技術(shù)助力小學(xué)科學(xué)可視化實(shí)驗(yàn)的支架式教學(xué)策略

技術(shù)助力小學(xué)科學(xué)可視化實(shí)驗(yàn)的支架式教學(xué)策略《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》在"課程開發(fā)與利用"中指出：力爭(zhēng)做到課程資源與科學(xué)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，信息技術(shù)與科學(xué)教學(xué)深度融合。教師利用信息技術(shù)將科學(xué)問題置于現(xiàn)實(shí)生活中，引導(dǎo)學(xué)生觀察科學(xué)現(xiàn)象，探尋科學(xué)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。教師要積極參與網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，運(yùn)用在線學(xué)習(xí)、微課自學(xué)、智能檢索等方式，促進(jìn)信息技術(shù)與科學(xué)學(xué)習(xí)深度融合，為教學(xué)服務(wù)。教師可以利用科學(xué)教學(xué)網(wǎng)站或資源庫，以及各種網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或工具，開展網(wǎng)絡(luò)研修或科學(xué)教學(xué)信息交流活動(dòng)，提高專業(yè)水平。教師應(yīng)利用信息技術(shù)手段，如虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)等，讓學(xué)生比較直觀便捷地學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。學(xué)校與教師還應(yīng)關(guān)注數(shù)字化教材、音像資料、多媒體軟件等資源的開發(fā)與使用。如何科學(xué)運(yùn)用支架式教學(xué)策略，提高小學(xué)生參與科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的積極性和課堂教學(xué)效率？教師需要引入新穎的教學(xué)方法：植入信息技術(shù)使小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)更加生動(dòng)、形象、有趣，化繁為簡、變靜為動(dòng)、顯微闡幽，搭建立體式支架使學(xué)生思維螺旋形升級(jí)。為此，筆者針對(duì)小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了話題型支架、素材型支架、方法型支架、操作型支架、技術(shù)型支架，提供多樣化的觀察素材，開展數(shù)字化教學(xué)，激發(fā)學(xué)生觀察興趣，培養(yǎng)科學(xué)思維盡可能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程和思維過程可視化提高教學(xué)實(shí)效。引入話題型支架，激發(fā)觀察興趣話題型支架指在導(dǎo)入或過渡教學(xué)時(shí)，教師根據(jù)自己對(duì)文本內(nèi)容的理解和對(duì)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)起點(diǎn)的了解，提出恰當(dāng)?shù)脑掝}，以幫助學(xué)生搭建承啟學(xué)習(xí)的橋梁，使他們能夠盡快投入科學(xué)探究學(xué)習(xí)之中，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，在收集證據(jù)的過程中構(gòu)建科學(xué)概念.筆者構(gòu)建的話題型支架結(jié)構(gòu)如圖1所示。對(duì)于每次實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，教師需要聚焦相應(yīng)的問題，對(duì)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)或?qū)W習(xí)起點(diǎn)要有明確的認(rèn)識(shí)。教師要以生為本設(shè)置話題，選擇學(xué)生感興趣且符合其成長規(guī)律、地域特征的具有研究價(jià)值的問題開展探究活動(dòng)。教師在問題評(píng)估環(huán)節(jié)起重要作用。評(píng)估精準(zhǔn)得當(dāng)是活動(dòng)順利開展的關(guān)鍵。學(xué)生在活動(dòng)過程中針對(duì)問題收集數(shù)據(jù)分組對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析達(dá)成共識(shí)，構(gòu)建相應(yīng)的科學(xué)概念，用以解釋現(xiàn)象、解決問題。學(xué)生科學(xué)觀念的形成是建立在理解科學(xué)概念、規(guī)律、原理的基礎(chǔ)上的。教師讓學(xué)生在整個(gè)過程中以自主合作、分析討論的方式形成科學(xué)觀念，有利于學(xué)生在今后的生活中有意識(shí)地借助已有科學(xué)觀念來解決問題。圖1話題型支架結(jié)構(gòu)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的主題感興趣就會(huì)產(chǎn)生好奇心，且能持久。要激發(fā)學(xué)生觀察的興趣，教師應(yīng)精心設(shè)計(jì)目標(biāo)和任務(wù)。教師可以在課堂教學(xué)中使用三維動(dòng)感等相關(guān)課件，變抽象為形象.例如，研究"不同形狀的車輪在斜面上滑下的距離"時(shí)，筆者用大屏展示變形金剛引出話題，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣.學(xué)生分組比賽，制作變形金剛（小車），在此過程中研究不同形狀的車輪在斜面上的運(yùn)動(dòng)情況。筆者引導(dǎo)學(xué)生研究圓形車輪的滑行距離，將前后兩次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，借助三維動(dòng)畫模擬各種形態(tài)、質(zhì)量的小車在不同斜坡路面環(huán)境下的滑動(dòng)過程，引發(fā)學(xué)生思考影響小車滑行距離的因素還有哪些。興趣是最好的老師。對(duì)于低年級(jí)學(xué)生來說，普遍存在注意力不集中、容易被新鮮事物吸引、對(duì)晦澀抽象的知識(shí)接受能力差等不足。整節(jié)課，筆者從問題出發(fā)，始終圍繞學(xué)生感興趣的話題創(chuàng)設(shè)情境.學(xué)生制作變形金剛小車參與比賽是教學(xué)明線，學(xué)生在比拼的過程中潛移默化地研究了不同形狀的車輪及不同高度的斜面對(duì)比賽結(jié)果的影響是教學(xué)暗線，雙線完美契合。最后，筆者借助三維動(dòng)畫對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境難以模擬的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重現(xiàn)，進(jìn)一步讓學(xué)生在探索中思考影響物體在斜面上運(yùn)動(dòng)的因素有哪些。學(xué)生在玩樂中學(xué)習(xí)，更加高效地理解并掌握了相關(guān)知識(shí)，也有效拓寬了知識(shí)面.提供素材型支架，建構(gòu)立體思維素材型支架指教師讓學(xué)生在生活中學(xué)會(huì)觀察，從中尋找和收集有用的素材，引導(dǎo)學(xué)生記錄相關(guān)素材，并對(duì)其進(jìn)行梳理和拓展，提升學(xué)生的探究能力。筆者構(gòu)建的素材型支架結(jié)構(gòu)如圖2所示?？茖W(xué)探究實(shí)踐往往少不了實(shí)驗(yàn)材料的支撐。教師應(yīng)從"學(xué)”的角度思考如何讓材料為探究實(shí)踐服務(wù)。筆者在課前、課中、課后時(shí)刻關(guān)注材料發(fā)揮的作用對(duì)學(xué)生實(shí)踐探索的助益。對(duì)于某項(xiàng)活動(dòng)，課前需要進(jìn)行下水實(shí)驗(yàn)。筆者分析教材列出的材料能否達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，如果能夠達(dá)成，思考是否有更有效的材料可用，為此開展多材料實(shí)驗(yàn)。如果無法達(dá)成，那么需要如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料？課前完成下水實(shí)驗(yàn)并不意味教師在課堂上就可以松懈，還需要關(guān)注學(xué)生在課堂上分組合作情況，關(guān)注學(xué)生借助教師提供的材料是否能夠解決問題，以及學(xué)生在使用材料的過程中有無發(fā)現(xiàn)新問題或有研究意義的發(fā)現(xiàn)。課后，筆者根據(jù)課上學(xué)生分組合作的結(jié)果及時(shí)總結(jié)反思，能夠順利解決問題,就形成典型材料進(jìn)行推廣應(yīng)用；如果有新問題或者新發(fā)現(xiàn)，就進(jìn)一步對(duì)材料進(jìn)行改進(jìn)，以便幫助學(xué)生解決問題.圖2索材型支架結(jié)構(gòu)對(duì)于實(shí)驗(yàn)觀察活動(dòng)，教師準(zhǔn)備材料要做到豐富且典型。材料多種多樣，便于學(xué)生感性認(rèn)知，也有利于學(xué)生剖析和比對(duì)。材料典型，才有利于揭示科學(xué)本質(zhì)，方便學(xué)生概括。例如，對(duì)水進(jìn)行觀察時(shí)，教師要求學(xué)生通過多種感官對(duì)水的各個(gè)方面加以觀察，了解水的物理性質(zhì).為了深化學(xué)生的理解，教師往往還讓學(xué)生將水與醋、牛奶等進(jìn)行對(duì)比。為了讓學(xué)生更好地構(gòu)建"無固定形態(tài)”的概念，筆者準(zhǔn)備水、木塊、氣球等不同狀態(tài)的物品，將水注入不同容器，控制氣球容積，讓學(xué)生以目視、觸摸等方式對(duì)其進(jìn)行探究，引導(dǎo)學(xué)生了解不同狀態(tài)下物體的區(qū)別，以此了解水是"無固定形狀”的液體等特點(diǎn)。此外，筆者還播放相關(guān)視頻讓學(xué)生觀看自然界水的存在形式、水與其他物質(zhì)的區(qū)別，認(rèn)識(shí)水對(duì)生命維系的意義。整節(jié)課，筆者在技術(shù)支持下，循序漸進(jìn)開展觀察和探究活動(dòng),使學(xué)生在無形中提升了認(rèn)知。實(shí)驗(yàn)、觀察是科學(xué)學(xué)習(xí)中非?；A(chǔ)且極其重要的環(huán)節(jié)，并非所有方面都需要全面精細(xì)觀察，應(yīng)結(jié)合實(shí)際具體安排，引導(dǎo)學(xué)生在觀察與親身體驗(yàn)中形成相關(guān)的情感、態(tài)度和價(jià)值觀。運(yùn)用方法型支架，訓(xùn)練觀察技能方法型支架指教師為促進(jìn)驅(qū)動(dòng)任務(wù)能動(dòng)且高效開展，為學(xué)生提供有結(jié)構(gòu)材料、思維導(dǎo)圖、方案、評(píng)價(jià)量表等元素的過程性指導(dǎo)和幫助，便于學(xué)生理解概念，承擔(dān)并完成角色任務(wù)，開展多元化研究。筆者設(shè)計(jì)的方法型支架結(jié)構(gòu)如圖3所示?；顒?dòng)伊始，筆者確定任務(wù)目標(biāo)，明確整個(gè)活動(dòng)需要研究什么問題，選擇合適的方法及角度，對(duì)比研究結(jié)果，分析獲取的數(shù)據(jù)，從而獲得證據(jù)，解釋現(xiàn)象。如研究結(jié)果達(dá)成了相應(yīng)的任務(wù)目標(biāo)即研究結(jié)束；如研究結(jié)果未達(dá)成相應(yīng)目標(biāo)，分析原因，再次確認(rèn)研究問題，以多種方法、多個(gè)角度再研究。以此培養(yǎng)學(xué)生多角度分析、多方法探究，以及用迭代思維分析問題的能力。圖3方法型支架結(jié)構(gòu)科學(xué)課堂上的實(shí)驗(yàn)和科學(xué)家操作的實(shí)驗(yàn)存在一定的差別。課堂實(shí)驗(yàn)多是簡化的科學(xué)探究，且學(xué)生需要在教師的引導(dǎo)下操作。為了提高教學(xué)效率，教師要不失時(shí)機(jī)地合理引導(dǎo)。低年級(jí)和中年級(jí)的學(xué)生還不具備實(shí)驗(yàn)操作技能，教師需要設(shè)計(jì)好操作步驟，并了解學(xué)生的具體狀況，對(duì)可能出現(xiàn)的問題及時(shí)幫助解決。筆者在教學(xué)"磁鐵能吸引什么"時(shí)，從學(xué)生原有的認(rèn)知"磁鐵能吸引鐵"出發(fā)，引出問題：除了吸引鐵制物品以外，磁鐵能吸引其他金屬嗎？它們彼此可以吸引嗎？磁鐵到底可以吸引什么？以此開啟探究。對(duì)于三年級(jí)學(xué)生來說，還缺乏自主探究能力，因此在實(shí)驗(yàn)過程中需要教師在方法上給予指導(dǎo)。筆者組織學(xué)生就"磁鐵到底可以吸引什么”等問題進(jìn)行討論，并對(duì)學(xué)生的討論結(jié)果進(jìn)行收集、匯總，利用電子表格制作"討論結(jié)果表”。同時(shí)，為學(xué)生提供磁鐵、鐵品、鋁品、銅品、電池、玻璃、紙、橡膠、塑料、木塊等材料并對(duì)其編號(hào)，讓學(xué)生使用磁鐵對(duì)其逐一吸引，收集實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并用電子表格制作"實(shí)驗(yàn)結(jié)果表筆者展示“討論結(jié)果表"和"實(shí)驗(yàn)結(jié)果表"，通過肢體、語言等吸引學(xué)生關(guān)注表格信息，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)'討論結(jié)果表"及"實(shí)驗(yàn)結(jié)果表"進(jìn)行比較分析，判斷正誤。在筆者的引導(dǎo)下，學(xué)生自然而然學(xué)會(huì)了研究方法。最后，筆者讓學(xué)生在教室內(nèi)尋找能被磁鐵吸引的物品，讓他們學(xué)以致用，對(duì)研究方法進(jìn)行鞏固和提升。"磁鐵能吸引什么"整個(gè)探究過程，以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，合理利用了辦公軟件提煉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使得教學(xué)過程雜而不亂、思路清晰。在科學(xué)研究中，成年人運(yùn)用提出問題、分析問題、問題探究、問題總結(jié)的學(xué)習(xí)方法，能夠迅速整理研究思路，在探究過程中迅速接近問題及答案的本質(zhì)。但學(xué)生年紀(jì)較小，問題總結(jié)、探究能力較為薄弱，教師在教學(xué)過程中，應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生合理利用數(shù)字技術(shù)，并且承擔(dān)好思路整理者及節(jié)奏把控者的角色，循序漸進(jìn)地探究問題。搭建操作型支架，增強(qiáng)觀察效果操作型支架指教師在指導(dǎo)學(xué)生修正課堂實(shí)驗(yàn)或課后拓學(xué)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生比較分析，自己嘗試將思維導(dǎo)圖按圖索驥或表達(dá)方式，修正原有的方法，反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，進(jìn)而學(xué)會(huì)如何分析修正實(shí)驗(yàn)并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。筆者設(shè)計(jì)的操作型支架結(jié)構(gòu)如圖4所示。一堂課需要教師與學(xué)生在活動(dòng)中扮演重要的角色。教師需要為學(xué)生設(shè)定符合其認(rèn)知水平的目標(biāo)，并選擇合適的資源，為學(xué)生建立科學(xué)觀念提供助力；根據(jù)學(xué)生能力水平設(shè)計(jì)問題和任務(wù)。學(xué)生作為教學(xué)的主體，其活動(dòng)過程是課堂的重中之重。學(xué)生在活動(dòng)前討論需要解決的問題，根據(jù)已有認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)提出自己的猜想，借助教師提供的資源在實(shí)踐過程中以多種學(xué)習(xí)方式獲取證據(jù)提出見解，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)化知識(shí)，提升學(xué)習(xí)能力，在課后能夠解決生活中的實(shí)際問題。這是科學(xué)教學(xué)提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要方式。圖4操作型支架結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，受時(shí)間和空間以及環(huán)境所限，部分實(shí)驗(yàn)無法在實(shí)驗(yàn)室中完成.教師需要搭建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀妙惐鹊姆椒ㄍ扑阆嚓P(guān)數(shù)據(jù)，用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)。教師在搭建模型中，需要抓住實(shí)驗(yàn)的主要達(dá)成目標(biāo)和類比模型所應(yīng)具備的特征，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中盡可能減少其他要點(diǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響，以達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹９P者在教學(xué)"用沉的材料造船"時(shí)，播放視頻"木頭能浮在水面上可以造船"引出話題，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突"為什么沉入水里的鋼鐵做成船卻能浮在水面上”.學(xué)生有了認(rèn)知沖突，就會(huì)有研究的興趣，進(jìn)而提出自己的觀點(diǎn)。受鋼鐵的鍛造工藝限制，借助在水中同樣會(huì)沉的橡皮泥來代替鋼鐵進(jìn)行研究，學(xué)生也能夠自然而然接受這樣的模型建構(gòu)。學(xué)生完成"不同形狀橡皮泥在水中的沉浮狀態(tài)”的實(shí)驗(yàn)，借此探究鋼鐵大船能在水中航行的秘密.學(xué)生將相同體積的橡皮泥捏成實(shí)心球、實(shí)心立方體、條形、餅形、空心球、船形等形狀，觀察其在水中的沉浮狀態(tài)，并借助電子表格對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行收集整理.在整理表格信息的過程中（見表1）,學(xué)生對(duì)排開的水量這個(gè)概念進(jìn)行了建構(gòu)，并根據(jù)結(jié)果探討不同形狀橡皮泥在水中呈現(xiàn)不同沉浮狀態(tài)的原因。筆者組織學(xué)生觀看不同規(guī)模船舶入水及其排水量介紹的視頻，并引導(dǎo)學(xué)生分析橡皮泥排水量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，了解巨輪在水中航行的科學(xué)原理。表1橡皮泥排開的水量科學(xué)實(shí)驗(yàn)是追求真理道路上必不可少的一環(huán)。然而，因?qū)嶋H條件限制，很多時(shí)候?qū)W生無法模擬真實(shí)環(huán)境求證獲得答案，教師搭建模型，引導(dǎo)學(xué)生推算真實(shí)數(shù)據(jù)為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了重要支架。結(jié)合實(shí)際，利用傳統(tǒng)與數(shù)字手段建模并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，既可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力及探究興趣，又便于學(xué)生將理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用。巧用技術(shù)型支架，提高教學(xué)效率技術(shù)型支架指教師在教學(xué)過程中，將抽象難懂的理論知識(shí)與學(xué)生實(shí)際經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生借助技術(shù)手段獲取信息，主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)體系，并將其內(nèi)化，在日后的學(xué)習(xí)生活中加以運(yùn)用。筆者設(shè)計(jì)的技術(shù)型支架結(jié)構(gòu)如圖5所示。在教學(xué)過程中，有些問題教師無法借助已有的材料或者語言清晰地向?qū)W生表述，而借助技術(shù)手段可以有效解決這個(gè)難題。學(xué)生運(yùn)用數(shù)字技術(shù)發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律或?qū)W會(huì)學(xué)習(xí)方法，也是學(xué)習(xí)能力的提升.圖5技術(shù)型支架結(jié)構(gòu)以往教師采用傳統(tǒng)方式開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，沒有辦法讓所有學(xué)生清晰觀察到實(shí)驗(yàn)操作的全部過程以及實(shí)驗(yàn)的具體狀況。教師利用多媒體等數(shù)字技術(shù)可以將演示過程清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有利于突破教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。例如，"晝夜和生物"教學(xué)重點(diǎn)在于促使學(xué)生掌握動(dòng)植物和晝夜的關(guān)系，了解晝夜對(duì)動(dòng)植物的影響難點(diǎn)是針對(duì)夜行動(dòng)物進(jìn)行觀察。筆者借助多媒體顯示出多種夜間動(dòng)物活動(dòng)的情況，讓學(xué)生不會(huì)再因?yàn)闀r(shí)間和空間的約束而無法觀察，且便于學(xué)生思索和互動(dòng)，探究出動(dòng)物夜間活動(dòng)規(guī)律，突破重點(diǎn)和難點(diǎn)。又如，對(duì)于與發(fā)霉、生銹、種子相關(guān)的實(shí)瞼，學(xué)生不可能在短時(shí)間內(nèi)看到特定現(xiàn)象，筆者利用視頻、虛擬實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生在短短幾分鐘里就直觀了解現(xiàn)象形成的過程。再如，研究"我們是怎樣聽到聲音"時(shí)，需要讓學(xué)生了解耳的結(jié)構(gòu)和功能，但實(shí)驗(yàn)器材室的耳模型并沒有很好地展示出鼓膜、耳蝸、聽小骨等結(jié)構(gòu).筆者借助3D解剖軟件幫助學(xué)生了解人耳各部分的結(jié)構(gòu)組成，讓學(xué)生根據(jù)各部分結(jié)構(gòu)所處的位置和特點(diǎn)闡述它們發(fā)揮的作用。受制于時(shí)間、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)條件等因素，在日常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，許多實(shí)驗(yàn)還不能按照預(yù)期完美執(zhí)行。教師使用視頻、音頻、課件等多媒體設(shè)備，在短時(shí)間內(nèi)為學(xué)生演示已有的實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果，是非常必要且合理的.蠶的生長周期較長，且實(shí)時(shí)觀察難度較高。筆者在教學(xué)中利用記錄蠶從出生到死亡整個(gè)過程的紀(jì)錄片作為教學(xué)素材，并依據(jù)視頻為學(xué)生講解，引導(dǎo)學(xué)生推理，讓學(xué)生直觀了解蠶的成長過程。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)菜粉蝶一生進(jìn)行觀察、推理，讓學(xué)生將知識(shí)融入日常生活中.教師利用技術(shù)手段能夠進(jìn)一步完善教學(xué)，讓學(xué)生能夠在更高層次進(jìn)行自主探究，促進(jìn)其全面發(fā)展。值得注意的是，數(shù)字技術(shù)并不能完全取代原有的教學(xué)手段，兩者也不是對(duì)立的關(guān)系，借助技術(shù)彌補(bǔ)原有教學(xué)手段達(dá)不到的效果才是核心所在.例