小学科学地球与宇宙科学领域可视化教学研究

引言：小学科学地球与宇宙科学领域知识抽象，小学科学课程实施的主要形式是探究活动，要在教学中开展探究活动，必须有能激发学生探究欲望的问题情境、适合学生探究的结构化的材料。本研究旨在探索创新的可视化教学方法，以解决教学难题，提高教学质量。

1.可视化教学概述

1.1 可视化教学概念

可视化教学是指通过图形、图像、动画、模型等具象化载体，将抽象知识转化为可感知、可观察的直观形式，引导学生建立知识认知的教学方式。其核心在于“以形助教”，通过搭建“抽象知识—可视化载体—认知理解”的桥梁，降低学习难度。在小学科学教学中，可视化教学不仅是呈现知识的手段，更是引导学生主动探究的工具，如通过示意图展示“地球公转轨道”，用动画演示“火山喷发过程”，让学生在观察、分析可视化内容的过程中，自主构建知识体系，而非被动接受抽象概念。这种教学方式契合小学生“从具象思维向抽象思维过渡”的认知特点，能有效激发学习兴趣，提升知识理解深度。

1.2 地球与宇宙科学领域可视化教学特点

地球与宇宙科学领域的可视化教学，具有“空间性、动态性、模拟性”三大鲜明特点。空间性体现在该领域知识多涉及宏大或微观空间（如太阳系结构、地球内部圈层），需通过三维模型、立体示意图等可视化载体，帮助学生建立空间认知，如用3D 模型展示“地球的地核、地幔、地壳结构”，让学生直观理解各圈层的位置与厚度关系。动态性体现在该领域知识包含诸多动态过程（如地球自转与公转、月相变化），需通过动画、视频等动态可视化形式，呈现过程的连续变化，如用时间轴动画演示“一个月内月相的圆缺变化”，标注不同阶段的月相名称与形成原因。模拟性体现在该领域部分现象难以直接观察（如日食、彗星运动），需通过模拟实验、虚拟场景等可视化手段，还原现象发生过程，如用灯光模拟“太阳”、网球模拟“地球”、乒乓球模拟“月球”，演示日食形成的条件，让学生在模拟中理解科学原理。

2.教学现状与问题分析

2.1 现有教学模式分析

当前小学科学地球与宇宙科学领域的教学模式，仍以“传统讲授 ⁺ 简单教具辅助”为主，可视化教学的应用处于浅层次阶段。多数教师依赖课本插图、静态挂图等基础可视化资源，如讲解“太阳系”时，仅展示课本中的太阳系平面图，让学生记忆行星名称与排列顺序，缺乏动态演示与空间感知环节；部分教师虽会使用多媒体播放相关视频，但多为单向播放，未设计围绕视频内容的探究任务，学生处于“被动观看”状态，难以深度参与。少数学校尝试引入模型教具（如地球仪、三球仪），但使用方式单一，多由教师演示操作，学生动手实践机会少，如演示“地球自转”时，仅由教师转动地球仪，学生无法自主调整地轴倾斜角度、观察昼夜交替变化，导致可视化资源未充分发挥辅助认知的作用，教学效果受限。

2.2 存在的主要问题

现有教学中存在的主要问题，集中表现为“可视化资源适配性不足、教学互动性薄弱、知识深度传递欠缺”。可视化资源适配性不足体现在资源与学生认知水平脱节，如使用过于复杂的“星系光谱图”讲解“恒星分类”，超出小学生理解能力；或资源形式单一，如全程依赖静态图片，无法呈现动态过程，导致学生难以理解知识本质。教学互动性薄弱体现在可视化教学多为“教师展示—学生观看”的单向流程，缺乏学生参与的互动环节，如播放“火山喷发”视频后，未引导学生观察喷发过程中的关键现象（如岩浆流动、火山灰扩散），也未设计“模拟火山喷发”的动手活动，学生难以主动构建知识。知识深度传递欠缺体现在可视化教学仅停留在“呈现现象”层面，未深入挖掘现象背后的科学原理，如展示“月相变化”图片后，未解释“月球、地球、太阳三者位置关系对月相的影响”，导致学生仅记住月相名称，未理解变化规律。

3.可视化教学对策

3.1 创新教学方法

创新教学方法需围绕“互动式、探究式、沉浸式”三个方向，充分发挥可视化教学的育人价值。采用“互动式可视化教学”，设计“观察—提问—讨论—验证”的教学流程，如讲解“地球自转与昼夜交替”时，先让学生观察地球仪（静态可视化）与“地球自转”动画（动态可视化），提出“为什么会有昼夜交替”的问题，再分组讨论“地球自转方向与昼夜变化的关系”，最后用手电筒（模拟太阳）、地球仪（模拟地球）动手验证猜想，让学生在互动中深化理解。推行“探究式可视化教学”，围绕可视化内容设计探究任务，如讲解“火山喷发”时，提供“火山结构剖面图”“火山喷发视频”，让学生分组探究“岩浆从哪里来”“火山喷发的能量来源”，并利用橡皮泥、小苏打、白醋等材料制作“模拟火山”，在探究中理解火山喷发原理。引入“沉浸式可视化教学”，借助 AR、VR 技术打造虚拟学习场景，如用 VR 设备让学生“置身太阳系”，自主观察各大行星的运动轨迹与表面特征；用AR 技术扫描课本插图，触发“地球内部圈层”的3D 动态演示，让学生在沉浸式体验中建立空间认知，提升学习兴趣与知识理解深度。

3.2 教学资源整合

教学资源整合需构建“多元载体、分层分类、共建共享”的资源体系，满足可视化教学需求。多元载体整合方面，结合知识特点整合“传统教具、数字化资源、生活素材”三类可视化载体，如讲解“天气变化”时，用传统教具（温度计、风向标）让学生观察实时天气数据，用数字化资源（天气APP动态云图）展示大气运动，用生活素材（报纸天气版、天气预报视频）丰富认知，形成“具象—抽象—应用”的资源链条。分层分类整合方面，按“知识模块”与“认知难度（基础型、提升型、拓展型）”对资源分类，如“太阳系”模块中，基础型资源为“太阳系平面图”“行星图片”，提升型资源为“太阳系 3D 模型”“行星运动动画”，拓展型资源为“人类探索太阳系的视频”，教师可根据学生认知水平选择适配资源。推动“共建共享资源库”，学校联合区域内其他小学，收集、筛选、制作优质可视化资源，如教师共同开发“地球与宇宙科学可视化教学课件”“模拟实验操作指南”，上传至区域教育资源平台，实现资源共享；鼓励教师利用免费在线工具自制简单可视化资源，降低资源获取难度。

结束语：通过对小学科学地球与宇宙科学领域可视化教学的研究，提出了一系列创新的教学对策。教育技术应该是服务于教育的，只有扎根于教育中的教育技术才有生命力；教育技术应该有先进的教育理念和学科主干理论支撑才会有丰富的内涵，它是实现教育和教学目标的一种选择，更应该成为推动教育改革发展的杠杆。

参考文献：

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