(fā)展。

（二）科學(xué)性與趣味性相結(jié)合原則

小學(xué)科學(xué)教育既要保證知識科學(xué)、準(zhǔn)確以及系統(tǒng)，又要注重引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，達成科學(xué)性與趣味性的有機融合?？茖W(xué)知識是人對自然規(guī)律的歸納與提煉，具備嚴(yán)密邏輯體系以及客觀真理性質(zhì)。在教學(xué)中，教師要依照科學(xué)知識內(nèi)在邏輯和學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)學(xué)生探索科學(xué)概念、原理和方法，幫助學(xué)生搭建正確的科學(xué)認知架構(gòu)。小學(xué)生的認知特點決定了他們更容易對生動有趣且具有吸引力學(xué)習(xí)內(nèi)容產(chǎn)生興趣，因此，在確?？茖W(xué)性的前提下，教師要巧妙地將趣味元素融人，借助創(chuàng)設(shè)真實的教學(xué)情境、講有意思的科學(xué)故事、設(shè)計新奇的實驗活動、做互動性強的科普游戲等，引發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，促使學(xué)生在輕松愉悅的氣氛里學(xué)習(xí)科學(xué)知識，感受科學(xué)的魅力。同時，教師要掌握好分寸，防止因過分追求趣味性而忽略知識的科學(xué)性實質(zhì)，保證趣味性服務(wù)科學(xué)性，讓學(xué)生在興趣帶動下深入理解科學(xué)知識，培育科學(xué)思維及科學(xué)精神。

（三）技術(shù)與教學(xué)深度融合原則

達成技術(shù)與小學(xué)科學(xué)教學(xué)的深度融合，是發(fā)揮智慧教育長處的關(guān)鍵。技術(shù)應(yīng)用不應(yīng)只停留在輔助教學(xué)的淺層次水平，而是應(yīng)深人教學(xué)的各環(huán)節(jié)中，與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)評估等深度融合，達成技術(shù)與教學(xué)的有機統(tǒng)一。在教學(xué)設(shè)計階段，教師要依照教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，恰當(dāng)挑選適宜的技術(shù)工具和資源，如借助虛擬現(xiàn)實（VR技術(shù)）模擬繁雜的科學(xué)實驗情形，借助數(shù)據(jù)剖析工具了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和學(xué)習(xí)需求；在教學(xué)實施階段，發(fā)揮技術(shù)的長處，探索有效教學(xué)模式，如線上線下混合式教學(xué)、基于項目的學(xué)習(xí)等，提升教學(xué)效能與質(zhì)量；在教學(xué)評價環(huán)節(jié)，教師可借助技術(shù)達成評價的多元和智能，如借助學(xué)習(xí)分析技術(shù)針對學(xué)生學(xué)習(xí)過程及學(xué)習(xí)成果作出全面客觀評價，為教學(xué)改進提供確切的數(shù)據(jù)支撐。同時，教師需要重視提高自身信息技術(shù)素養(yǎng)與技術(shù)應(yīng)用本領(lǐng)，以熟練運用技術(shù)進行教學(xué)活動，避免技術(shù)運用的形式化和盲目性，切實使技術(shù)為教學(xué)服務(wù)，促使小學(xué)科學(xué)教育實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。

二、智慧教育環(huán)境下小學(xué)科學(xué)教育創(chuàng)新實踐的路徑

（一）依托數(shù)字技術(shù)，促使課程設(shè)計革新

智慧教育環(huán)境中的課程規(guī)劃要突破教材章節(jié)約束，以真實問題為導(dǎo)向整合學(xué)習(xí)內(nèi)容，搭建“學(xué)科邏輯一生活邏輯一認知邏輯”三合一的課程結(jié)構(gòu)。在跨學(xué)科融合設(shè)計時，教師應(yīng)圍繞核心概念來組織學(xué)習(xí)單元，如以“生態(tài)平衡”為主題，整合科學(xué)“生物與環(huán)境”數(shù)學(xué)“數(shù)據(jù)統(tǒng)計”美術(shù)“自然筆記\"等學(xué)科內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維。項目式學(xué)習(xí)課程注重真實情境創(chuàng)建，教師應(yīng)把教材知識點變成能探究的驅(qū)動性問題，如結(jié)合“環(huán)境與我們”單元，設(shè)計“校園垃圾分類改善計劃\"項目，引導(dǎo)學(xué)生借助調(diào)查、實驗、設(shè)計、實施等，綜合運用科學(xué)方法完成項目任務(wù)。教師還可拓展生活化課程，建立教材內(nèi)容和現(xiàn)實生活之間的連接，使家庭、社區(qū)成為學(xué)習(xí)場所，幫助學(xué)生在解決實際問題中深化科學(xué)認知。

以“微生物的‘功'與‘過'\"教學(xué)為例，教師應(yīng)聚焦生活實際，在智慧課堂中推送微生物在食品制作（像酸奶、面包發(fā)酵）疾病傳播（如流感）中的具體案例，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)生活經(jīng)驗提出探究問題—“微生物怎樣影響我們的生活”。針對“微生物有無益處”的有爭議問題，學(xué)生可分組進行對照實驗：一組借助恒溫培養(yǎng)箱觀察面包霉菌在不同溫度下的生長情形，憑借傳感器實時記錄濕度變化數(shù)據(jù)；另一組依靠虛擬實驗室模擬抗生素對大腸桿菌的抑制進程，剖析藥物濃度與殺菌效果之間的關(guān)聯(lián)。教師可引導(dǎo)學(xué)生將實驗數(shù)據(jù)上傳至教學(xué)云平臺，供全班學(xué)生進行對比研討，形成“微生物有著促進物質(zhì)循環(huán)的‘功’，也存在引發(fā)疾病的‘過’\"的辯證認識。通過對“功”與“過”的分析，學(xué)生能逐步增強科學(xué)意識，實現(xiàn)教學(xué)設(shè)計的可持續(xù)創(chuàng)新和推動課程教學(xué)的發(fā)展，切實發(fā)揮出智慧教學(xué)的內(nèi)在動能。

（二）打造智慧課堂，引領(lǐng)教學(xué)方式革新

智慧教育環(huán)境為多樣教學(xué)法提供了有效支持。在情境教學(xué)中，教師可借助虛擬仿真技術(shù)營造沉浸式學(xué)習(xí)情景，將宏觀天體運動或者微觀物質(zhì)變化直觀呈現(xiàn)給學(xué)生；在合作學(xué)習(xí)時，依靠在線協(xié)作平臺可達成分工明確、過程可視的小組探究；在探究式教學(xué)中，教師可借助智能工具降低數(shù)據(jù)采集和分析的困難程度，促進學(xué)生科學(xué)思維培育。此外，教師應(yīng)依據(jù)教學(xué)內(nèi)容特征選擇教學(xué)方法，如抽象概念的教學(xué)應(yīng)優(yōu)先運用情境模擬，實驗探究類課程著重小組協(xié)作，規(guī)律知識學(xué)習(xí)適宜引導(dǎo)學(xué)生自主探究。

比如，在“我們來進行仿生\"的主題教學(xué)中，教師可以“設(shè)計仿生工具”為核心任務(wù)，整合情景模擬、小組合作和智能工具運用，搭建“觀察一剖析一謀劃一檢驗\"的探究鏈路。教師可借助AR技術(shù)，在教室地面投射蝙蝠回聲定位、荷葉表面結(jié)構(gòu)等3D模型，學(xué)生戴上智能眼鏡觀測生物特征，結(jié)合教材案例提出問題：“自然界的什么結(jié)構(gòu)可為人類發(fā)明提供靈感？”教師借助智慧課堂系統(tǒng)隨時收集學(xué)生提問，分析高頻問題產(chǎn)生的原因。另外，教師可引導(dǎo)學(xué)生進行小組協(xié)作探究，按照學(xué)生的興趣分成“動物組\"“植物組”“微生物組”，借助在線協(xié)作平臺進行分工，如觀察員在數(shù)字資源庫中搜集仿生案例（如蝴蝶翅膀與防偽紙幣、魚與潛水艇），記錄者用電子表格整理生物特征和對應(yīng)技術(shù)，分析者對照分析自然結(jié)構(gòu)與人工制品的原理共性。在整個教學(xué)過程中，AR技術(shù)解決了生物結(jié)構(gòu)觀察的時空限制，在線協(xié)作平臺達成了跨小組知識分享，智能工具簡化了原理驗證與模型制作流程，讓學(xué)生處于真實的仿生設(shè)計情境中，展現(xiàn)了智慧教育環(huán)境下“做中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)”的教學(xué)特性。

（三）專注教學(xué)質(zhì)效，啟動智慧教學(xué)評估

在智慧教育的過程中，教學(xué)評價要沖破單一紙筆測試的限制，構(gòu)建包含知識、技能、態(tài)度的多元評價指標(biāo)體系。其中，過程性評價應(yīng)借助學(xué)習(xí)平臺全程記錄學(xué)生的探究行為，涵蓋實驗設(shè)計辦法、數(shù)據(jù)收集進程、小組討論記載等，借助人工智能科技剖析思維發(fā)展脈絡(luò)。評價結(jié)果反饋注重即時性和指導(dǎo)性，如針對學(xué)生在“巖石特征描述”中的觀察偏誤，系統(tǒng)自行推送礦物標(biāo)本觀測微視頻，幫助學(xué)生修正認知。評價方式注重學(xué)生自評及互評，通過設(shè)計科學(xué)探究評價量表，促使學(xué)生從“證據(jù)收集嚴(yán)謹(jǐn)性”“合作貢獻程度”“問題解決創(chuàng)新性\"等方面開展自我反思以及同伴評價，培養(yǎng)元認知能力。

比如，教師可在“地球的運動”單元建立“科學(xué)探究能力發(fā)展檔案”，全面記錄學(xué)生在“晝夜交替現(xiàn)象”

學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)。上課前，教師可借助智能問卷診斷學(xué)生對晝夜成因的前概念，并標(biāo)注典型錯誤認識。例如，在“太陽繞地球轉(zhuǎn)\"教學(xué)中，教師可借助VR地球儀模擬地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，引導(dǎo)學(xué)生通過虛擬操作，觀察不同維度地區(qū)的晝夜變化，借助平臺即時遞交操作截圖和思考筆記。教師標(biāo)記關(guān)鍵節(jié)點（如恰當(dāng)調(diào)節(jié)地軸傾斜角度）開展過程性評價。課后，小組一起制作“四季成因演示模型”，上傳制作視頻并搭配解說詞，系統(tǒng)自行辨別視頻里科學(xué)概念精確性，參照同伴互評分?jǐn)?shù)來生成綜合評價報告。在期末，教師可借助數(shù)據(jù)可視化工具做出學(xué)生個人本領(lǐng)“雷達圖”，直接展現(xiàn)學(xué)生“觀測本領(lǐng)”“模型搭建”“推理證明\"等方面的發(fā)展曲線，并針對“模型解釋不全”等共性問題，開設(shè)專題工作坊，進行針對性指導(dǎo)。這種評價方法把學(xué)習(xí)進程轉(zhuǎn)化成能追溯的數(shù)字蹤跡，讓教師精確抓住學(xué)生發(fā)展難點，學(xué)生借由可視化報告明晰努力方向，達成“以評促學(xué)、以評促教”的循環(huán)狀態(tài)。

綜上所述，智慧教育環(huán)境給小學(xué)科學(xué)教育創(chuàng)新帶來技術(shù)賦能和理念革新的雙重助力。教師借助剖析教育特征、萃取創(chuàng)新準(zhǔn)則、搭建實踐途徑，展現(xiàn)技術(shù)與學(xué)科深度交融的可行辦法，依據(jù)教材的課程設(shè)計、教學(xué)方法與評價革新，切實提高了學(xué)生科學(xué)探究興趣以及問題解決本領(lǐng)。然而，智慧教育環(huán)境下的科學(xué)教育依舊面臨教師科學(xué)技術(shù)素養(yǎng)不均衡以及家校協(xié)同機制不完善等問題。未來，教師應(yīng)研究探尋將人工智能應(yīng)用于個性化學(xué)習(xí)指導(dǎo)的方法，構(gòu)建“技術(shù)一教師一學(xué)生\"協(xié)同演變的科學(xué)教育生態(tài)，為培育具備科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神的時代新人筑牢根基。

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（責(zé)任編輯：趙靜璇）