技術(shù)賦能下學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)策略

[中圖分類號] G623.6 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1007-9068（2025）18-0074-03

一、研究背景

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確指出“科學(xué)課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)”，并將核心素養(yǎng)劃分為科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任四個維度。其中，科學(xué)思維占據(jù)舉足輕重的地位，主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等，旨在讓學(xué)生從科學(xué)視角把握事物的本質(zhì)屬性和內(nèi)在規(guī)律。然而，在傳統(tǒng)的科學(xué)教學(xué)實踐中，學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)常常面臨著許多挑戰(zhàn)。一是建構(gòu)模型不真實。傳統(tǒng)科學(xué)教學(xué)中，對于學(xué)生無法直接觀察或?qū)嵅俚膶嶒烆愋停處煶３Ｍㄟ^圖片展示或借助有關(guān)的動畫、視頻來讓學(xué)生進行觀察學(xué)習(xí)，這樣可以幫助學(xué)生構(gòu)建初步的概念模型，但并不能在學(xué)生頭腦中留下深刻的印象，甚至?xí)蛊洚a(chǎn)生錯誤認知。二是推理論證不完善。科學(xué)是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，但在傳統(tǒng)科學(xué)教學(xué)中，部分科學(xué)實驗的操作難度較大，實驗數(shù)據(jù)較多且實驗現(xiàn)象不明顯，容易受光照、溫度等外界條件及學(xué)生操作不規(guī)范等多方面因素影響，不利于學(xué)生得出正確的科學(xué)結(jié)論。三是創(chuàng)新思維不深入。傳統(tǒng)科學(xué)課堂教學(xué)中，教師習(xí)慣采用口述、演示的教學(xué)方法，這種直接呈現(xiàn)結(jié)論性知識的教學(xué)方式會導(dǎo)致學(xué)生對科學(xué)觀念的理解浮于表面。由于沒有形成一定的邏輯思維，學(xué)生無法理解其內(nèi)在的科學(xué)本質(zhì)，更無法做到遷移運用。

二、研究框架

在科技迅猛發(fā)展與產(chǎn)業(yè)加速變革的時代背景下，教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》指出：

“充分利用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，構(gòu)建全方位、全過程、全天候的支撐體系，助力教育教學(xué)、管理和服務(wù)的改革發(fā)展。”本文旨在探討通過虛擬實驗室、科學(xué)模擬軟件以及科學(xué)探究應(yīng)用程序等信息技術(shù)的應(yīng)用，將小學(xué)科學(xué)教材中枯燥的文字內(nèi)容轉(zhuǎn)化為具體化、形象化的教學(xué)資源，以增強教學(xué)的生動性和趣味性。同時，著重探討如何運用信息技術(shù)直觀呈現(xiàn)那些抽象且難以被學(xué)生理解的科學(xué)實驗，以及如何借助信息技術(shù)快速分析并展示課堂上難以呈現(xiàn)的科學(xué)數(shù)據(jù)，不斷完善學(xué)生的實驗推理過程，促進其科學(xué)思維能力的發(fā)展。

三、研究策略

1.創(chuàng)設(shè)真實情境，培養(yǎng)模型建構(gòu)思維

教師可依托虛實融合的教學(xué)技術(shù)，借助虛擬仿真平臺重構(gòu)科學(xué)現(xiàn)象與實驗場域，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者通過多模態(tài)交互機制建構(gòu)知識。

（1）優(yōu)化生命系統(tǒng)可觀察

在\"生命系統(tǒng)的構(gòu)成層次\"這一學(xué)科核心概念的教學(xué)中，教師可依托現(xiàn)代信息技術(shù)手段開展實驗教學(xué)，優(yōu)化生命系統(tǒng)的可觀測性，構(gòu)建更貼近真實的生物模型，使學(xué)生明晰生物體的生命過程及其調(diào)節(jié)機制，深化其對生命系統(tǒng)的理解。以教科版科學(xué)教材五年級上冊《心臟和血液》一課為例，教材讓學(xué)生利用吸耳球和塑料管反復(fù)吸進和擠出水來模擬心臟傳輸血液的過程，借此推測心臟的運作模式。然而，吸耳球吸水時會存在回流現(xiàn)象，致使學(xué)生對血液循環(huán)產(chǎn)生錯誤認知。為此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生借助VR眼鏡觀測心臟的跳動，同時引導(dǎo)學(xué)生代入血細胞的視角，隨著血液流動深入血管內(nèi)部，體驗血液循環(huán)的過程，將“心臟跳動”與“血液在血管中流動”的關(guān)系可視化，不斷培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)思維。

（2）優(yōu)化地月系統(tǒng)可感知

在教學(xué)學(xué)科核心概念“宇宙中的地球\"時，教師可以借用交互手段，為學(xué)生帶來獨特的月球“行走”體驗。以教科版科學(xué)教材三年級下冊《月球一一地球的衛(wèi)星》一課為例，教師憑借先進的VR交互技術(shù)，令學(xué)生如同真實地行走于月球上一般。學(xué)生可以借助VR交互技術(shù)從多個視角觀察月球上的環(huán)形山。學(xué)生通過積極探尋證據(jù)，深入了解了環(huán)形山的特性，進而成功地建構(gòu)起科學(xué)概念。這樣教學(xué)，可以引發(fā)學(xué)生的認知沖突，激發(fā)他們的好奇心和探究欲，使學(xué)生獲得生動而直觀的學(xué)習(xí)體驗，助力他們發(fā)展科學(xué)思維。

2.創(chuàng)建數(shù)據(jù)平臺，強化推理論證思維

教師可構(gòu)建直觀的數(shù)據(jù)模型，并利用技術(shù)手段輔助學(xué)生整理和分析實驗探究產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集，從而提高學(xué)生對數(shù)據(jù)的分析能力，培養(yǎng)學(xué)生的推理與論證思維，幫助學(xué)生建立證據(jù)與解釋之間的聯(lián)系，并提出合理的見解。

（1）優(yōu)化數(shù)據(jù)整理，提升發(fā)現(xiàn)問題能力

實驗數(shù)據(jù)作為驗證實驗結(jié)論的關(guān)鍵證據(jù)，對其進行準(zhǔn)確的處理與分析是實驗研究中不可或缺的一環(huán)，同時也是提升學(xué)生邏輯推理與論證能力的有效途徑。然而，學(xué)生在實踐過程中往往會收集到多而大的數(shù)據(jù)集，在處理和分析數(shù)據(jù)上有一定難度。因此，教師可引入數(shù)據(jù)處理軟件，幫助學(xué)生高效處理實驗數(shù)據(jù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)整理。

以教科版科學(xué)教材六年級下冊《八顆行星》一課為例，學(xué)生要將各行星與太陽的距離數(shù)據(jù)按比例處理并排列。由于學(xué)生對等比例放大或縮小的操作熟練度不夠，計算錯誤出現(xiàn)頻率高。為此，教師可以利用“太陽系旅行記\"軟件，引導(dǎo)學(xué)生輸入數(shù)據(jù)并按照既定要求執(zhí)行等比例縮小操作（見表1），再通過該軟件呈現(xiàn)太陽系行星距離太陽遠近的排序，使學(xué)生更直觀地理解八顆行星的排列順序及其大小規(guī)律，從而加深對天體運動的理解。

（2）優(yōu)化數(shù)據(jù)統(tǒng)計，提升分析推理能力

在科學(xué)實驗的探究過程中，實驗儀器的精準(zhǔn)度也會對實驗結(jié)果造成影響。為減少實驗中的誤差，教師可嘗試?yán)矛F(xiàn)代化設(shè)備，助力學(xué)生科學(xué)地收集、分析證據(jù)，從而促進學(xué)生深入理解科學(xué)知識并掌握科學(xué)概念。在實驗探究的過程中，實驗數(shù)據(jù)的收集與處理尤為重要，它不僅決定了實驗探究結(jié)論的科學(xué)性，還能讓學(xué)生養(yǎng)成以事實為依據(jù)，并根據(jù)得到的實驗數(shù)據(jù)調(diào)整實驗思路的習(xí)慣，以完善推理論證過程。

以教科版科學(xué)教材五年級下冊《水的蒸發(fā)和凝結(jié)》一課為例，學(xué)生在開展“觀察水加熱時的變化”的探究活動中常常會出現(xiàn)溫度計讀數(shù)出錯、數(shù)據(jù)整理成折線圖耗時過長等問題，進而影響課堂進度。為此，教師可以引入溫度傳感器，并將其與平板電腦連接。在加熱水的過程中，學(xué)生可以一邊觀察水的變化，一邊關(guān)注平板電腦上水溫的變化過程，最后通過數(shù)據(jù)分析軟件將收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為折線圖。這樣可以讓學(xué)生有更多的時間觀察水在加熱時的溫度變化及出現(xiàn)的現(xiàn)象。通過運用傳感器技術(shù)與數(shù)據(jù)分析軟件，能夠有效避免實驗過程中因人為操作溫度計而引起的誤差，從而確保數(shù)據(jù)的精確性，還為學(xué)生提供了更多深人分析實驗現(xiàn)象和實驗原理的機會。同時，教師借助平板電腦實時采集和輸入實驗數(shù)據(jù)，可以及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實驗中收集到的異常數(shù)據(jù)，從而引導(dǎo)學(xué)生反思實驗過程，確保學(xué)生推理的正確性，助力學(xué)生培養(yǎng)推理論證思維，進一步提升科學(xué)思維能力。

3.創(chuàng)新自主探究，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

教師可營造自主探究的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，引導(dǎo)學(xué)生在探究過程中充分闡述個人觀點，并從多角度對問題進行分析，以提出創(chuàng)新的解決方案。

（1）優(yōu)化探究工具，培養(yǎng)思維的廣闊性

在信息化時代背景下，移動學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)正在重構(gòu)傳統(tǒng)紙質(zhì)記錄范式。教師可依托智能平臺，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，并提出創(chuàng)造性的見解。

以教科版科學(xué)教材六年級下冊《制作校園生物分布圖》為例，學(xué)生要先對上一節(jié)課在校園中搜集的生物資料進行整理、分類與匯總，并以小組為單位在班級內(nèi)進行分享交流與討論。在校園生態(tài)調(diào)研環(huán)節(jié)中，各小組在調(diào)查中普遍面臨著生物種類辨識困難、部分植物特征描述模糊或缺乏顯著識別標(biāo)志等問題，這給后續(xù)的資料匯總帶來了挑戰(zhàn)。針對這一情況，教師可引人移動智能設(shè)備輔助教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生通過拍照建檔及系統(tǒng)編號的方式記錄樣本。如通過“萬物識別”軟件對生物的種類進行識別，可以實現(xiàn)樣本的即時鑒定與分類歸檔。這種數(shù)字化處理方式不僅提升了教學(xué)效率，也培養(yǎng)了學(xué)生運用關(guān)鍵詞進行檢索的能力，同時增強了學(xué)生的語言組織能力、表達能力及思維能力。

（2）優(yōu)化探究路徑，培養(yǎng)思維的靈活性

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，利用信息技術(shù)優(yōu)化學(xué)生的科學(xué)探究路徑，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，特別是思維的靈活性。思維的靈活性是指個體在面對問題時能迅速找到合適的解決方案，并根據(jù)新信息和新情境調(diào)整自己的思維方式。

例如，在教學(xué)教科版科學(xué)教材三年級下冊“植物的生長變化”一單元時，教師可以通過多媒體課件和視瀕資料，直觀地展示植物從種子發(fā)芽、花朵授粉到最終結(jié)出果實，以及植物胚胎是如何在母體中逐漸發(fā)育成熟的過程。這些動態(tài)的視覺資料不僅能夠吸引學(xué)生的注意力，還能讓學(xué)生更清晰地把握植物生命的起點和發(fā)育過程。這樣教學(xué)可以促進學(xué)生主動思考和解決問題，從而在實踐中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的靈活性。

（3）優(yōu)化探究方式，培養(yǎng)思維的獨創(chuàng)性

在信息技術(shù)的支持下，教師還可以進一步優(yōu)化學(xué)生的探究方式，引導(dǎo)其從多維度分析和思考問題，提出具有創(chuàng)新性和實用價值的觀點及解決策略等，以促進其創(chuàng)新思維能力的提升。

以教科版科學(xué)教材四年級上冊《營養(yǎng)要均衡》一課為例，學(xué)生要參照\"中國居民平衡膳食寶塔”，統(tǒng)計自己一日三餐的食物攝入量，并評估食物搭配的合理性。如果僅統(tǒng)計個別學(xué)生的飲食情況，難以反饋班級整體的營養(yǎng)狀況，學(xué)生也無法深入理解營養(yǎng)膳食的重要性。基于此，教師可以利用平板電腦，針對某個學(xué)生的午餐菜單進行分析，并利用食物營養(yǎng)查詢工具，將食物營養(yǎng)成分轉(zhuǎn)化為可量化的數(shù)據(jù)。這樣，學(xué)生對照指標(biāo)便能對菜單中食物的營養(yǎng)含量一目了然，也能依據(jù)所學(xué)知識設(shè)計出更為科學(xué)合理的菜單，從而培養(yǎng)健康生活的意識。教師還可引導(dǎo)學(xué)生利用現(xiàn)代信息技術(shù)撰寫以數(shù)據(jù)為支撐的菜單報告，讓學(xué)生從被動記錄轉(zhuǎn)為積極整理分析營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)，并結(jié)合個人健康需求優(yōu)化飲食方案。這樣，學(xué)生在不斷調(diào)整與改進的過程中，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維能力。

綜上，在信息技術(shù)的輔助和支持下，科學(xué)課堂實踐活動變得更具趣味性和高效性，不僅提升了學(xué)生對科學(xué)知識整合與應(yīng)用的能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維。

[參考文獻]

[1] 何麗.基于推理論證思維發(fā)展的小學(xué)低段科學(xué)課堂教學(xué)探索[J].課程教學(xué)研究，2022（9）：78-82.

[2] 容熙忠.信息技術(shù)與學(xué)科的整合J.新課程（教師），2010（7）：127-128.

[3] 楊穎，韓曉玲，杜曉燕.虛擬現(xiàn)實環(huán)境中小學(xué)科學(xué)具身學(xué)習(xí)的支持策略[J」中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2021（5）：27-31.

[4] 邵玲.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在小學(xué)科學(xué)課程中的應(yīng)用策略[J].教師博覽，2022（18）：68-69.

[5] 曾夏招.指向高階思維培養(yǎng)的科學(xué)探究實驗數(shù)據(jù)處理[J].教學(xué)與管理，2022（11）：66-70.

（責(zé)編廖婷婷）