指向探究能力培养的小学科学跨学科数字化教学

摘要：数字技术在提升小学生科学探究素养和实现跨学科融合方面展现出显著潜力。教师在数字技术的加持下融合科学、数学、语文等学科内容，可以丰富小学教学的内容与方法。以“水的循环与环境影响”为例，教师指导学生利用虚拟实验室软件、数据分析工具和协作平台，在安全可控的环境中进行科学实验，实时分析数据，并在跨学科背景下进行创作与交流。跨学科教学加深了学生对科学概念的理解，提升了批判性思维水平和解决问题的能力。研究表明，采用该策略开展跨学科数字化教学，能够有效提升学生的综合学科能力，为他们未来的学术和职业发展奠定坚实基础。

关键词：数字技术；小学跨学科融合；学生科学探究素养

21世纪信息技术飞速发展，数字技术的创新应用成为教学改革、创新的关键。在小学教育中，数字技术的引入不仅变革了教学方式，还为跨学科教学提供了新的可能。跨学科教学是教育创新的一种形式，旨在融合多学科内容，促进学生全面发展。科学探究素养是学生运用科学知识和方法解决问题的能力，对其未来发展至关重要^[1]。但小学科学教育仍存在课程孤立、资源有限等问题，影响学生相关素养的发展。数字技术的介入为解决这一难题增加了可能性，教师利用互动科技、模拟实验软件等工具可创建更丰富的教学环境，激发学生的探究兴趣与创新思维^[2]。此外，教师应用数字技术还能有效融合科学、数学、信息技术等学科内容，设计具有挑战性的跨学科项目，帮助学生在解决实际问题中深化跨学科知识，提升科学探究能力。

一、数字技术在小学科学教学中的多元应用及其优势

（一）小学科学教学中数字技术的类型与应用

数字技术在小学科学教学中应用广泛，常见类型包括虚拟实验室、协作平台、数据分析工具、教学视频平台、互动游戏和在线图书馆（见表1）。这些工具有模拟实验、数据分析和互动学习等功能，可帮助学生更直观地理解科学概念，并提供灵活有效的教学支持。

（二）数字技术在小学科学教学中应用的优势

1.操作便捷

教师可以采用界面友好且易于获取的数字工具，如教学视频、互动游戏类软件，让学生观看科学实验视频来理解抽象的理论，或者借助互动游戏学习生物分类等知识，显著提升教学效果。

2.资源丰富且支持互动

借助在线图书馆和协作平台，学生可以获取多样化的学习材料，实时检测学习效果，并根据兴趣自主学习。这有利于增强学生个性化学习体验，提高学生的学习参与度。

3.支持跨学科探究

数字技术的应用正在促进科学与数学、语文、信息技术等学科的融合。教师可开展跨学科活动，如利用数学软件分析植物生长数据，或撰写报告，全面提升学生的科学探究能力。

数字技术已在小学科学跨学科教学中发挥重要作用，显著提升了教学质量，助推了学生科学探究素养的发展。尤其对于资源有限的学校，数字技术提供了公平的学习机会，有效缩小了教育差距。未来，应进一步探索数字技术高效应用的路径。

二、小学科学跨学科融合中应用数字技术的策略

（一）构建跨学科知识体系，深化学科融合

借助数字技术，教师可以将科学、数学和语文等学科内容有机整合，开展主题化教学设计，构建跨学科知识体系。例如，在“气候变化”单元教学中，教师利用数字资源（如虚拟实验室、数据分析工具和数字化文献）引导学生探讨科学原理，运用数学知识分析数据、研判趋势，撰写反思性文章或科普作品，提升写作水平。数字技术的应用使知识的呈现更加直观、灵活，使教学内容从单一学科的线性知识转向多学科的系统性知识，这有利于学生多视角理解问题，提升跨学科思维能力。

（二）设计项目式学习活动，促进深度探究

教师可以设计跨学科的项目式学习活动，利用数字技术实现多学科知识的整合与实践。例如，在“水循环与环境影响”项目中，学生利用虚拟实验室模拟水循环现象，借助数学软件分析数据，并撰写报告。这样的教学能有效引导学生解决实际问题，提升团队合作能力和跨学科思维，同时激发学生学习兴趣。

（三）优化数字化教学环境，增强学习效果

如今，教师开展数字化教学有大量高效工具支持。教师可利用增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术，让学生沉浸式探究科学现象，例如观察火山喷发或植物光合作用的过程。此外，智能化教学工具（如AI学习助手）能为学生提供个性化学习支持，帮助学生把控学习进度，提高学习效果。

（四）创设动态教学情境，提升学习兴趣

数字技术能够模拟真实场景，让学生在动态情境中探索科学。例如，教师可以利用动画和视频展示“水循环”或“光合作用”等动态过程，引导学生观察、提问并探索科学原理。按照语文课程教学要求，教师让学生撰写观察日记或科普文章，可帮助他们在探究中实现语言表达能力和科学素养的同步发展。

（五）支持个性化学习与团队协作，满足多样化需求

教师利用数字协作平台（如Google Classroom）引导学生合作探究，在共享数据、讨论问题的过程中撰写跨学科研究报告。同时，利用Khan Academy等平台为不同能力的学生设计个性化任务，满足多样化学习需求。能力较强的学生可探索复杂跨学科项目（如环境监测数据分析），基础薄弱的学生则完成简单任务，逐步增强信心与能力。

三、数字技术助力学生提升科学探究素养的实践

（一）“水的循环与环境影响”跨学科项目实践

在“水的循环与环境影响”跨学科探究活动中，学生的任务是利用数字工具深入研究水循环过程，并探讨环境因素对水质的影响。该项目融合了科学、数学和语文等学科，利用数字技术支持不同阶段的科学探究活动（如图1）。

1.观察与记录：数字显微镜与在线观测工具的应用

在项目初期，学生利用数字显微镜观察不同水体（如河流、湖泊、地下水） 中的微生物活动，记录微生物对水质的影响。此外，学生借助在线实时观测工具，可以远程监测不同地理区域的水循环过程，包括降水量、蒸发量等数据。这些实时数据通过连接天气观测站等平台获取，并被记录在电子表格中，方便后续分析和可视化展示。这一过程不仅让学生在动态观察中理解水循环的复杂性，还培养了他们在科学探究中的数据收集与管理能力。在应用数字化工具探究的过程中，学生逐渐掌握了运用数字技术记录现象的方法，提高了他们对科学研究过程的参与感和理解力。

2.假设建立与实验设计：虚拟实验室的模拟与优化

为了探究环境条件对水质的影响，学生在虚拟实验室（如PhET）中建立假设并设计实验。例如，学生调整温度、污染物浓度等变量，模拟水循环过程中水质的变化。虚拟实验提供了安全、可控的实验环境，允许学生反复调整实验参数，观察不同变量对实验结果的影响。这一过程帮助学生深入理解变量控制和假设验证的科学原理，培养了他们的批判性思维和实验设计能力。此外，虚拟实验还弥补了现实教学中实验条件的不足，为学生提供了接触科学探究复杂性的机会。

3.数据收集与分析：电子表格与数据可视化工具的辅助

在实验阶段，学生使用Google Sheets或Excel等工具记录实验数据，数据包括不同环境条件下的水体蒸发速率和水质变化情况等。学生利用这些工具，不仅能完成数据录入，还能进行图表生成和趋势分析，直观地展示水质随环境变化的趋势。基于可视化分析，学生可以更直观地理解实验结果，进一步验证假设的合理性。这一环节有效提升了学生在数据处理、图表分析和科学解释方面的能力，同时为后续科学结论的推理与表达奠定基础。

4.结论推理与报告撰写：协作平台的支持与反馈机制

实验完成后，学生需要撰写报告，内容包括实验目的、假设、数据分析以及改进水质的建议。在撰写过程中，学生使用Google Docs等协作平台进行实时分工与合作，共同完成报告的撰写任务。这一过程不仅锻炼了学生的语言表达与写作能力，还帮助他们在协作中学习如何融合科学、数学和语文等多学科知识，形成综合性的科学结论。利用协作平台的实时反馈功能，教师能够及时介入，指导学生优化报告内容，引导学生在实践中理解科学与社会责任的关联性。

5.成果展示与评价：多媒体工具的创意应用

在项目的总结阶段，学生利用PowerPoint或Google Slides等多媒体工具，以图文结合的形式展示探究成果。展示内容涵盖水循环实验的过程、数据分析结果和环保建议，图表、视频和图像的融合使得研究成果更加生动直观。成果展示不仅提升了学生的技术应用能力，还锻炼了他们的公开表达与团队合作能力。在展示环节，教师以提问、讨论和反馈等方式进一步深化学生对项目内容的理解，同时鼓励学生在科学探究中融入更多的创新，增强社会责任意识。

（二）案例分析总结：数字化探究提升了学生的科学探究素养

在“水的循环与环境影响”项目中，数字技术的应用贯穿了整个科学探究的各环节。从最初的观察、实验设计，到数据分析、报告撰写，再到最终的成果展示，数字工具的应用不仅提升了学生的操作能力，还让他们在整个探究过程中发展了批判性思维、数据处理、团队协作等综合能力，有效提升了学生的科学探究素养（见表2），为他们未来的学术和职业发展奠定了坚实的基础。

目前，数字技术在小学科学中的应用正在拓宽和加深，它在促进跨学科融合和提升学生科学探究素养方面显示出独特的优势。数字技术的应用极大地丰富了教学方法和手段，不仅加深了学生对科学概念的理解和应用，还显著提高了他们分析问题和解决问题的能力。具体来说，教师组织数据收集、实验模拟和结果展示等实践活动，让学生在真实或高度仿真且充满挑战的环境中运用跨学科知识解决问题。这种经历无疑深化了学生的学习体验并激发了探索的热情。例如，学生使用虚拟实验室进行科学实验，能够在安全的环境中试错，不断调整优化实验方案，掌握从事科学探究的必备技能。

展望未来，随着技术创新和跨学科教育观念的持续深化，预计数字技术将更广泛地应用于教育领域，进一步推动个性化学习，促进教育公平。教育工作者和政策制定者应不断探索新的策略和工具，以更有效地利用这些技术，确保每个学生都能根据自身需求获得最多收益。

参考文献

[1] 杨萍.基于学科融合提升学生核心素养的研究[J].中学课程辅导：教师通讯，2019（12）：1.

[2] 张立新，董春燕.基于学科融合的小学生科学素养提升的实践研究[J].小学科学：教师，2021.

责任编辑：祝元志