智慧学习环境下培养小学生科学自主探究能力的研究

摘 要：5E教学模式是国际上较为通行的培养小学生自主探究能力的模式。然而，因为东西方教育的差异，该模式在本土化运用中存在不足。智慧学习环境因具有按需推送、智能分析、资源丰富的特点，将其与5E教学模式融合，可催生出一种新的变式，并能适用于小学科学不同的教学场景中，辅助教师更高效地完成自主探究能力的培养，促进学生自主探究能力的形成。

关键词：智慧学习环境;5E教学模式;小学科学;自主探究;能力培养

伴随着教育信息化2.0时代的到来，智慧学习环境为学习者带来全新的学习体验。那么，将智慧学习环境应用于小学科学探究教学，如何才能更好地促进学生自主探究能力的培养？

目前，传统科学课堂培养小学生自主探究能力多是采用5E教学模式[1]，即由“引入、探索、解释、迁移、评价”五个环节组成（如图1所示）。从培养学生探究能力的角度来看，5E学习环境教学模式有利于发展学生的认知、推理、归纳、对比等探究所需的思维能力，有利于锻炼学生合作、交流、汇报等探究应具备的能力。

但是，该模式具体落实到课堂教学实践中却存在以下问题：一是无法满足学生的个性化需求：大班化教学中学生的能力、水平、需求各不相同，教师在备课时考虑更多的是平衡进度，而无太多时间和精力对学生进行个性化指导。二是无法解决探究过程的时空局限：小学科学课堂的探究经常与刚性课堂时间、空间有冲突。三是对教学效果无法即时评测，课堂评价不够精准。

智慧学习环境是一种能够感知学习情景、识别学习者特征、提供适合的学习资源与便利的互动工具，自动记录学习过程和评测学习成果，有效联接学习社群，以促进学习者轻松投入有效学习的学习场所或活动空间[2]。可见，智慧学习环境具有按需推送、智能分析、资源丰富等特点。若教师能合理应用智慧学习环境，则可有效解决在培养学生自主探究能力中遇到的问题。

一、智慧环境下小学科学5E教学模式的内容

笔者基于智慧学习环境的特点，以5E教学理论为指导，完善了“智慧环境下小学科学5E教学模式”（如图2所示）。

相较于传统5E模式，该模式将学科教学与智慧学习平台的资源建设深度融合，达到减轻教师负担、提升课堂实效，满足个性发展的需求;借助智慧学习环境的按需推送功能，打破时空局限性，满足个性化学习需求;依托智慧学习环境智能分析功能，精准把控学习效果。通过增设学情前测和课后复盘分析环节，准确把控学生需求和能力水平，为探究能力培养提供数据支撑。

二、智慧环境下小学科学5E教学模式的应用

智慧环境下小学科学5E教学模式适用于小学科学不同场景的探究教学。下面具体阐述该模式在课堂教学中的应用。

1.智慧环境下基于概念教学的5E模式

在传统环境下采用5E模式的概念教学，教师遇到的最大困难是对学生概念建构的情况不了解，而学生则对一些抽象概念难以理解，概念认知碎片化。

利用智慧环境下5E教学模式（如图3所示）开展概念探究教学时，教师课前可借助即时投票功能快速对学生的前概念进行摸底调查，为后续的探究活动定好基调。而按需推送的分层测评和系统自动批改生成的大数据，则为概念教学的精准施策提供数据参考，也一定程度上满足了学生个性化探究学习的需求……这些措施能较好地解决教师对学情把握不清的问题。

教师在智慧环境下推送电子思维导图框架，引导学生聚焦核心概念，梳理探究路径，让学生自主探究，目标明确，思路清晰。而智慧平台中的仿真软件可以帮助学生直观地建构正确的概念模型，弄清原理内涵。虚拟实验室可辅助学生更好地开展实验探究，加深对概念应用的理解。学生在智慧环境下的学习社区互动分享、评价，可让学生的认知结构更趋完善……这些举措对学生建构、修正、迁移、巩固概念大有帮助。

以苏教版三年级下册“声音的传播”一课为例，大多数学生对“声音在不同介质中传播效果有差异”的元认知是片面，甚至是错误的。加之该探究实验的精度要求高，干扰因素多，易出现有误导性的结论，导致学生无法建构正确的概念体系。但在智慧环境下开展概念探究教学，上述问题可迎刃而解：通过课前声音传播的导学问卷，教师对学生的前概念心中有数;借助思维导图，教师指导学生明晰对比探究声音传播的方法;利用虚拟实验室精准模拟声音在不同介质中的传声效果，有助于学生建构正确的声音传播概念体系;依托即时测评，学生以评促思，加深声音在不同介质中传播的认识;整合学习社区，学生学以致用，进一步充实、巩固个人的概念学习。

2.智慧环境下基于工程设计类教学的5E模式

与概念类探究学习相比，工程设计类活动对学生的自主探究能力提出更高的要求。工程设计类探究学习往往围绕一个生活化的活动主题展开。学生据此基点，持续不断地调用个人的知识储备，整合可利用资源，持续不断地向目标努力。因此学生的思维是开放的，探究材料有可能不易获取，常规课堂的时空限制对设计探究活动有很大制约。而且大多数学生对技术与工程领域的探究活动感到陌生和困难，表现为不熟悉设计流程，设计意图表达不清，协作沟通不畅，设计思维狭隘等。

智慧學习环境在辅助学生更好地开展工程设计类探究方面有着得天独厚的优势（如图4所示）。教师将整节工程设计类的教学环节设置为在线提交材料的闯关活动，辅以导学案的支持，可有效地解决流程不熟、盲目探究的问题。在智慧学习环境下，教师课前推送主题探究导学案，让学生熟悉相关项目的研究背景，激发探究兴趣。依托社区学习资源，教师可引导学生学习借鉴，拓展思维。借助线上协作软件，教师能够组织学生合作完善设计方案，解决协作沟通不畅的问题。引入虚拟实验室模拟或采用数字传感器收集实验数据，则为优化设计方案提供科学支撑，也从一定程度上解决“学生有想法但没办法验证”的困难。

以设计一个降噪耳机为例，教师创设噪音扰民的生活情境后，面向班级学习社区共享有关“降噪”的学习资源，启发学生隔绝或减小噪音的解决思路。接着，教师鼓励各组在OA平台上传设计思维导图，相互浏览批注，以达到启发思路、协作学习的效果。然后，教师推送仿真模拟实验室链接，学生结合使用数字传感器，验证降噪猜想。教师借助自动收集并生成的数据模型，引导学生优化设计方案。而整个设计探究过程的评价、数据和作品被智慧平台全程收录，为教师复盘提升提供数据支撑，也有利于生成精准的个人学习自画像。

三、智慧环境下小学科学5E教学模式的价值

笔者采用改进后的5E教学模式，对所执教的四个平行班进行了为期两个月的对比实验。从问卷收集的数据来看，在智慧环境下开展小学生自主探究教学，让学习者有更具个性化的学习路径，更顺畅地内化建构个人知识宫殿，同时也导致学生在心理预期、探究习惯、思维方式等方面都发生了可喜的变化。可见，智慧学习环境下5E教学模式能够有效促进小学生自主探究能力的培养，这也正是该模式的价值所在。

参考文献：

[1]刘丹丹.小学科学5E教学模式研究[D].上海：上海师范大学，2020.

[2]黄荣怀，杨俊锋，胡永斌.从数字学习环境到智慧学习环境：学习环境的变革与趋势[J].开放教育研究，2012（1）.

作者简介：张劭翊，硕士，一级教师（小学科学），市学科带头人。

注：本文系福州市教育信息技术研究课题“智慧学习环境下小学生自主学习能力的行动研究”（课题编号：FZDJ2019A24）的研究成果。