學本課堂在小學科學教學中的實踐

引言

學本課堂即以學習者學習為本的課堂，在小學科學課堂中，開展學本課堂，關鍵在于實驗教學。小學科學實驗教學，往往受到實驗現象、實驗條件、安全等因素的限制，難以滿足學生科學探究的需求。隨著信息技術的不斷發展，虛擬實驗應運而生，為小學科學學本課堂的開展提供了新的途徑和思考。

一、問題的提出

義務教育科學課程是一門體現科學本質的綜合性基礎課程，具有實踐性。實驗教學是國家規定的教學內容，是縱深推進教育數字化的重要發力點之一。《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》中提出，為落實培養目標，義務教育課程應遵循的基本原則是變革育人方式，突出實踐，倡導“做中學”“用中學\"“創中學”，這些都是建設學本課堂的理論支柱。小學科學課程主要是通過一系列的實驗和活動，幫助學生掌握科學的基本知識和技能，培養他們的科學思維和動手能力。實驗教學可以讓學生更直觀地理解科學現象，提高他們的學習興趣和積極性。教育應遵循學生成長的規律。小學生熱愛科學，喜歡科學課，而在小學科學課堂中他們實踐的機會和時長卻很有限。

虛擬實驗作為一種新型的教育手段，通過計算機技術模擬真實實驗過程并讓學生進行觀察和操作，可以作為小學科學實驗教學的有力輔助。虛擬實驗在一線課堂能給予學生更多接觸實驗操作的機會，提升學生的注意力，使其積極思考操作步驟和方法。

二、小學科學虛擬實驗研究的背景及現狀

2023年5月，教育部等十八部門聯合印發的《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》中明確指出要創造條件、豐富內容，拓展科學實踐活動，要在教育“雙減\"中做好科學教育加法的各項措施。虛擬實驗是傳統實驗教學與現代新興科技的有機融合。

教育部2013年發布通知，鼓勵持續推進實驗教學信息化建設。目前，國內一些高校的實驗室及研究所也設立了虛擬實驗室，如中國科學技術大學開發的物理虛擬實驗平臺和北京郵電大學的電子信息虛擬仿真實驗教學系統。

在中小學科學教育領域，虛擬實驗也在逐步加以應用。北京中關村二小利用虛擬實驗讓學生化身為航天員，穿梭于宇宙中，拉近了學生與宇宙科學的距離。南師附小將虛擬實驗運用于生物學中“心臟的認識\"教學，心臟結構能通過虛擬實驗全面呈現，形象直觀，學生的學習主動性被激發。

國外對于虛擬實驗的研究和應用主要在醫療、3D動畫設計及教育等方面。

目前，國內外關于虛擬實驗的應用在大學和初、高中課程中較多，在小學科學實驗教學中的應用才處于起步階段。

三、應用研究與分析

通過行動研究，我們發現學本課堂得扎實做好以學生為中心，以學習為中心，教師的作用體現在整體設計和把控上面。使用虛擬實驗的目的是有效幫助科學教師提升教學效率，給予學生更多能夠進行實踐操作的機會。下面主要對小學科學課堂怎么運用虛擬實驗和課例進行分析，展示學本課堂在小學科學教學中的實踐。

（一）課堂應用研究

1.創設情境

根據小學生的年齡特點，我們可知他們的興趣廣泛，教師課堂中應該引導學生觀察身邊的物體，給予其充分的時間去交流討論及動手實踐。關注時事，聯系生活創設真實情境，讓學生帶著思考進入科學課堂。小學科學教材中有部分課時內容比較抽象，學生難以想象，這時教師就可以借助虛擬實驗，創設情境，給學生的學習搭梯子。在宇宙單元《八顆行星》教學時，學生雖然知曉太陽系八大行星的名稱和順序，但是無法感受到它們在太陽系中的大小比例、是否自轉、自轉方向及運動關系等。這時就可以通過虛擬實驗平臺展示太陽系圖片或視頻，如太陽系的全貌或八顆行星的運轉情況，引發學生的興趣，并提問學生關于太陽系和八顆行星的相關知識。教師甚至可以利用專門的虛擬實驗軟件，模擬太陽系中八顆行星的運動，設定不同的視角和參數，讓學生觀察行星繞太陽運轉的軌跡、速度以及它們之間的相對位置關系。通過虛擬實驗的觀察和分析，幫助學生建立起對太陽系和八顆行星的初步認知，讓他們意識到太陽系中天體的運動是有規律的，并可以逐漸被人們認識。這樣的導人環節能夠激發學生的學習興趣，為其后續深人學習八顆行星的知識打下基礎。

2.資源多樣

課堂教學的關鍵在于產生認知沖突時，作為一名專業的小學科學教師得具有系統的專業知識作為基礎支撐，再輔以適合的方式讓學生理解和應用。例如“觀察水中微小的生物”的教學，重點是觀察顯微鏡下的水中微生物。前期的準備工作是提前一周利用干草進行培養，取水時需從靠近水面處取水，但是受溫度等因素的影響，能培養出草履蟲的概率較低，這時教師就需要引導學生思考原因了。而虛擬實驗則能夠通過高分辨率的顯微鏡圖像和三維模擬技術，將這些微小生物放大并清晰地呈現在學生面前。這樣一來，學生們就能夠更加直觀地了解這些生物的形態結構、運動方式等特征，從而加深對這些生物的認識。在本節課中，可以采用虛實結合的方式進行實驗教學，在課前提前進行水中微小生物培養，并在課上制作玻片標本并進行觀察，再結合虛擬實驗進行拓寬。虛擬實驗不僅能夠為學生們提供一個直觀、清晰的觀察體驗，還能夠模擬真實的實驗環境，降低實驗成本和風險，促進學生自主學習和合作學習，支持數據分析和結果呈現。

3.精心設計問題串

科學課實施學本課堂關鍵在于問題串。主問題是引導學生進行深度學習、激發思維和促進知識建構的關鍵。問題串是圍繞主問題設計的一系列相關聯、遞進式的問題，旨在逐步引導學生深入思考、探索和理解科學概念。

主問題和問題串的設計，可以有效地引導學生在科學課的學本課堂中進行深度學習，促進他們的思維發展和知識建構。

以“植物的生長變化”“巖石與土壤”單元為例，會有“種子的哪一部分有可能發育成植物”和“推測大自然中的巖石有何種變化”等問題。這些問題指向本節課的教學自標和核心概念，具有開放性，能夠激發學生的好奇心和求知欲。在學生進行組內討論、交流之后，再利用虛擬現實技術展示種子內部結構模型，模擬種子的萌發過程，展示胚芽如何突破種皮，胚根如何向下生長，學生在觀察中深入思考種子的哪一部分會發育成植物的哪些部分。自然界中的巖石種類多樣，學生對于巖石和土壤很熟悉，但是對于“推測大自然中的巖石有何種變化\"這個問題缺乏觀察基礎。利用虛擬現實技術，可以展示不同類型的巖石（如沉積巖、巖漿巖、變質巖）及其特征，展示巖石如何因溫度變化而破裂，如何因水流沖刷而磨損，以及如何因重力作用而移動和堆積。學生可以在虛擬環境中選擇不同的巖石和自然條件，觀察巖石的變化過程。教師需引導學生總結虛擬實驗的觀察結果，鼓勵學生將虛擬實驗的觀察結果與實際生活中的現象相結合，思考并討論這些現象對環境和人類活動的影響。通過運用虛擬實驗，學生可以更加直觀地理解種子的發育過程和巖石的變化機制，提高他們的學習興趣和參與度。

4.拓展延伸

學本課堂關注學生的主體性是否得到了充分的體現和尊重。通過設計以學生為中心的教學活動、提供豐富的學習資源和支持、注重評價與反饋以及鼓勵學生自我延伸與拓展等措施，可以激發學生的學習興趣和探究欲望，培養他們的自主學習能力和創新精神。學生通過科學學本課堂，短暫地解決了一個小問題，又帶著一個大問號走出教室。學生在課堂中探究、研討，發現更多的問題，并持續思考與研究。

拓展延伸可以是實驗內容，在現有的實驗教學基礎上，增加更多與小學科學課程相關的實驗內容，如物理、化學、生物、地球科學等領域的經典實驗和前沿探索。拓展延伸還可以是在虛擬實驗中融入科學史和科學家的故事，讓學生了解科學發展的歷程和科學家們的探索精神，培養他們的科學素養和人文情懷，如在小學科學六年級的“小小工程師\"單元引入南仁東的故事，在“生物的多樣性\"單元加入達

爾文的介紹。

雖然虛擬實驗教學的模式可以很好地體現學本課堂特性，但是在實踐中還應注意虛擬實驗的應用要適度。教師不能過于依賴虛擬實驗技術，應精心設計課程，充分調動學生的主觀能動性。課堂中，教師要根據學生的實際情況來安排和調整虛擬實驗的內容和形式，且實驗的設計要符合學生認知規律。

（二）課例分析

以小學科學六年級下冊“宇宙”單元整合課為例，逐步分析結合虛擬實驗的小學科學課的學本課堂特色。

本節課的導入部分從當下熱點話題談起，通過播放視頻的方式展示了嫦娥六號在月球背面揮舞國旗，強調這個國旗大有來歷。這樣的導人符合學生的年齡特點，學生關注度高，能迅速引起學生興趣，隨后順利引出月球相關知識。月球是距離我們最近的星球，那么關于宇宙你還了解哪些？這樣的過渡自然順暢。

探索環節設計了“關于宇宙我知道”這個主問題，通過小組合作、查閱資料、交流討論等形式逐步總結日食和月食形成的種類及原因，繼而引出太陽、銀河系、河外星系及星座等相關知識。按照由近及遠的順序，學生有邏輯地進行單元復盤。這需要授課教師對學生的學習情況有充分的了解，才能全面地進行復習總結，考查了教師的知識儲備及臨場反應能力。學生在小組比拼中，激發了斗志，既能靜下心來思考、閱讀，也能通過積極討論、交流等方式，不斷擴充自己的知識面。學生的主觀能動性得到了很好調動。

拓展環節通過補充太陽系八大行星自轉方向、速度及自轉軸角度和我國航天全記錄等相關資料，讓學生認識到課堂上還有很多細微之處等著我們去發現、探查。本環節還培養了學生的愛國之情和民族自豪感。他們既感嘆人類的渺小，又對神秘的宇宙產生無限的遐想。學生們帶著一系列與宇宙相關的問題完成了本節課的學習。

本節課本質上是復習總結課，可學生對于已經知曉的知識缺乏興趣，這就需要我們創新教學方式。當課堂聯系生活，當舊知輔以新知，當古往今來的航天路從眼前走過，我們很難不產生波瀾。這樣的科學學本課堂學生喜歡，教師也歡喜。

世界變化前所未有，我們的學生以后要做什么？我們的學生以后會碰到什么問題？孩子們以后使用什么樣的方法和工具學習呢？我們都不知道。我們必須重視學生科學素養的培養，走向以科學探究活動為核心的科學課，這樣的科學課就是科學的學本課堂。

四、結語

利用虛擬實驗教學模式開展小學科學教學的學本課堂，是值得繼續探究的課題。毋庸置疑，虛擬實驗技術的應用，可以幫助學生更加直觀、深入地了解科學原理和應用，提高他們的學習興趣和參與度。然而，虛擬實驗的開展也存在一定的挑戰和限制，需要與傳統實驗相結合進行使用。未來，隨著信息技術的不斷發展和完善，虛擬實驗將在小學科學實驗教學中發揮更加重要的作用。學本課堂強調課堂應以學生為中心，那么教師就應該以學生為中心來設計教學活動。在教學設計中，應充分考慮學生的需求和興趣，以學生為中心開展教學活動。例如，根據學生的學習水平和能力，設計不同層次的虛擬實驗和傳統實驗活動，讓學生能夠在自己的能力范圍內進行探索和學習。

學本課堂對于教師有著更高的要求，比如必須密切關注學生的學習進度與過程，會充分運用信息化手段，如虛擬實驗等方式為學生提供更多的資料。小學科學學本課堂應為學生提供更多探究實踐的機會，保證一節課不少于15分鐘的學生活動時間，讓學生在實際操作、整理、實踐和探究中學習。努力讓學生帶著問題進課堂，讓學生去發現、探究，拓寬知識面，夯實學科基礎，從而擁有更多的問題去進行后續的探索，并在課堂實踐中習得解決問題的能力。

小學科學學本課堂的改進需要從增強課堂互動性、優化教學內容與方法、注重評價與反饋、鼓勵學生自主探究與延伸以及強化教師引導與支持等方面入手。這些措施的實施將有助于激發學生的學習興趣，提升他們的科學素養，并強化學生的主體性。

參考文獻：

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責任編輯：趙瀟晗