技术赋能小学科学实践作业的三维优化路径

技术赋能小学科学实践作业的三维优化路径在“双减”政策背景下，小学科学实践作业面临诸多挑战，如形式单一、指导不足、评价薄弱等。如何通过学科实践，激发学生的好奇心、想象力和探求欲？《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）等文件均强调实践育人、数字化赋能科学教育的重要性，为小学科学实践作业的优化提供了政策依据。笔者立足科学核心素养培育目标，构建了“设计—实施—评价”三维优化模型，基于数字资源整合拓展作业内容广度，依托交互平台强化过程指导效度，借助智能工具提升评价反馈精度。研究旨在探究单元主题式进阶设计、支架式分层指导、多元主体协同评价等策略，实现作业内容从知识本位向素养导向转型，实施方式从单向布置向双向互动升级，评价体系从结果评定向过程促进转变。以下将从优化设计、创新实施和重构评价三个方面展开论述，探索小学科学实践作业的数字化赋能路径。一、优化设计：指向多维目标，拓展内容广度（一）素养立意，拓宽内容，丰富形式作业的本质是学习活动，通过科学实践作业实现深度学习，促进个体发展。其目标包括让学生掌握核心课业内容，培养批判性思维以及解决问题、合作和有效沟通的能力，以及成为拥有学术研究心态的自主学习者。科学学习活动主要包括观察、测量、观测、实验探究、模拟实验、制作、体验、调查、种植养殖、读图识图、项目研究、科普剧等，一切学习活动皆可成为实践作业形式。笔者基于多年教育实践，将科学课外实践作业的研发路径概括为“一个核心、两大主题、三种类型、N种形式”（如图1）。图1基于科学核心素养的小学科学实践作业研发路径我们围绕科学核心素养，开发教材主题和自由主题活动课程，涵盖科学探究、工程实践、项目化综合三种类型及多种形式的活动。教材主题活动是指结合教材内容，从单元视角出发，围绕素养目标进行整体规划，系统设计，依托进阶式系列活动达成多维目标，帮助学生深度理解主题领域内核心概念、发展科学思维、提升探究实践能力，树立正确的科学态度和社会责任感。自由主题活动是指教师根据学生兴趣特长或结合时令，让学生自主研究生活中的问题或创造作品，尊重学生个性化发展需求，设计开放性活动，将实践内容拓展至学生的周围世界。主要有两类：其一，教师定向，半开放活动；其二，内容自定，全开放活动。科学课程包括科学探究与工程实践，科学课外实践作业类型应当涵盖这两方面的活动，两者没有明显界限，当学生围绕一个主题开展系列探究，最后形成物化成果时，活动就发展成项目化学习。三种作业类型既独立又相互关联，可以根据学情，按目标设计。（二）借力生成式人工智能，创新设计，拓展学习1.智能对话，助力设计设计过程中，教师应主动思考能否借助数字技术与平台助力教与学。利用生成式人工智能可以打开思路，设计更加丰富、有创意的、具时代性的实践项目。例如，与“豆包”进行如下对话。以发展学生科学素养为目的，结合数字平台资源，以“能量”为主题，设计创新性、挑战性科学实践活动。生成式人工智能迅速生成了“能量探索科学实践活动方案”，活动目标明确，并提供“知识初探—项目策划—项目实施—展示交流—总结反思”五个阶段的活动流程。其中“创意能量项目策划”建议学生自由分组，三四人为一组，使用在线协作工具（如腾讯文档）共同讨论，确定一个以“能量”为主题的创意实践项目，如设计一个小型能量转换装置、制作能量科普动画、编写能量主题科普剧本等。“项目实施”就是围绕上面的三个项目，分组合作，利用数字平台、在线动画制作软件、石墨文档等共同完成实践作品。生成式人工智能设计带来的启示是：教育理念先进，将学生完全置于主体地位，在学生自主浏览大量与能量相关的数字资源后，以小组合作形式，自主设计创意实践项目；充分利用数字技术赋能科学教育，高效实施项目，学习方式新颖，作品创造空间大。2.人机结合，优化设计生成式人工智能设计的活动方案不一定适合教学实际，需要师生基于学生认知水平，结合教材内容和目标，优化方案。例如，“制作能量科普动画”、在线“编写能量主题科普剧本”，学生数字技术水平达不到这样的要求，可以改成制作能量主题绘本。要求 ：先提出你的观点，再围绕观点，展开想象，用卡通简图加文字方式表达你的观点，至少绘制4幅图画，将完成的作品拍摄成照片，制作成电子书，以演示文稿形式或PDF形式呈现。为帮助学生有效开展活动，教师可以为学生提供学习支架，如提供表现水在自然界中循环的“小水滴旅行记”绘本，作为参考。优化后的设计，既帮助学生通过活动深度理解“能量转化”这一核心概念，又发展学生创造力、想象力，整合美术、语文、信息科技等学科开展跨学科学习。3.整合技术，拓展学习数字化学习与创新能力是未来公民的必备素养。教师在设计科学实践作业时，应引领学生选用合适的数字设备、平台和资源，有效地管理学习过程，开展探究性学习，创造性地解决问题。例如，为学生提供数字资源链接，推荐专业网站、学习App等，引领学生基于网络学习，充分运用数字平台丰富的资源拓展学习，走进数字世界，发展数字化能力、数字化意识、数字化思维等数字素养。以下以“能量”单元实践活动设计为例，阐述以上过程。（三）设计案例：教材主题——“能量”单元实践活动设计1.立足单元核心素养“能量”单元的学科核心概念是“能的转化与能量守恒”，跨学科概念涉及“物质与能量”“结构与功能”“系统与模型”“稳定与变化”等。学生通过本单元的学习，要知道能量的形式是多样的，能量之间可以相互转化。学生参与制作“电磁铁”、电磁铁南北极改变实验、磁性强弱对比实验、小电动机工作原理探索实验等的学习活动，发展科学探究能力，理解核心概念。要实现上述目标，仅靠课内实践是不够的，需要围绕目标，补充课外实践。2.进阶设计实践活动课标提出“科学安排进阶，形成有序结构”的课程理念，在单元实践活动的设计中也需遵循学习进阶理念，设计有层次性的结构性活动。一是学习内容由浅入深、由表及里、由易到难，二是学习活动从简单到综合。教师将教学内容和活动有机整合，规划适合不同学段的、螺旋上升的课程目标和课程内容，设计适合不同学段的探究和实践活动，形成有序递进的课程结构。简言之：以课程视角，学习进阶理念，设计单元实践作业（见表1）。表1“能量”单元进阶式实践作业设计教师以单元视角整体规划，将认知与解决问题能力、创新能力与创造力联结起来，帮助学生在系列化实践活动中实现深度学习。组织学生参与调查、浏览网页等活动，积累经验，将学习与生活关联；在制作、实验探究中加强体验，发展理解，提升学生科学思维和探究实践能力；引导学生在阅读解释、创造作品、创意表达中迁移应用，将知识转化为综合实践能力。二、创新实施：关注个性发展，强化指导效度（一）依托平台实施有效实施是素养目标达成的关键环节。数字平台作为新兴的教育媒体，其应用改变了教育信息的传播方式和途径。教师可以借助数字平台将科学实践作业的要求、指导资料等信息快速、准确地传递给学生，学生也能利用平台进行更广泛的学习并及时反馈作业完成情况和遇到的问题。这种双向的信息传播模式，提高了教育信息的传播效率和效果，也提高了实践作业的实施效果（如图2）。图2数字平台支持下的小学科学实践作业实施路径1.平台布置，示范引领教师充分利用现有的数字交互平台，如班级钉钉群、微信群、名师网络工作室平台等布置学习任务、提供数字化学习资源、数字工具与技术、微课程等，帮助学生明确学习目标、内容、方式。2.基于网络，学习实践在学习单及教师示范引领下，学生基于网络自主学习，获得更丰富的学习资源，走出教材、超越教师，通过学习、模仿、创造等活动，高效完成自己的实践作业，经历深度学习。例如，在制作简易电动机的活动中，教师发送多个制作简易电动机视频二维码，供学生学习参考，让学生尝试制作不同款式的小电动机，并拓展到其他能量转换器的制作。

3.借助平台，互动指导（1）过程性指导在活动实施过程中，教师通过班级微信群或钉钉群分享学生优秀作业或教师的实践作业。例如，2024年端午节期间，教师分享清晨拍摄到的特别发现：结满果子的紫叶李树上，丝光椋鸟抢占白头鹎的枝头，并驱赶白头鹎的场景。教师指导学生观察现象，提出问题，寻找问题的答案，记录自己的研究过程。此外还推荐专业App、小程序帮助学生学习，如“形色”“星空地图”“懂鸟”“地质云”等。要强调的是：这些数字工具虽能提供重要参考，但为确保结论准确，仍需结合文献资料比对或寻求专业人员协助。（2）个性化指导对于学生提交在钉钉的作业，教师利用钉钉评语功能或直接通过电话对学生进行个性化指导，尤其是对有独特兴趣爱好的学生，为其定制个性化学习路径和学习资源的适配推送。例如，有位学生特别喜欢昆虫，自己制作了百余件昆虫标本，在家喂养多种虫子，还用西瓜虫（鼠妇）喂养蝎子。教师鼓励该生继续研究，请他制作PPT向全班同学介绍自己的研究，包括不同昆虫的名称、特征、昆虫标本的制作方法等，推荐家长关注公众号“大城小虫”，指导阅读相关图书。2024年暑假，该生参加了考察昆虫的夏令营活动，接受更专业的指导，好奇心得到保护，兴趣得到了更好培养。4.数字表达，平台分享用数字方式记录成果，如拍照、录视频或制作电子文档或演示文稿等，以数字方式表达便于广泛交流与分享，提高作品传播率和可视性。在“访鸟”活动中，学生利用双休日去考察小区、公园或田野中的鸟类，拍摄下来，通过软件识别它们是什么鸟，统计了春天在本地区生活的鸟类数量。学生作品通过钉钉提交作业后，教师在名师网络工作室平台建立专题资源“识鸟虫”，分享学生考察成果，借助平台，在更广泛的范围内交流分享。（二）优化指导策略

1.支架导学教师设计学习单并在数字平台发布，为学生课外探究定向、导学。例如，开展“挖蚯蚓”活动旨在引导学生研究动物与环境的关系，观察蚯蚓形态特征和生活习性。记录单内容包括：拍摄蚯蚓生活环境，观察并画一条蚯蚓，标出身体结构，提出一个关于蚯蚓的问题并进行研究。例如：蚯蚓喜欢水（光）吗？研究完成后，为蚯蚓建立栖息地并饲养它们。提示：蚯蚓的栖息环境要尽量与它原来的生活环境相同，要查阅资料了解“蚯蚓吃什么”来选择食物等。导学单为学生提供引导和帮助，让学生知道做什么、怎样做。2.教师示范教师提前实践，不仅以身教引领学生，而且能及早发现学生会遇到什么学习障碍、会有哪些发现等，就像备课一样，既备学生（学习者）又备教材（学习内容），提高活动成效。例如，“做与众不同的观察者”利用周末记录“特别发现”，这样的科学探究类实践作业要求学生观察身边的世界，动物行为、植物结构和形态、物质变化等，调动感官寻找不曾关注过的现象，记录下来，并提出问题进行研究。记录“特别发现”让学生从知识消费者转为知识发现者、创造者，这有一定难度，故教师率先垂范，首先成为探索者和知识构建者，做学生的学习伙伴和引领者。3.同伴互学来自同伴的学习成果更能吸引学生，及时分享优秀作品，鼓励学生通过交流和合作来共同学习和提高。在“之江汇”名师网络工作室平台建立学生优秀作品“专题资源”，方便学生相互学习。

4.家校协同为保证活动高效实施，教师需要动员家长协同工作，既让家长理解活动的意义，又让他们成为儿童活动实施的伙伴和支持者。其意义在于：①安全保障，如“做个生态瓶”需要取自然水域中的水，关涉安全问题；②行动支持，如“认识几种春天的野菜”在识野菜、采野菜、做菜肴，拍照、拍视频上传过程中都需要家长支持；③情感支持，让家长重视实践作业，改变科学教育观念。教师通过微信、钉钉或家长会等多种方式，让家长认识到科学实践作业是孩子经历科学研究过程，对孩子的成长意义重大。例如，实践作业“护冰行动”，教师实践后发在微信群里的内容如下。各位家长，“护冰行动”，希望孩子能够真实地去做实验，下面转发我做的实验及结果：放在大理石板上的冰块大约25分钟完全融化；放在塑料杯中的冰块1小时6分时完全融化；冰块装入鼓起的塑料薄膜袋，再放入塑料杯（空气保护），1小时26分时还没完全融化。实验会大大提高儿童认知，在给出的材料中空气最能减缓热传递，沙子导热最快，冰藏在沙里最先融化。（附实验图片并标注时间）教育是项集体行动，家校有着共同目标，理当制订共同行动框架，携手共进，助力成长。（三）实施案例：自由主题——“做与众不同的观察者，写特别发现”实施过程2024年暑期，教师要求学生记录5个“特别发现”，撰写特别发现参考范例《虾对环境的选择》和《蓝尾石龙子的食性》发布在班级群。教师发现养在整理箱里的小虾总是附着在鲫鱼的身上，作出“因为整理箱是白色的，小虾选择黑色环境作为栖息地和庇护所”的假设并验证，将研究的过程写成文章供学生学习，让学生了解通过实验方法寻找问题答案的科学研究方法。此外，教师在太姥山发现蓝尾石龙子吃小蓝尾石龙子的现象，撰写“特别发现”，示范如何记录观察到的事实，提出科学问题“石龙子会吃幼体吗”，查阅资料，分析、甄别信息，寻找可靠答案，展示了科学研究的另一种方法。在示范作品后，附上阅读和写作支架，帮助学生梳理信息，理解科学研究的过程。教师示范大大提高作业质量，通过模仿，85%以上的学生能独立提出问题，并开展研究，得出初步结论，形成科学小论文雏形。创新与实践能力弱的学生也能从阅读教师的范例中加深对科学研究过程的理解。三、重构评价：多元主体协同，提升反馈精度传统评价方式一般是学生提交作品，教师评定等第，学习活动就结束了。这样的过程，评价没有充分发挥育人功能。如何以评价为手段促进学生科学概念、科学思维、探究能力、情感态度价值观的发展？笔者采用线上线下结合、量规引领、多元主体协同的评价方式可破解这一难题。（一）量规评分导学设计多维度量规表，明确各等级标准（如优秀/良好/需改进），以量规作为学习活动支架，引领学生向更高水平努力。例如，让学生用测量袋自己测量肺活量，活动评价表见表2，教师通过量表指导学生正确操作，真实记录，学会如何取值，采集准确、有效的数据，实施量表评价，避免了学生爱夸大自己肺活量的情况，帮助学生认识到科学测量要实事求是，培养求实精神。表2“测量肺活量”活动评价表教师还可以使用钉钉作业批改功能上传量规表，对学生作品进行分项评分，并生成可视化数据。评价与指导结合，利用钉钉对话功能，可促进师生基于平台互动。教师对学生作业提出指导意见，或转发优秀作品供参考等，学生可以多次改进作品，实现以“评”促“学”。线下评价最常用的方法是将评价量表内嵌在活动记录单里，制作一个指定磁性强弱的电磁铁的“自我评价”，设计“目标达成度”和“调试时间”两个维度的评分细则，这两个维度评价能反映学生在探究过程中应用科学知识解决实际问题的能力。自我评价有助于学生进行自我反思，提高自主学习能力。学习单中也可以同时内嵌家长评价。教师设计好与学习目标相匹配的评价量表帮助学生与家长评价。同伴之间线下互评方法是：周一上