智慧课堂助力探究性教学

林伟

小学生正处于从形象思维向抽象思维转变的重要阶段。将教学内容可视化是智慧课堂与小学科学教学内容融合的重要表现，它是将智慧课堂作为呈现教学内容的可视化工具，实现对小学科学教学内容的重组与重构。可视化，就是利用计算机图形处理、多媒体与虚拟现实等技术，将学习内容与过程转换为图形、图像、动画与声音等媒介构造可交互的学习环境，让学习者通过感知完成知识建构。

一、智慧课堂助力小学科学探究性教学

（一）创设问题情境

在智慧课堂中，教师利用学习通平台的富媒体资源创设与学生生活经验相关的真实问题情境，激发学生的探究兴趣。

（二）可视化探究思维

在智慧课堂中，教师组织学生利用概念图、思维导图等可视化工具进行猜想假设，具象化思维过程，为学生建立起概念建构的支架。

（三）支持探究操作

在智慧课堂中，学生可以利用虚拟仿真实验平台、学科教学APP、模拟实验型多媒体课件等进行实验操作，观察实验现象完成自主探究，利用智慧云平台记录探究过程。

（四）记录分析探究数据

在智慧课堂中，学生可以利用各种数据统计与分析工具记录在探究过程中收集的数据，加工形成各种数据图表，帮助论证实验结果。

（五）支持深度互动

在探究性教学过程中，学生之间及小组之间的合作交流讨论是必要环节。智慧课堂可以为学生提供各种跨时空的同步小学现代教育技术应用或者异步交流工具（如论坛、视频会议、WIKI等），方便学生在探究过程中及时寻求教师或者专家的帮助，支持学生与同伴围绕共同的探究问题进行协商讨论、协同建构与知识创造，从而促进深度学习。

（六）支持多元评价

在智慧课堂中，教师可以借助展示工具组织学生共享探究成果，进行自评与互评;也可以利用在线平台及软件实时测试学生对所探究知识的掌握程度并进行诊断与大数据分析。

二、小学科学智慧课堂探究性教学模式

在小学科学智慧课堂中，教师应该怎样开展探究性教学呢？现以小学科学《种子变成了幼苗》为例，详细剖析小学智慧课堂探究性教学模式的设计。

第一步：创设情境、提出问题。在这一环节中，教师可以利用学习通等智慧云平台为学生呈现微视频、动画、图片、文本等丰富的多媒体资源，创设真实的问题场景，激发学生探究科学知识的兴趣。

第二步：大胆猜想、建立假设。教师在该环节可以利用虚拟构图、思维导图等可视化工具，通过提问、讨论和头脑风暴等方式，引导学生大胆猜想;可以利用智慧云平台推送相关资源，帮助学生分析猜想的合理性，建立假设。

第三步：设计方案、实验探究。教师通过引导学生提出验证猜想的探究思路，制订实验设计方案。学生可以利用虚拟仿真实验平台、学科教学APP、模拟实验型多媒体课件等进行自主探究，并利用智慧云平台记录探究过程。在探究过程中，教师可以适当提供学习任务单，为学生建立探究支架。

第四步：分析数据、解释现象。在这一环节中，教师可以提供多样化的数据统计分析工具帮助学生将实验数据制作成可视化的图表，引导学生根据数据分析结果验证实验，解释实验现象，验证实验猜想，形成探究结果。

第五步：知识检测、拓展迁移。在这一环节中，教师利用在线测试工具对学生的探究学习效果进行即时检测，了解学生对知识的掌握情况，及时引导、点拨和总结。同时，利用智慧云平台为学生提供与知识探究相关的资源，拓展学生的科学思维，提高学生的知识迁移能力。

第六步：归纳总结、反思收获。在该环节，教师通过引导学生进行归纳总结，组织学生分享所学知识与收获，培养学生自我反思的意识。

三、虚拟实验在小学科学教学中的应用

小学科学实验是学生认知和创新的重要手段和途径。随着新兴多媒体技术的快速发展和普及，虚拟实验已成为智慧课堂必不可少的重要组成部分。小学科学虚拟实验具有三个鲜明的特点：第一，沉浸性，学生能够沉浸到软件构建的实验场景中，参与实验操作。第二，模拟性，虚拟实验能够模拟真实的小学科学实验环境，让学生获得真实的场景体验。第三，交互性，学生能够与计算机系统构建的实验环境进行多维交互，例如组装实验仪器、测量实验变量、分析实验数据等，如同在实际场景中开展科学实验一样。

为什么需要虚拟实验呢？究其原因在于传统实验教学存在如下局限性。

常规科学实验教学由于时间和场地的局限，学生无法在课堂上充分进行实验设计与操作，以致对实验概念与原理的学习难以深入。虚拟实验可以突破时空限制，让学生反复进行实验操作。

常规科学实验教学由于需要花费大量资金购买实验仪器，导致很多科学实验项目因经费不足难以开展;而且有些专业实验设备获取难度大，导致有些科学实验项目无法进行。虚拟实验可以节省小学科学实验设备的经费投入，弥补一些实验设备难以获得的不足。

常规科学实验教学需要学生与实验设备直接接触，往往由于学生实验操作不规范或者实验技能不熟练，导致实验存在安全隐患。小学科学虚拟实验则可以让学生开展在真实环境中无法进行的、危险性大的实验。因此，与常规小学科学实验教学相比，虚拟实验有着降低实验成本、共享实验资源和提高实验效率的优势，逐渐受到小学科学实验教师的青睐，在小学科学教学中有着广泛的应用。

根据在探究性学习中教师的引导程度和学生的主导程度，可以将探究性学习分为三个层次：结构式探究、引导式探究和开放式探究。结构式探究，是教师提出问题并设计探究的过程，学生跟随着过程达到探究的目的。开放式探究，是指从提出问题、猜想假设、设计实验、检验假设和得出结论等整个环节都是以学生为中心，全程由学生自主或协作完成。

由此可见，在结构式探究、引导式探究和开放式探究中，教師的引导程度逐渐减少，学生的主导程度逐渐增强，这符合小学科学新课标所倡导的教育理念。根据探究性学习中问题的开放程度，也可以将探究性学习分为三个层次：浅层探究、适度探究和深度探究。浅层探究，通常以类似“谁”“哪里”“什么时候”等问题发问，学生只需利用搜索引擎以简短的文字就能回答。适度探究，通常以类似“如何”“怎样”“为什么”等问题发问，学生不仅需要利用搜索引擎，还需要借助其他技术工具才能做出回答。深度探究，通常以“假设什么，就会怎样”“你的推断是什么”“你的依据是什么”等问题发问，学生需要多样化的工具和手段去推理和论证，并形成自己的观点。

四、开展虚拟实验小学科学探究性教学的方式

（一）面向过程的科学实验的探究性学习

由于虚拟实验的目的是再现和演示实验的操作过程以揭示实验原理，其基本程序都是按照实验的过程预设好的，因此，面向过程的实验的探究性学习设计主要涉及如下环节：教师创设小学科学问题情境，提出结构化探究问题，学生围绕问题仔细观察虚拟实验演示并记录实验现象;同伴之间就观察的实验现象进行交流讨论，教师引导学生结合虚拟实验分析问题;师生共同揭示实验原理，建构知识。

（二）基于数据的科学实验的探究性学习

由于虚拟实验的目的在于支持学生开展实验探究，并允许学生在改变实验条件、变量或者参数的情况下，记录、收集、计算与分析数据，因此，基于數据的科学实验的探究性学习方式主要涉及如下环节：教师创设问题情境，提出结构化探究问题，学生感知情境中的问题，思考解决问题的方法，初步建立猜想，制订探究实验计划或方案;学生利用虚拟实验反复进行实验操作，记录数据，观察实验现象，分析实验数据，揭示实验现象;学生之间相互交流实验结果，发现异同，引发认知冲突;教师引导学生思考和分析，建构实验原理，提高科学探究的思维能力。

（三）接近现实的科学实验的探究性学习

由于虚拟实验更接近于真实实验，学生可以在其中像在真实环境里一样自由进行实验操作，因此，接近现实的实验的探究性学习设计主要涉及如下环节：教师创设问题情境，提出开放性探究问题。学生根据自己已有的知识经验大胆做出猜想，建立个性化假设，制订个性化探究实验计划或方案;学生利用虚拟实验自由进行实验设备的选择与组装、实验条件的改变与调节、实验数据的采集与分析、实验现象的观察与记录等。在此环节中，学生可以反复设计，反复实验，反复验证，直到实验成功为止。学生提交实验报告，相互之间分享交流，教师组织学生点评报告，引导学生分析实验过程，进而建构实验原理，提高独立探究和解决问题的能力。

在智慧课堂中，教师与学生依托智慧教学系统开展多样化的教学活动与学习活动以及多维的交互活动，产生了海量的教育数据。智慧教学系统可以持续采集、记录这些动态生成的教育数据，并对其进行分析、挖掘与处理，生成各种有价值的、可视化的数据图表并反馈给教师，帮助教师精准掌握每个学生的学习情况及存在的问题，为教师有的放矢地实施个性化教学策略和干预管理提供科学依据，从而实现教学决策全景式数据支持，改变以往基于经验的教学预设。智慧课堂背景下的小学科学探究性教学强调对真实实验操作过程的模拟，注重学生的视觉、听觉和触觉等不同感官的真实体验，让学生掌握实验过程或者操作步骤;强调学生以自然交互的方式开展实验，注重对实验数据的记录、收集、计算与分析，进而帮助学生掌握科学的方法和建立科学的思维;强调为学生创设逼真的实验环境，允许学生像在真实环境中一样开展实验设计和操作，进而探究实验原理和发展解决问题的能力。教师的引导程度逐渐减少，学生的主导程度逐渐增强，符合小学科学新课标所倡导的教育理念。