数智化教学在小学科学课堂中的运用

引言

随着大数据、人工智能、VR、AR 等技术在教育领域的深度应用，数智化教学为解决上述问题提供了新可能。数智化教学不是简单的“技术叠加”，而是以学生为中心，利用技术手段重塑教学流程、创新教学形态，把抽象知识变得可感可知，拓宽实验探究边界，依靠数据做到精准教学。小学科学是培养学生科学思维、探究能力和创新意识的启蒙课程，其教学质量直接影响着学生对自然和科学的认识基础，《义务教育小学科学课程标准》中明确指出：“倡导探究式学习，重视创设真实情境，引导学生积极参与科学探究。”本文主要从数智化教学在小学科学课堂的应用出发，试图通过对问题的剖析，提出对策，促进数智化技术与小学科学教学的融合，实现“以技术助教学，以教学育素养”的目标。

一、小学科学传统课堂存在的核心问题

（一）抽象知识难具象，学生认知存在障碍

小学阶段学生的思维以具象思维为主，抽象逻辑思维发展尚未成熟，但小学科学课程中具有很多微观、宏观或抽象的科学原理，如“物质的微观构成”“电路电流的流动”“宇宙天体的运动”等。以往教师在教学中往往以课本中的插图、板书或者简单的模型进行讲解，很难将抽象的科学原理转变为学生可以感知的内容。如在“水的三态变化”教学中，教师只是通过“冰融化成水、水蒸发成水蒸气”这样的语言描述以及图片展示，学生就无法理解“水分子间距变化导致状态改变”的本质，容易产生“水蒸气看不见就不存在”的错误认识，进而影响后续学习。

（二）实验探究有局限，学生实践机会不足

实验是小学科学课最重要的一个环节，是培养学生探究能力的有效载体，传统实验存在三大制约：第一是安全限制。“高锰酸钾制氧”“酸碱中和反应”这样的实验用到腐蚀性很强的试剂，温度也比较高，老师为了避免出事故，基本上都是自己来操作，学生看实验，很少有机会上手操作。第二是成本限制。有的实验材料比较贵，比如：天文观测类的实验，一些学校经费不够，拿不齐，导致“观察细胞结构”、“观测月相变化”这样的实验无法开展。第三是时间限制，“植物生长变化”的实验需持续观察好几周，而传统的课堂无法天天跟随实验进程走，只能通过学生偶尔记录，这样得到的数据很难形成完整的植物生长变化的动态过程。

（三）教学指导难精准，个体差异被忽视

传统的小学科学课堂，均采用统一进度，统一内容的教学方式，老师主要通过课堂提问以及课后作业了解学生的学习情况，这种方式也存在着明显的弊端，一方面课堂提问的范围有限，大多数情况下只能注意到主动举手的学生，无法了解全班同学的知识掌握情况；另一方面，课后作业批改也只是简单的对错判断，老师也无法了解到学生做错题目的原因，比如：学生在“电路连接”作业上出现错误，可能是学生未能弄清楚“串联与并联原理”，也可能是学生记错了操作步骤，但老师无法准确地判断出来，这种“一刀切”的教学方式，使得学优生因为内容简单而丧失了探究的兴趣，无法做到“因材施教”。

二、小学科学传统课堂核心问题的解决对策

（一）借助多元教学工具，破解抽象知识具象化难题

对于学生因具象思维占优、难以理解抽象科学概念的问题，需打破“课本+ 板书”的传统模式，用“可视化工具 + 场景化体验”的组合，把抽象知识变成可感知、可互动的内容，降低理解难度，引入 VR、AR、动画模拟工具，创造沉浸式学习体验，在“物质的微观构成”教学中，用 AR 软件让学生用手机扫课本插图，就能看到“水分子在固态、液态、气态下的运动状态与间距变化”的动态模型，直观感受水的三态变化原理；在“宇宙天体运动”教学中，用VR设备让学生“站在”太阳系，看地球围着太阳转、月球围着地球转的轨道，纠正“太阳围着地球转”的直观错误。对于缺乏高端设备的学校，可以利用免费的科学动画，通过屏幕向学生演示电流从电源正极出发，经过用电器回到电源负极的全过程，让学生看到原本看不见摸不着的“电流”。

（二）创新实验组织模式，突破实验探究的多重局限

针对实验教学“安全风险大、资源短缺、时间长”的问题，需“分层实验设计 + 资源整合 + 过程跟踪优化”，在保证安全的基础上，尽可能增加学生的实践次数，培养探究能力。根据实验的安全性、难易度设计实验形式，对“高锰酸钾制氧”、“酸碱中和反应”这类存在安全风险的实验，可采用“教师演示+ 视频慢放 + 学生观察记录”的方式，同时用实物展示反应后产生的物质，让学生直观地感受到实验的结果；对“电路连接”、“物体沉浮”这类安全易做的实验，采用“分组合作”的形式，每组提供基本器材，让学生自己动手尝试做实验，教师巡视指导，发现学生的问题，帮助解决；对“植物生长变化”、“种子发芽条件”这类需要长时间观察的实验，布置“家庭实验任务”，给每个学生发放一个简易实验包，要求学生每天拍照或者用文字记录植物的生长状况，并且在班级群进行分享，教师定时在线点评，帮助学生理清“光照、水分、温度对植物生长的影响”，完整跟踪实验过程。

（三）运用差异化教学策略，实现精准化教学指导

针对传统教学“一刀切”导致的个体差异被忽视问题，需要“动态评估 + 分层任务 + 个性反馈”，精准掌握学生的需求，让不同水平的学生都能获得相应的指导，做到“因材施教”。打破“单一提问”的局限，采用“快速检测 + 小组汇报”的方式掌握全体学生的学习情况。在“电路连接”教学之后，通过“课堂小测”快速了解学生对电路原理的掌握情况；在“植物光合作用”教学中，让学生以小组为单位，用思维导图梳理“光合作用的原料、产物、条件”，通过小组汇报的方式，教师能够直观地发现不同小组的知识漏洞，及时补充讲解。同时通过在线答题工具设计选择题型的即时测试，学生通过手机扫码答题后，系统自动形成答题报告，老师可以快速找到“正确率低的知识点”进行针对性调整教学节奏。

结束语

数智化教学为小学科学课堂带来了从“知识传递”到“素养培养”的转型机会，它解决了传统课堂的认知障碍、实验局限、个性化不足等问题，使科学教学更直观、更探究、更精准。小学科学教师需抓住数智化转型趋势，在实践中处理好技术与教学的关系，以学生科学素养培养为中心，合理应用数智化工具优化教学流程，让科学课堂成为学生探索自然、发展思维、提升能力的乐园，为学生未来科学学习奠定坚实基础。

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