信息技术支持下的小学科学“支架优学”路径探索

姚伟国

【摘   要】从科学假设到科学解释需要证据的支持，信息技术支持下的小学科学学习支架，可以有效提升科学实证的效率和效果。在科学探究的不同发展阶段，教师可以设计“以技优法”“以技优思”“以技优力”等学习支架，支持学生科学实证的过程，引领学生向着有意义的科学探究方向前进。

【关键词】信息技术;小学科学;支架优学;路径研究

从科学假设到科学解释需要证据的支持，而信息技术与科学实证过程相结合，可以有效提升科学实证的效率和效果。信息技术支持下的小学科学“支架优学”，是指在科学实证的过程中充分运用以信息技术为基础的学习支架，在由信息技术提供的图文声像并茂的多媒体对感官的综合刺激下，在超文本、超链接方式组织管理学科知识和各种教学信息的支持下，使课堂教学中的教师、学生、教材、媒体四要素的关系发生一定的变革，使学生在观察取证、信息处理、证据呈现、科学论证等过程中获得有意义的技术支持，循序渐进地发展科学实践能力，从而促进学生自主探究活动的深入开展。

在科学探究获取证据、呈现证据、分析证据等发展阶段，教师要在信息技术支持下构建“以技优法”“以技优思”“以技优力”等学习支架来支持学生的科学实证过程，引领学生向着有意义的探究方向前进，促进学生科学实证能力的发展。

一、“以技优法”支架，培养获取证据能力

证据的获得需要一定的方法做支撑。“以技优法”支架，是指利用微课、网页、数据处理软件等技术为学生提供获取证据的方法和策略，提高科学探究的效率。

（一）以微课视频优化方法指导

微课以其容量小、时间短、针对性强等特点，已视为小学科学教学资源中的“快餐”，但并非所有的教学内容都适合制作微课。教师应从学生的年龄特征、认知前概念出发，以“自主、合作、探究”为基础，充分考虑学生的可接受性，选择那些实际观察不便、实验讲解烦琐、实验操作危险、信息资源海量的课程内容制作成微课，以便学生有效地进行自主探究活动。例如，教师一般采用“讲授+示范”方式指导学生使用器材。由于器材较小，教师的实际演示不方便全班观察，很多学生不能适时掌握器材的使用方法，从而影响了自主探究活动的质量。因此，在开展有难度的实验操作前，应让学生自主选择存疑、模糊、有争议的操作问题，利用反复播放、细节放大、慢放定格等技术优势优化方法指导，帮助学生更好地掌握实验技能，提升科学探究的效率。

（二）以互联网技术提供任务引导

任务引导是指把复杂的学习任务加以分解，使学习者能沿着“支架”逐步攀升，从而完成对概念意义的建构。互联网技术具有信息传输便捷、图形图像直观、网络资源丰富等优势，是构建任务引导的优良“支架”。利用网页技术，可以搭建大空间的任务支架，放手让学生自主探究。如六年级科学上册《相貌各异的我们》一课中，教师提出一组有结构的探究问题：“两种不同的相貌特征组合在一起，可以产生多少种不同的相貌？如果是三种呢？更多种相貌的组合排列结果有几种？”以问题为主线构建支持学生自主探究的支架。为使不同组合呈现不同相貌，在具体操作时，请学生将相关的相貌特征按页面要求输入电脑，并根据组合方式生成相关图像，让学生直观地了解每增加一種相貌特征，分类结果就多1倍，如果不断地增加相貌特征，分类就变得极为丰富。经历这样的过程，目的是让学生真实地感受相貌的多样性，这样的设计让学生有更充分的时间和空间去体验和理解科学概念。

（三）以平板电脑简化数据收集

在小学科学课程中有不少需要收集及处理数据的探究活动，如抵抗弯曲能力、小车的运动速度等。随着网络技术的发展和校园智慧教室的普及，利用平板电脑等设备对探究信息进行快速传递、智能处理、反馈结果成为可能。学生能将实验中获得的数据进行实时上传，省去了口头汇报和板书的时间，为思考留足时间和空间，同时利用一些学习软件将上传数据进行归类、整理、计算，以便学生进行分析、推断，在简化环节中推进探究的深入，建构科学概念。

二、“以技优思”支架，提升呈现证据能力

探究活动要将获得的信息条理化地公开呈现，就离不开思维的深度参与。“以技优思”支架是指围绕核心问题，借助视频直播、图示过程等学习支架将证据结构化，帮助学生用理性思维整理感性材料。

（一）视频直播：让证据呈现更可靠

“寻找证据解释假设”是科学探究的主要特征，证据的可靠性会直接影响研究结果的科学性。视频直播是指通过立体拍摄、实物投屏等技术手段展现学生的实验操作过程，找到问题所在，为有争议的实验提供可靠有力的证据。如学生在《电路出故障了》一课中开展的小组连接电路活动，通常会出现灯泡不亮的状况，但又找不到故障原因，而最好的解决方式就是让问题重现。于是，教师利用网络视频直播功能，实时展现学生的实验操作过程，学生可以很快找到问题所在。

（二）图示过程：让隐形思维可视化

学生在实验后汇报实验的过程和方法是抽象思维发展的重要环节。但小学生很难通过表达来呈现证据，这就需要教师利用图画展示思维过程，让隐性思维可视化，使证据呈现直观化。比如《电磁铁》一课需要厘清造成电磁铁南北极的因素，教师请学生借助一体机画出思维过程，并进行展示。学生对这个问题的探究主要集中在两个方面：一是电磁铁南北极是否与电池正负极的接法有关，二是电磁铁南北极是否与线圈的缠绕方向有关。在汇报探究实验一时，教师画出一个通电的电磁铁电路图，再利用复制功能克隆图片，使两张图中电池的正极分别朝左、朝右，清晰呈现了电磁铁电路电流方向相反，但其他条件保持不变的实验设计;在汇报探究实验二时，教师依旧将学生的想法画下来：两个电路的电池接法相同，但一个电路线圈顺时针缠绕，另一个则逆时针缠绕，清晰展现学生的思维过程。最后，教师同屏对比展示两份实验设计图，并引导学生汇报两种猜测是否得到证实，呈现支持自己猜测的证据，从而将学生的实验设计、实验过程和实验结果有机统一，使隐性的设计思维变得可视化。

（三）分类梳理：让信息整理条理化

小学科学教学中，学生需要花费一定的时间将实验中收集的信息进行记录、整理，再全班汇报进行汇总。如六年级上册《多种多样的植物》一课，要求学生对常见的植物进行分类，如何呈现每个学生的信息是一个难点。在传统课堂教学中，为了图方便，教师一般会选择个别学生进行黑板演示或口头汇报，然后讨论分类的合理性。这样的信息整理不仅耗时、不全面，而且条理不清。于是，教师利用某软件的授课助手功能拍照上传，直接将每个小组获取的零散信息完整、自动汇总至班级数据表中，形成“全班信息”。为了给探究科学原理提供类别清晰的素材，学生可以利用信息技术手段，再按照教学要求对全班信息进行归类，找出分类一致的信息，对不一致的信息进行分析、质疑、讨论。这样分类梳理，有助于学生条理化地整理信息，以便从中找到有价值的研讨点，为深入研讨做好准备。

三、 “以技优力”支架，发展分析证据能力

科学论证需要对获得的证据进行科学解释。“以技优力”就是通过数据转化、图像表达等手段，使证据分析直观化、具体化、形象化，帮助处于抽象思维发展阶段的学生掌握各种表达方法，更易接受得出的结论。

（一）数据转化：让信息处理直观化

实验数据是探究活动常见的一种证据，利用数据开展论证也是科学课常用的一种形式。传统的课堂往往存在反馈效率低、数据分析难等问题。如果教师借助某课堂软件的实验数据板块，就可以及时反馈学生收集的数据，并将学生收集到的大数据用表格、线形图、柱状图等直观方式呈现，培养学生证据意识、尊重证据的科学态度，真正做到“用数据说话”。例如，在教学六年级上册《斜面》时，学生将收集到的实验数据输入平板电脑并上传，电脑端马上呈现学生输入的数据，电脑终端可以立刻将这些数据整合成“大数据”，并可以任意转化为折线图、柱状图等。这种直观呈现信息处理的方式，能将学生的探究视野从小组扩大到全班，通过对大数据的观察、分析、推理、论证，提高了把数据转化为证据的能力。

（二）图像表达：让研讨内容具体化

利用平板电脑的图像表达功能，可以让科学研讨内容具体化，提升探究交流的效益。例如，六年级上册《种类繁多的动物》一课需要引导学生用分类法研究动物。分类的目的是为了便于观察和了解动物的主要特征，归纳并建立相对系统的分类认识。首先，教师在平板电脑中提供了鸽子、麻雀、山羊、老虎、蝴蝶等12种动物的特写照片。接着，学生通过平板电脑图片放大功能仔细观察、充分感知这些动物的重要特征。然后，学生利用平板电脑图片拖动功能将12种动物拖放到不同的类别方框里，并向组员阐述分类理由。最后，各小组利用截屏功能将分类结果传至教师终端电脑，为全班同学集中研讨提供了具体的内容。图像表达，促进了交流探讨的优化。

（三）仿真實验：让科学论证形象化

仿真实验是利用Flash技术开发的最富真实感的实验。它可直接在电脑上进行在线模拟操作，把知识模糊处形象化，使科学论证更清晰。《杠杆类工具的研究》一课安排了用杠杆尺寻找平衡规律的实验，学生通过记录、整理、分析所记录的平衡数据，寻找平衡的规律。由于小学生的抽象思维能力较弱，若缺少了思维对接的支架，他们很难将实验记录数据与实际平衡状态对应起来，以至于找不到平衡的规律。而仿真实验就是有效解决这一难题的辅助手段。教师可以指导学生在电脑上复制出多个杠杆尺，在线模拟杠杆尺真实的平衡状态，真实再现学生的实验结果。仿真实验能更真实、更形象、更方便地提供在线实验操作，还能讲解有关实验的方法和注意事项，比简单的平面图片、单一的数字更适合学生的认知探究。

综上所述，在科学实证过程中，应以信息技术为基础构建并支持科学探究过程的方法支架、过程支架和研讨支架，发挥信息技术在科学学习中的价值，在学生科学探究过程中“精准介入”，引领学生向着有意义的探究方向前进，促进学生科学概念和科学思维的协调发展。

（浙江省海宁市硖石小学   314400）