《東南西北》一課團隊教研沙龍

科學課程標準將科學課程定義為一門體現科學本質的綜合性基礎課程，還特別強調了科學課程的實踐性。課程標準理念的真正落地，依賴于能夠體現理念的教材以及貫徹理念的教學。在《東南西北》一課教學中，北京市西城區金娜工作室對課程標準、教材、教學進行針對性的研討，使團隊中的每個人都有所收獲。

關于教學分析

（王婷婷）課程標準將科學課程內容劃分成13個學科核心概念，《東南西北》一課主要聚焦核心概念“物質的運動與相互作用”和“宇宙中的地球”，1～2年級的學習內容和內容要求如下：使用前后左右、東南西北、上下、遠近等描述物體所處的位置和方向；觀察并描述太陽每天在天空中東升西落的位置變化，初步學習根據太陽的位置辨認方向。

了解了課程標準中讓我們“做什么”，再看看教材指導我們“怎樣做”吧。

一年級“位置和方向”單元由《前后左右》《東南西北》《校園“尋寶”》三課組成。教材從根據太陽的位置辨認方向入手，力圖幫助學生在多次、多空間辨別方向過程中找到并掌握辨認東南西北的方法，并通過戶外實地觀察和辨認，應用所學知識，解決實際生活中的問題，將科學與生活緊密聯系，達到培養學生核心素養的目的。

試教之初，我們對區域內教師進行了調研：您在《東南西北》一課的教學中有哪些困惑，遇到了什么問題呢？

根據調研結果制作了詞云圖（如圖1），詞云圖顯示，教師的困惑大多集中在學生沒有方向感、不知道怎么實踐等。學生的情況又如何呢？

前測顯示，一年級學生對于“前后左右”掌握得比較好，能夠從平面及立體兩個維度描述自己前后左右的景物，甚至可以轉換視角進行描述。這源于生活中大量的經驗以及數學課上的學習，在學生的腦海中，東南西北雖被稱作方向，但多是指某四個點，說明他們還沒有形成屬于自己的空間感。

基于以上分析，我們將本課的關鍵詞定為“實踐”以及“空間感”。

關于試教與改進

（王婷婷）在本課教學中，如何凸顯科學課程中的實踐性，在有限的課堂時間內提質增效，幫助低年級學生逐步形成空間感呢？

（肖茜）這就要用到模型了。根據資料顯示，一年級學生已經初步具備了抽象思維的能力，在這個階段我們要幫助他們將動作思維、形象思維和抽象思維建立聯系，而模型能很好地幫助他們進行理解與學習。我們用三個平面圍住，形成了第一代教具（如圖2）。這種模型不但可以排除一些無關因素，突出利用太陽辨認方向這一特點，還能根據教學要求使難以觀察到的對象特征（三個時間點的太陽）清晰地呈現在學生面前，以滿足他們的觀察需要。

（王婷婷）第一代教具確實對學生形成空間感很有幫助，但是在教學實踐中，我發現教具不夠立體，例如太陽，我們是不是也能將它變成立體的呢？還有一點，因為圍擋的存在，可視的范圍比較小，會出現有人看不到的情況，低年級學生也容易發生爭搶。有沒有什么方法改進一下呢？

（殷晴）針對這個問題，我們對教具進行了改進，制作了第二代教具（如圖3）。我們將太陽形態進行了改進，并且撤銷圍擋，同時，利用學校平面圖配合著教具的使用。在試教中，我們又發現了新的問題：將教具立起來，視角也隨著改變了，這會影響學生的判斷。

（王婷婷）是的。一年級學生的空間感還沒有建立，別看教具只是平放和豎放的區別，但是視角的頻繁轉換對他們來說容易混淆，會出現描述不清楚的現象。我們都知道語言是思維的外殼，表達不清說明學生的思維是混亂的。怎么能夠幫助學生在交流過程中展示，并且是從他們的視角出發呢？

（馬廷軒）這時候就要用到數字化手段了，我們在課堂上采用的是無線投屏的方式（如圖4）。

無線投屏能在局域網環境或互聯網下利用相關軟件實現幾乎無延遲的影像轉播，將手機拍攝到的畫面實時投放到大屏幕上。這樣可以讓學生在不移動教具的情況下進行展示，同時還能收錄桌面上的物品等畫面，讓他們認識到畫面中是平放在桌面上的立體模型，能與自己建構的模型在視角與方位上相對應，有效避免了傳統實物投影或上臺展示中出現的移動教具、視角轉換的問題。

（王婷婷）教具的問題解決了，交流視角的問題也解決了，課堂教學的效率大大提高了，但是帶學生外出進行實地觀察時會出現攜帶不方便的現象，我們的教具有點重。

（殷晴）別擔心，我們在室外準備了相同的教具，避免了不方便攜帶的問題（如圖5）。

（肖茜）這個教具和室內那個有點不一樣，上面放了學校建筑物的圖片。

（殷晴）學生將學校的建筑物圖片擺放在適當的位置，再一次建構了學校的立體模型。學生在應用模型的過程中，又一次提升了空間感。

（王婷婷）好辦法！還有一個問題：陰天或下雨時無法觀測太陽，有沒有可以解決的方法呢？

（臧冬雨）查閱資料時我們發現，古代維京人曾使用太陽石確定太陽的位置。簡單來說，利用了光通過碳酸鈣晶體時產生的雙折射現象，通過移動、旋轉太陽石，當投射出的兩個影像亮度相同時，太陽石指向的便是太陽的位置。

但課堂上這樣做，一是會占用觀察的時間，二是學生的觀感不太好，還會將注意力轉移到玩石頭上。因此，我們放棄了這一方案。還有沒有其他的方法可以幫助學生確定太陽的位置呢？

（馬廷軒）可以繼續應用數字化手段。我們找到了能夠實時呈現天體位置的軟件——星空漫步。這個軟件能夠通過定位系統和內置陀螺儀感知設備，顯現實際太陽的位置（如圖6）。在天氣不佳的情況下，學生也可以直觀感知。

不過，一年級學生在使用軟件時存在如下問題：少數學生空間感較弱，難以將模擬畫面中太陽的位置與實際環境相對應。為此，我們可以為學生開啟軟件中的AR功能，將太陽位置與實際攝像頭拍攝到的景物相融合，讓他們直觀看到太陽與實景間的關系，助力他們初步建立空間感。

（臧冬雨）現在是早上，太陽在偏東方的位置，所以利用課上東南西北的排列規律，左面是北、右面是南、前面是東、后面是西。這樣就可以分辨此時教室里的方位了。

（馬廷軒）另外，這一軟件除了太陽以外，還能實時呈現其他天體的位置，如行星、星座等。因此，在高年級的宇宙單元中也可以加以應用。

（臧冬雨）該軟件操作界面對于一年級學生來說有點復雜，在試講過程中，出現過學生誤觸屏幕導致界面變動需要教師復原的情況。我們可以嘗試用手機與自拍桿組合的方式避免學生誤觸，但對于一年級學生來說設備較重，需要進一步優化。曾有教師想到過將手機或者平板電腦固定在密閉、透明的塑料盒中，在保證軟件正常運行的情況下，最大限度保障學生的觀感。經試講，效果確實有很大提升。數字化手段也可以根據學生的特點與校園實際情況對教學方式進行實時調整、綜合考慮后在課堂上加以應用。

（王婷婷）試講中還發現一個問題：學生在擺放模型時，會將早晨、中午、傍晚的太陽模型擺在一條線上。這說明學生還沒有形成立體空間感，我們有什么方法可以幫助他們感受真實的太陽在一天中的變化呢？

（馬廷軒）太陽視運動是立體的：在北半球，太陽從東方升起后，在升高的同時向偏南方運動，正午前后到達偏南方。這一運動在平面的屏幕或圖像中無法呈現，也就難以在課堂上幫助學生全面地感受這一過程。

因此，以初步建立空間感為目的，我們在教室中設置三塊屏幕，分別放置在教室的東、南、西三個方向，模擬實際環境中三個方向的天空。呈現內容則可以朝向相應的三個方向，分別進行延時攝影，記錄一天中太陽位置的變化并分別在對應的屏幕上加速播放。當拍攝條件有限時（學校周邊有高樓遮擋等），也可以從網絡上找到使用廣角鏡頭拍攝的延時攝影畫面，通過后期裁剪處理的方式，將偏東方、南方與偏西方分開，呈現近似的效果。

通過如圖7所示的方法，教室中的三塊屏幕同時亮起，太陽像在真正的天空中一樣，從東面的屏幕上升起，一段時間后進入南方的屏幕，從偏南方劃過，傍晚進入西方的屏幕，從西方落下。直觀且立體地將太陽的三維運動呈現出來，幫助學生初步建立空間感。

（王婷婷）以上的教學是否有效呢？我們利用區域內研究成果——學習性評價量表對課堂教學的過程進行了評價，通過對學生的表現性評價，監測教學的有效性并實時調控教學。

（肖茜）我們使用學習性評價的目的是：在課堂教學中監控我們對教材的理解是否到位，能否把課程標準中的精神轉化在實際的課堂教學中，促進學生的發展。學習性評價主要分為交流、操作、態度和記錄四個維度，評價學生在課堂上不同的行為表現，每個維度又分為了初發展、發展中和提升期三個層次。

（殷晴）本節課對交流維度進行了評價。初發展——在教師指導下根據早、中、晚太陽的位置說出東南西北四個方向。發展中——通過比較，用不同方式表述東南西北的排列有規律。提升期——能夠在類似空間中，利用太陽及方向規律辨別東南西北，并描述各方向上的事物。每個層級表示學生所能達到的具體行為表征。我們先看初發展階段，如果學生能利用太陽的位置，說出東南西北四個方向，說明他已經到達了這個階段。

（臧冬雨）學生在組內的哪些行為可以體現出他們到了發展中或者提升期的層級呢？

（殷晴）在第一課時，有的學生在判斷方向時蹲下身子，把自己當作是模型中的小人，能夠通過比較，用不同方式表述東南西北的排列有規律。在第二課時，教師可以帶著學生到戶外辨別方向。所有教學內容完成后，大部分學生能夠在類似空間中，利用太陽及方向規律辨別東南西北，并描述各方向上的事物。

在整個單元教學中，依據評價標準對學生進行“教—學—評”一體化評價，這也是我們團隊日常教研中一直在做的。

關于教學策略

（王婷婷）一系列有結構、有層次的立體模型的應用，讓一年級學生接觸到了利用模型解決科學問題的思維方法，能夠初步感知到跨學科概念“系統與模型”。本課通過兩次從實物到實物模型的轉化（由太陽在天空中的位置到太陽位置模型，由在陽光下辨認方向到在太陽位置模型中辨認方向），力圖幫助學生在頭腦中形成辨別方向的思維模型。

教材在編排上十分注重學習進階。對地球與宇宙領域各學段的教學內容進行梳理，可以發現教材搭建的空間能力培養模型。一年級的教學要力圖幫助學生在實踐中初步形成空間感，為中年級的空間感知力、高年級的空間想象力的培養奠定堅實的基礎。

（馬廷軒）實時投屏、延時攝影、多屏展示、軟件助力，都是我們在將信息技術與科學教學深入融合過程中的新嘗試，從一定程度上體現了教學方式的變革。數字化手段在課堂上不能僅作為呈現內容的工具，更應該讓學生應用于實踐之中。

（王婷婷）確實是，數字化手段不僅可以最大限度地提升課堂實效，幫助學生疏通實踐、交流過程中的堵點，為概念建構、空間感形成助力，更重要的是可以開闊學生的視野，在他們心中埋下信息技術的“種子”，為高年級乃至初、高中的自主研究提供方法和借鑒，促進學習方式的變革。

在教育“雙減”的大背景下，我們應該更加強調和重視教學質量，怎樣在有限的課堂教學中做到提質增效？每次試講時可以利用我區已有的研究成果——學習性評價體系，收集學生表現數據，通過對數據的分析，實時動態調控教學，改進、刪減無效環節，著力提升課堂實效。

關于共識與總結

（王婷婷）本課的教學就是利用以上教學策略，圍繞“方向辨別挑戰賽”的游戲情境展開的。我們在設計的時候，充分考慮到了幼小銜接。一年級學生科學實踐活動更應注重活動化、游戲化、綜合化的特點，幫助他們產生科學興趣，積極參與科學實踐。在三個層次的實踐、兩次轉化的牽引下，最終幫助學生在實踐中逐步掌握辨別方向的方法。

（金娜）本課的教學研究任務已經階段性完成，但我們的研究永遠在路上，在科學實踐中真正做到提質增效是我們未來一段時間研究的方向。我們也將在教學中持續落實課程標準、新教材理念，多實踐，勤總結，為課程標準理念落地梳理出“西城經驗”。

（工作室成員：王婷婷，北京小學；肖茜，北京雷鋒小學；殷晴，北京市西城區育翔小學；馬廷軒，北京市宣武師范學校附屬第一小學；臧冬雨，北京市西城區育翔小學；金娜，北京市西城區教育研修學院）