数智赋能小学生科学思维培养的实践探索

在当今时代，大数据、人工智能等新一代信息技术正深度融入社会各领域，教育也处于数字化转型的关键时期。随着《中国教育现代化2035》战略的稳步推进，以及人工智能、大数据等前沿技术的快速发展，教育数字化转型从基础设施升级逐步向教学模式的革新迈进。数智技术融合了数字技术与人工智能优势，拥有高效的数据处理和智能分析的能力，能精准地采集、分析学习数据，为教育教学变革提供强大的技术支持。《义务教育科学课程标准（2022 年版）》将培养学生的核心素养确立为课程目标，把科学思维列为核心素养的重要维度，并着重强调在课程实施过程中利用信息技术辅助科学学习的要求[1]，彰显出数智赋能科学教学的必要性和紧迫性。将数智技术有机融入教学过程，推动教学各环节的优化与创新，能有效赋能学生科学思维的培养。

一、数智赋能科学思维培养的方式

科学思维涵盖多种思维形式，如批判性思维、推理论证思维、创造性思维等，培养学生的科学思维，对发展学生的核心素养具有重要的意义。在教学中，思维可视化是促进学生思维发展的关键策略。通过将抽象的思维过程具象化，不仅能够促使学生对思维过程进行反思与调整，还能促进学生间的思维交流，拓宽思维视野，从而有效推动学生思维的发展。数智技术具备实时采集、即时提取、同屏展示等功能，为思维可视化提供了有力的技术支持。在小学科学教学中，将数智工具通过“思维可视”的方式嵌入课堂，能有效赋能学生科学思维的发展。以智慧纸笔课堂为例，通过将点阵笔与智慧纸笔课堂平台进行协同使用，能将学生的隐形思维过程可视化，将数智技术的优势转化为教学效能，为学生科学思维的发展赋能。

二、数智赋能科学思维培养的教学实践

《温度不同的物体相互接触》是教科版小学科学五年级下册《热》单元的教学内容，对帮助学生构建物体间的热传导规律起着重要的载体作用。课堂上，学生主要通过开展测温实验，分别采集冷水和热水相互接触后的温度变化数据，并进一步对数据进行分析、对比、归纳，逐步建构起对物体间的热传导规律的理解。教学时，将智慧纸笔课堂等数智技术巧妙嵌入问题聚焦、实验探究、集体研讨、迁移运用等教学环节，实现学生的思维可视化，有助于充分发挥各个教学环节在培养学生思维方面的积极作用，从技术层面为学生的思维培养赋能，从而有效促进学生思维的发展。

1.问题聚焦环节

认知冲突是科学思维培养的关键要素。作为思维型教学的重要原理之一，认知冲突是学生主动探索知识、深入思考问题的内在驱动力。在聚焦问题的课堂导入环节，教师借助多媒体展示“热水泡牛奶”这一生活场景，引导学生思考“牛奶是如何热起来的？”学生基于已有热传递知识，尝试推理牛奶与热水间热量传递的方向。此时，点阵笔的嵌入为培养学生的科学思维搭建了可视化的支架。学生用点阵笔在记录单上以绘图或文字的形式，直观表达自己对物体间热量传递的初始想法。点阵笔采集的数据能够在智慧纸笔课堂平台上实时动态呈现，清晰展示出学生的思维轨迹，为学生之间的交流互动创造了条件。思维差异引发的认知冲突，进一步激发了学生对物体间热传导现象的探究欲望，驱动了后续探究的开展。

2.实验探究环节

思维深度是衡量学生思维能力发展水平的关键指标，它反映了学生对知识的理解程度以及解决问题的层次。在本课的实验探究环节，教师组织学生以小组为单位，利用所提供的实验材料（温度计、热水、冷水、试管、烧杯等），结合所学知识自主设计实验方案，探究物体间热量传递的规律。在实验过程中，学生用点阵笔记录冷水和热水的温度变化数据，并绘制折线图，教师通过智慧纸笔课堂平台，将各小组实验过程中获取的温度动态变化情况实时呈现，实现了整个探究过程的思维可视化。这些可视化的数据呈现，促使学生从对热传导现象的简单观察，深入到对温度变化速率、趋势等的分析。他们基于数据分析归纳出热传导的规律，思考现象背后的原理，充分锻炼了学生的逻辑推理、批判性思维等思维能力。例如，有的学生会发现大多数小组实验中存在“热水温度下降速度比冷水上升温度慢”的现象，在小组讨论与分析过程中，学生运用逻辑推理思维，从影响热量传递的实验条件等因素考虑，提出可能是“冷水与热水的水量差异大所导致的”。从思维发展的视角来看，借助智慧纸笔平台，学生在实验过程中能够依据实时呈现的多小组数据，将对实验现象的感性认知上升为理性分析，在剖析实验现象的过程中，他们能综合多组数据展开分析研讨，进而有效提升了小组讨论的质量，促进其思维的发展。

3.集体研讨环节

在完成本课实验探究后，教师依托智慧纸笔课堂平台组织学生开展集体研讨，启发学生的思维进阶。首先，教师将各小组的实验数据及分析结果进行集中展示，引导学生对比不同小组数据，探寻其中的共性与差异。学生从多小组的冷水、热水的温度变化趋势中，分析、归纳出“热量从高温物体传向低温物体，并趋于热平衡”的规律，达成本课的基本概念目标。在此基础上，教师进一步启发学生运用多种思维方法，从实验操作、环境条件等多个维度对本课数据进行质疑、分析与讨论，推动学生的思维从基础数据分析到多变量系统分析的跃迁。比如，学生基于“个别小组的冷水升温速率明显大于其他小组”这一现象，运用逻辑思维进行推理，提出可能是由于“该小组用的冷水的水量比较少，热水用量比较多，且热水初始温度比较高”的原因；针对“冷水和热水的温度达到平衡后，冷水温度反超热水温度”的现象，学生运用批判性思维，从实验环境等影响因素进行分析，提出可能是由于“热水同时也在与周围环境的空气接触，热量传递到空气中”的缘故，其他学生进一步表达支持或反驳的意见，引发学生的深度研讨。从本环节的实施效果来看，数智技术的嵌入，为集体研讨提供了丰富多元的数据资源以及良好的交互环境，促进了学生之间思维的深度碰撞与融合，深化了学生对物体间热传导规律的理解与建构，达成了培养学生高阶思维的素养目标。

4.迁移应用环节

数智技术的实时采集和同屏展示功能，可以为学生思维碰撞提供高效、便捷的交流平台。在本课的拓展环节，教师通过多媒体展示感温变色杯、暖手宝等生活中常见的物体间热传导的实例，引导学生将课堂所学的热传导知识向生活迁移。学生运用类比、演绎等思维剖析生活现象，通过点阵笔在记录单上书写，列举出生活中更多物体间热传导的例子，并通过智慧纸笔课堂平台进行展示。在此基础上，教师进一步鼓励学生在课后运用更多的数智工具，探寻热传导在社会、工程等多领域的应用案例，并尝试设计基于热传导原理的创意作品，例如“设计一种能够根据水温变化显示不同图案的智能水杯”，促使学生运用创造性思维，将所学知识进行整合与创新，不断延展思维的边界。

在教育数字化转型的浪潮中，数智技术打破了传统教学的局限，使科学思维培养更加高效、多元、深入。在《温度不同的物体相互接触》这一课的教学实践中，通过将数智技术贯穿于科学思维培养的各个环节，有效激发了学生的思维动机、引发其深度思考，有力推动了学生科学思维的进阶式发展，促进了学生科学素养的提升。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部制定.义务教育小学科学课程标准[M].北京师范大学出版社，2022.

[2] 胡卫平.深入理解科学思维，有效实施课程标准[J].课程.教材.教法， 2022， 42（8）：55-60.

[3] 胡卫平.科学思维的理论与培养[M].河北人民出版社，2023.01.

[4] 祝智庭，张博，戴岭.数智赋能智慧教育的变与不变之道[J].中国教育信息化，2024，30（03）：3-14.