数字教学系统给小学科学带来的变革

2022年，全国教育工作会议提出实施教育数字化战略行动，数字化已经成为新时代教育变革的重要推动力量。科学课程标准指出，要利用信息技术辅助手段，如数字化实验等，让学生比较直观便捷地学习相关知识。《上海市教育数字化转型实施方案（2021—2023）》也提出，将数字化转型作为推进教育现代化建设与高质量发展的重要引擎和关键特征。

上海中小学数字教学系统，包括备课助手、教学助手以及辅导助手（简称“三个助手”）。“三个助手”融入数字教材、视频课等优质资源，为师生打造线上线下深度融合的教学空间，优化资源配置与服务支持，推动教学方式的变革。对于小学科学教学来说，主要是借助“三个助手”的数字化实验系统（简称DIS）和“赛·课堂”教学系统等，实现小学科学教学数字化转型。[1]“三个助手”为小学科学课堂提供多元的方案，让科学探究活动更加高质高效地开展，有效解决科学课堂耗时、低效、不精准、缺互动的难题。

一、助力学情分析，落实精准教学

学情分析是教学策略选择和教学活动设计的落脚点，没有学情分析的教学策略，往往导致教师一厢情愿地自我表演。只有真正了解学生现有的知识经验和心理认知特点，才能确定他们在学习中的最近发展区。

在学习五年级《空气的成分》这节课之前，学生已经知道了感知空气存在的方法、空气占据一定空间、空气会流动、物体在空气中会受到大气压力等内容。基于生活经验，学生知道空气中有氧气和二氧化碳，知道人的呼吸需要氧气，呼出二氧化碳等，但是对验证空气中氧气和二氧化碳的方法并不是很了解。在能力方面，学生具有简单的动手操作能力，但实践能力、对数据的分析归纳能力、对现象的推理能力尚有较大的提升空间。教师可以借助“三个助手”的测验功能，通过几道选择题了解学生对“空气成分”相关知识的掌握情况，精准了解学情，以数据确定本节课的环节流程和重难点。

学情分析发现，学生对空气的成分种类是比较了解的，其中100%的学生知道空气中有氧气，76%的学生认为空气中有二氧化碳，但他们对验证空气中有氧气和二氧化碳的实验方法并不了解，82%的学生不知道验证氧气的方法，97%的学生不知道验证二氧化碳的方法。于是，课堂上教师就直接提供知识卡等学习资源，学生通过阅读知识卡，知道可以用澄清石灰水验证二氧化碳，同时也了解实验的具体方法，有效避免课堂上的“明知故问”。教师以学定教，以学生为中心，打破他们的知识盲区，能节约课堂时间，落实精准教学。

二、助力演示交流，丰富活动形式

演示是教师运用教具或实验传递信息的一种常见教学方式，学生的学习成果很多时候也需要向全班展示进行交流。这些环节中，最常用到的就是展示台，但展示台往往是单一的俯拍角度，且教师需要在不同的平台之间进行切换。借助“赛·课堂”平台的“直播”功能，便可以完成多角度的现象展示，同时也让操作变得比较简单。

在《空气的成分》这节课中，教师需要向学生演示“覆杯实验”的步骤，并提醒注意点，具体是：将有色水全部倒入盘子中；将蜡烛放在盘子的中间，并用点火器点燃；用玻璃杯从侧面快速扣在蜡烛上；观察实验现象。在这个教学环节中，教师借助平台的“直播”功能，从侧面展示整个实验操作，既对学生的操作步骤和注意事项做了指导和提醒，也能完整清晰地呈现出实验现象。

随后，学生进行了覆杯实验，由于教师的实验演示，学生快速规范地完成了实验操作，进行了细致的观察和数据的记录。原本烦琐复杂的实验在短短的几分钟就完成，学生有足够的时间讨论为什么蜡烛过一会后才熄灭、为什么有色水会慢慢进入玻璃杯中等问题，大幅提升了课堂的有效性。

三、助力概念构建，突破重难点

《空气的成分》这节课主要帮助学生认识空气成分和验证空气成分的方法，重点是知道空气中有氧气和二氧化碳，并通过实验进行验证。难点是通过对实验现象和数据的分析，发现空气中有一定比例的氧气。教师可以通过丰富的实践活动和阅读帮助学生建立起关于“空气成分”的相关概念，但仅通过传统的实验只是让学生知道空气中含有氧气和二氧化碳这两种成分，他们对空气中到底有多少氧气、有多少二氧化碳并不能形成定量的认识。

于是，教师引入DIS传感器（如图1），引导学生用氧气传感器测量蜡烛燃烧过程中，密封罐中氧气含量的变化，用二氧化碳传感器测量空气中和人呼出的气体中二氧化碳含量的多少。随后，学生用氧气传感器测量不同位置空气中氧气的含量，通过传感器上的数据，知道了空气中氧气含量约在21％，教室不同位置的空气中氧气含量相差甚微，他们通过监测密封罐中氧气含量的变化，知道蜡烛燃烧过程中密封罐中的氧气含量逐渐变少，在蜡烛熄灭的时候，密封罐中仍然有氧气（如图2）。学生用二氧化碳传感器先后测量空气中和人呼出的气体中二氧化碳含量，发现空气中的二氧化碳含量特别少，而人呼出的气体中的二氧化碳含量要高得多（如图3）。

传统实验注重学生对实验现象和数据的观察、分析、推理，但实验的精度并不高。传感器的加入，弥补了传统实验的不足，帮助学生更加直观地认识空气成分的“量”，这符合小学生直观的思维特点，也利于本节课重难点的突破。

四、助力分析归纳，培育科学思维

科学思维是小学科学核心素养之一。教师应从学生兴趣点出发，重视和加强培育他们的科学思维能力，尤其是高阶思维能力。教师要注重引导学生聚焦问题，以提升他们的自主探究和科学认知的能力。

《空气的成分》一课中，每个小组在“覆杯实验”中都测量并记录了蜡烛燃烧的时间和有色水上升的高度，这些数据需要汇总进行整体分析。如果用传统的汇总方式，会比较耗时。于是，教师借助“三个助手”的“表格合并”功能，将不同小组的实验数据汇总在一张表格中（见表1）。教师引导学生对数据进行整体分析：在控制实验器材相同的情况下，蜡烛燃烧的时间大致相同，推断出不同小组的蜡烛燃烧消耗的氧气含量大致相同；有色水进入玻璃杯中的高度的数据也大致相同，推断出燃烧蜡烛消耗的氧气量也基本相同。这样，学生比较顺利地得出结论“空气中含有一定比例的氧气”。

教师立足科学素养，巧借信息技术手段汇总全班学生的数据，及时对课堂中生成的数据资源进行分析、推理、归纳，给予了学生广阔的思维空间，锻炼了他们的科学思维。

五、助力科学阅读，拓展德育责任

科学阅读，是一种特殊的阅读方式，也是学生科学学习活动的主要类型之一。科学阅读可以开阔学生的视野，保护他们的好奇心，激发他们的探索欲和求知欲，让他们更深入和全面地了解所学的知识，并赋予他们更丰富的人生认知。

在《空气的成分》一课中，教师借助“三个助手”的“学生阅读”功能，提供文字、图片、符号、图标等材料，学生通过“批注”功能从中获取需要的信息，领会其中的科学知识或精神。例如，在阅读资料《空气成分的发现》（如图4）中，学生除了解到更多的空气成分（氮气、固体颗粒物、有害气体等）外，同时体会到科学家对空气成分研究的坚持不懈的科学精神和科学态度。

“三个助手”的“学生阅读”功能，让教师通过自主开发阅读资源，丰富了与课堂主题相关的内容，“批注”功能让学生在了解科学事件和科学精神的基础上，帮助他们学习有重点地阅读，让学科德育在无形中渗透。

六、助力评价方式，促进教评一致

评价不是课堂的目的，而是一种激发学生潜在智能的手段。巧妙地利用评价手段，可以让课堂锦上添花。

借助“三个助手”，教师可以设计丰富的评价形式，以评促教。根据科学课堂的特点，教师提前设计了积极举手、大胆发言、认真思考、有序实验、仔细观察、分析归纳、积极讨论、敢于质疑8个评价维度，在课堂中通过即时评价激发学生学习的积极性。同时，教师还设计了与学生活动相关联的学生自评标准（如图5），既是对活动步骤的指导，也是对操作的规范。在课堂的最后，数字平台还可以自动生成本节课的评价结果汇总表（如图6）。

结合“三个助手”设计的评价结构可以更好地促进了学生的探究实践，及时有效的评价让学生的课堂学习更加积极主动，让评价的效果更加科学合理。

思考

小学科学学科中有很多经典传统实验器材、设计和操作，在DIS引入课堂后，显得很烦琐或“没必要”，这使得有的教师为用而用。事实上，很多传统实验是为了引导学生进行观察，对现象和数据进行比较、分析、推理等，更注重对学生思维的培养和能力锻炼。DIS更侧重于当学生遇到概念建构困难时，对重难点的突破。在教学设计与实施过程中，教师要以传统实验为基础，借助DIS进行实验活动的创新设计，扬长避短、相互补充，以更好地提高课堂教学效率。

（作者单位：上海市浦东新区竹园小学）

参考文献

[1]赵伟新.小学科学教学数字化：基本特征与实践推进[J].上海课程教学研究，2022（09）.