◎ 鮑曉堅 賀云飛

當今世界科技發(fā)展日新月異，學生的生活、學習和成長環(huán)境也悄然改變，人才培養(yǎng)面臨新挑戰(zhàn)，教育教學也必須與時俱進，教育數(shù)字化推動教育現(xiàn)代化的浪潮已經(jīng)來臨。［1］為順應(yīng)時代浪潮、迎接挑戰(zhàn)，上海市閘北田家炳小學吐故納新、躬行實踐，不斷探索教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

一、小學自然課堂從數(shù)字化實驗到教學數(shù)字化

自2016年引進易操作、精度高的DIS（Digital Information System，即“數(shù)字化信息系統(tǒng)”）傳感器以來，我校自然教研組率先在社團活動的15 個力學活動中開發(fā)、實踐數(shù)字化實驗，隨后逐漸向小學自然學科課堂教學延伸，開發(fā)出“摩擦力”“磁”“酸和堿”等多個系列共計11 個數(shù)字化實驗，初步實現(xiàn)數(shù)字化實驗常態(tài)化使用。

在持續(xù)推進的過程中，我校有幸成為上海市第一批數(shù)字化實驗系統(tǒng)應(yīng)用基地學校，承擔小學科學數(shù)字化實驗應(yīng)用項目學校培訓(xùn)工作。在上海市教育委員會教學研究室的指導(dǎo)下，我校積累了100 個實踐案例，于2021年出版了《實驗教學的新實踐——上海市小學數(shù)字化實驗應(yīng)用案例100 例》一書，內(nèi)容分為傳感器使用、物質(zhì)科學、生命科學、地球與宇宙和綜合實踐活動五大板塊，自然課堂初步完成從數(shù)字化實驗到實驗數(shù)字化、教學流程數(shù)字化的轉(zhuǎn)型。我校的數(shù)字化實驗應(yīng)用，開始了從入門到專精的轉(zhuǎn)變。

借助“賽·課堂”數(shù)字教學系統(tǒng)（以下簡稱“賽·課堂”），進一步優(yōu)化數(shù)字化實驗，推進向教學數(shù)字化的轉(zhuǎn)變?！百悺ふn堂”將教師的備課、教學的全流程、師生活動的數(shù)據(jù)囊括在內(nèi)，師生再也不必切換軟件，提高了課堂教學成效。通過“賽·課堂”提供的探究實踐任務(wù)和即時數(shù)據(jù)，學生理解科學觀念、發(fā)展科學思維和形成態(tài)度責任；通過即時數(shù)據(jù)，教師診斷學生行為、評價學生活動和反饋學生表現(xiàn)。教師可在備課、教學時隨時查看學生數(shù)據(jù)、對照調(diào)整，使教學得到數(shù)據(jù)的支撐，以適應(yīng)學生的學習需求，符合現(xiàn)代教育理念。自然課堂有了“師生終端互聯(lián)、行為數(shù)據(jù)驅(qū)動”的教學新樣態(tài)。

自然課堂教學新樣態(tài)，關(guān)鍵在于伴隨式學習支架的支持。這是通過“賽·課堂”將教學中原本的各類學習活動以數(shù)字化的形式重構(gòu)，借助“賽·課堂”使其能夠伴隨學生科學學習全過程的需要，依次開展更具個性化的自主學習，隨時為學生學習提供幫助。自然課堂教學，實現(xiàn)了從數(shù)字化實驗到教學數(shù)字化的“躍遷”。

二、小學自然課堂中伴隨式學習支架的內(nèi)容和作用

通過教學實踐和“賽·課堂”現(xiàn)有的功能，目前的伴隨式學習支架主要由表1所示的四個部分構(gòu)成，分別是閱讀支架、設(shè)計支架、數(shù)據(jù)支架和評價支架。

表1 伴隨式學習支架的基本構(gòu)成

（一）閱讀支架——自主學習，促成科學發(fā)現(xiàn)

科學來自人們對生活、自然的思考。學生生活經(jīng)驗有限，如何幫助學生從生活中發(fā)現(xiàn)問題，通過科學閱讀豐富學生的科學認知，便是閱讀支架的作用。

如在三年級“常見的材料”一課的“尋找身邊的材料”活動中，需要學生能用文字、圖表等形式記錄觀察結(jié)果，知道身邊的物品都是由各種材料制成的。教師利用“賽·課堂”搭建閱讀支架，將多媒體資料直接推送到學生端，學生有了切實的觀察和照片的展示，圈畫出家中的物品，并說出它們由哪些材料制成，所描述的物品與材料能更好地一一對應(yīng)，消除因自身生活經(jīng)驗不足所引起的歧義。

通過閱讀支架，學生對多媒體資料有了細致的觀察，通過批注功能對資料進行圈畫、批注，留下思考痕跡。這既豐富了學生的所見所聞和經(jīng)驗事實，又可以激發(fā)學生對自然現(xiàn)象的好奇心和探究熱情，使其創(chuàng)造性地提出自己的見解。

（二）設(shè)計支架——模型建構(gòu)，拓展思維時空

科學思維處于啟蒙階段的小學生，尚不足以自主完成科學探究實踐的全過程。如何能讓學生在探究實踐中自主完成活動，更好發(fā)展科學思維，便是設(shè)計支架的作用。

如在四年級“減小摩擦的方法”一課中，需要學生用文字、圖表等形式設(shè)計實驗方案，確定可以改變和不可改變的影響因素，選擇合適的實驗材料，設(shè)計對比實驗方案。教師利用“賽·課堂”搭建設(shè)計支架，學生在電子任務(wù)單中勾選想要探究的因素，同時鎖定其余因素，從而運用控制變量思想設(shè)計實驗。同時，在對應(yīng)區(qū)域分別拖入兩次實驗想要使用的材料進行實驗設(shè)計。過程中即便有誤，也僅需重新勾選和拖動，很好地解決了學生實驗設(shè)計這一教學難點。

借助設(shè)計支架，把活動任務(wù)單數(shù)字化，學生點擊、拖動即可完成設(shè)計，數(shù)字化的形式也給予學生更多試錯空間，助力不斷完善設(shè)計內(nèi)容。學生在課堂上有了更多討論、思考、修改的機會，模型建構(gòu)、推理論證和創(chuàng)新思維等科學思維發(fā)展的時空更為豐富。

（三）數(shù)據(jù)支架——精準采集，提升證據(jù)意識

有數(shù)據(jù)支撐的實驗結(jié)論，才能幫助學生更好理解科學原理和規(guī)律。如何獲取更多、更準確的數(shù)據(jù)，便是數(shù)據(jù)支架的作用。

如在四年級“增大摩擦的方法”一課中，需要學生認識使表面更粗糙、增大壓力可以增大摩擦，感受實驗驗證是認識事物的重要方法。教師利用“賽·課堂”搭建數(shù)據(jù)支架，學生使用摩擦力實驗套件中的軌道、馬達和數(shù)字測力計勻速拉動物體，降低實驗操作難度。實驗過程中通過學生端自動記錄精確的數(shù)據(jù)，以此開展數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論。通過“賽·課堂”和DIS 相結(jié)合搭建的數(shù)據(jù)支架，降低了實驗操作和數(shù)據(jù)處理的難度，學生順利完成實驗、獲取精確數(shù)據(jù)，留出更多時間進行分析與歸納。

借助數(shù)據(jù)支架，學生能夠簡易、快速地完成科學實驗，獲取精確數(shù)據(jù)，通過精確數(shù)據(jù)理解科學觀念，讓實驗用數(shù)據(jù)說話，發(fā)展學生的科學實證意識和推理論證水平。

（四）評價支架——體驗過程，促進教學相長

評價作為學生探究實踐的引導(dǎo)與反饋，可以給予學生引導(dǎo)和指導(dǎo)。伴隨學生探究實踐的全過程，更好促進學生學習，便是評價支架的作用。隨著課堂中學生自主、合作、探究與實踐時空的不斷豐富，多元評價逐漸替代了原本只有師評的課堂。

如在三年級“力和機械”一課的“認識定滑輪和動滑輪及其作用”活動中，需要學生通過簡單推理對定滑輪和動滑輪作用做出猜想，利用數(shù)字測力計測量使用定滑輪和動滑輪提起重物時的用力大小，形成對使用它們時是否省力的結(jié)論。教師利用“賽·課堂”搭建評價支架，學生實驗前先閱讀評價表單，明確實驗要求；動手實驗搜集證據(jù)，在分析數(shù)據(jù)驗證猜想后再完成評價，反饋實驗情況。過程中教師巡視時隨時點評，給予過程性評價，評價內(nèi)容一并在教室端電子大屏幕上呈現(xiàn)。教學評價在發(fā)揮激勵、診斷功能的同時，也更好地促進了課堂學習活動的開展。

通過評價支架將師生評價融于課堂活動中，學生有自主進行的評價表，教師評價通過教室端播出，所有評價師生共同參與且實時反饋，課堂評價時空得以豐富。過程性評價與總結(jié)性評價的有機結(jié)合，最終匯集成學生學習過程數(shù)據(jù)的數(shù)字檔案。教師對評價結(jié)果的合理使用與反饋，使學科核心素養(yǎng)培育有了更為具體的載體。

伴隨式學習支架的出現(xiàn)，將所有課堂學習活動融為一體，隨著學生的學習活動自動收集數(shù)據(jù)、解鎖新的內(nèi)容，在節(jié)省了課堂時間的同時，也把更多的課堂時間還給了學生。既輔助教師調(diào)控課堂，也保護了學生科學思維的連貫性，有利于學生體驗到流暢、完整的科學探究過程，克服了原本課堂活動碎片化的現(xiàn)象。

三、實踐中伴隨式學習支架對培育學科核心素養(yǎng)的促進

本文以“橋面承重”一課為例，來闡明伴隨式學習支架支持下的自然課堂教學?！皹蛎娉兄亍笔巧虾＿h東版《自然》三年級第一學期第四單元“身邊的力”第六課時。本節(jié)課的教學目標是：①通過探究影響橋面承重因素的實驗，知道橋面承重能力和橋面形狀、材料等有關(guān)，感受實驗驗證是認識事物的重要方法；②通過欣賞中國著名大橋和認識橋梁限重標識的活動，識別橋梁限重的標識牌，感悟橋梁建設(shè)需要的精妙設(shè)計和創(chuàng)新精神。本節(jié)課的教學重點是探究影響橋面承重的因素，教學難點是設(shè)計簡單的對比實驗。

如圖1所示，本節(jié)課中四個學習支架伴隨學生活動依次展開，幫助學生發(fā)現(xiàn)問題；以精確的數(shù)據(jù)得出實驗結(jié)論，突出了教學重點；通過簡單操作設(shè)計對比實驗，突破了教學難點；評價的無形融入，促進了學生核心素養(yǎng)的發(fā)展，同時也為學生活動的順利進行保駕護航。

圖1 伴隨式學習支架下的課堂教學

（一）激發(fā)興趣，引出問題

由于缺少相關(guān)的經(jīng)驗和認知基礎(chǔ)，三年級學生做出“橋面承重本領(lǐng)和哪些因素有關(guān)”的猜想有較大的難度。

為此，教師搭建閱讀支架，提供四張橋面的材料和形狀均不同的照片和相關(guān)的思考問題。通過“賽·課堂”將照片和問題推送至學生端，學生小組自主、細致地開展兩兩觀察與比較，對橋面的異同點進行圈畫、批注。根據(jù)照片，可以依次比較它們的橋面材料、橋面形狀和通行對象。在兩兩比較中，學生不難發(fā)現(xiàn)材料相同、形狀不同的橋面，承重能力有所區(qū)別，而形狀相同、材料不同的橋面，亦是如此。依據(jù)閱讀支架，學生有了猜想的事實依據(jù)，通過邏輯推理，提出了“橋面承重本領(lǐng)可能和材料、形狀有關(guān)”的猜想。

通過閱讀支架，有效突出了教學重點，讓學生能夠在更為細致的對比中，發(fā)現(xiàn)自然現(xiàn)象間的區(qū)別，引發(fā)學生思考，激發(fā)學生興趣，發(fā)展學生對比分析的思維能力和大膽質(zhì)疑的科學態(tài)度，也為之后的探究提供了方向。

（二）鍛煉思維，規(guī)范用語

本節(jié)課實驗中需要探究兩個影響因素，如何設(shè)計實驗，依次探究每個因素對橋面承重本領(lǐng)的影響對三年級學生來說難度頗高。在以往的教學中，此設(shè)計環(huán)節(jié)多由教師主導(dǎo)完成。

為了讓學生親身體驗實驗的設(shè)計，教師搭建了設(shè)計支架。學生在學生端中確定可以改變和不可改變的影響因素，選擇合適的實驗材料，設(shè)計對比實驗方案。學生需要在電子任務(wù)單中勾選想要探究的因素，同時鎖定其余因素，用選擇的方式降低難度，每次僅能選擇一個因素進行探究，幫助學生設(shè)計時只改變一個因素，進行控制變量。采用“拖一拖”選擇實驗材料，讓學生關(guān)注到實驗材料之間的異同，從而幫助學生依次設(shè)計實驗中的變量。交流時，借助設(shè)計依次表達，幫助學生關(guān)注到對比實驗中變量之間的區(qū)別。學生以嚴謹、科學的語言進行交流，使科學思維外顯。學生科學用語的同時也鍛煉了科學思維。

通過設(shè)計支架，教師很好地突破了本節(jié)課的教學難點，讓每位學生都能體驗完整的科學探究實踐過程，養(yǎng)成科學用語習慣，鍛煉科學思維，發(fā)展科學探究能力。

（三）精準采集，數(shù)據(jù)實證

本節(jié)課的實驗內(nèi)容是將實驗材料與傳感器撞針相碰撞直至斷裂，而其關(guān)鍵數(shù)據(jù)是在實驗材料斷裂的瞬間才產(chǎn)生。實驗中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)瞬即逝，學生很難以肉眼讀取數(shù)據(jù)。

為此，教師搭建數(shù)據(jù)支架，幫助學生獲取、處理精確數(shù)據(jù)。學生借助數(shù)字測力計和自制教具——材料承重極限測試裝置，僅需操作升降臺，即可完成實驗。過程中，學生端后臺自動保存材料承重極限數(shù)據(jù)，小組分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論。交流時，分析集體數(shù)據(jù)，得出普遍結(jié)論。借助“賽·課堂”和數(shù)字測力計，學生能夠在安全、簡易的前提下完成實驗，將學生端與傳感器相連，實驗中使學生端后臺高頻采集數(shù)據(jù)同時保留最大值，確保數(shù)據(jù)是在斷裂瞬間采集，采集到的數(shù)據(jù)也能精確到百分位。如此精確且精準的數(shù)據(jù)，才能消除誤差，確保學生通過分析精確數(shù)據(jù)，得到科學的實驗結(jié)論。

一次實驗數(shù)據(jù)可能存在偶然性，多次實驗驗證才證明結(jié)論的必然性。因此在實驗教學中，匯總、處理全班數(shù)據(jù)是非常必要的，這就相當于重復(fù)實驗以避免誤差，提升實驗結(jié)論的科學性。通過“賽·課堂”，能夠自動實時匯總、處理所有數(shù)據(jù)，學生做完實驗即完成匯總數(shù)據(jù)。學生交流時，不僅能看到自己的數(shù)據(jù)和結(jié)論，更能橫向比較其他小組。數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式多種多樣，除了數(shù)據(jù)外，還能根據(jù)教師預(yù)設(shè)的方式，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎劬€圖、雷達圖等形式，適應(yīng)學生的不同思維方式，多樣化分析形式發(fā)展學生的推理、論證能力。各組結(jié)論的相互印證、大數(shù)據(jù)的集體分析，使得到的實驗結(jié)論更具科學性、普遍性。以此讓學生體會到重復(fù)實驗對科學實驗的必要性和嚴謹性，幫助學生樹立嚴謹?shù)目茖W思想。

數(shù)據(jù)實時上傳、匯總和計算，節(jié)約了課堂時間。上傳的數(shù)據(jù)，也成為教師指導(dǎo)學生的依據(jù)。根據(jù)教師端收集的實時數(shù)據(jù)，教師能夠同步觀察所有的學生實驗，一旦發(fā)現(xiàn)誤差較大或存在其他問題的小組，也能第一時間給予指導(dǎo)。

通過數(shù)據(jù)支架，讓實驗用數(shù)據(jù)說話，幫助教師通過數(shù)據(jù)診斷學生行為，為教師指導(dǎo)學生提供了依據(jù)；幫助學生采集、分析、處理數(shù)據(jù)，為學生的學習提供了多樣、精確的數(shù)據(jù)。通過精確的數(shù)據(jù)得出結(jié)論，發(fā)展學生數(shù)字實證意識。

（四）多維評價，形成檔案

課前，教師搭建評價支架預(yù)制操作性強的自評表，如“實驗前，清零數(shù)據(jù)”“討論時，依次交流”等，每做到一條，即可獲得一顆星，豐富了學生自評的內(nèi)容和形式，使得學生自評更具深度。本節(jié)課中，學生自評表與活動一并開放。學生活動前研讀要求，活動后完成評價，使其既是活動指導(dǎo)，也是活動反饋。

學生活動時，教師要關(guān)注多組學生的活動，同時給予過程性評價和針對性指導(dǎo)。借助“賽·課堂”，教師通過教師端和教室端即可同步觀察學生活動情況，同時將評價內(nèi)容播出在教室端上，讓更多學生能關(guān)注到評價內(nèi)容獲得指導(dǎo)，同時激發(fā)學生的學習興趣。教師評價不再只局限于學生發(fā)言，更囊括了學生活動和學習習慣，使得教師評價更具廣度。

課后所有評價數(shù)據(jù)一并上傳保存，有了評價數(shù)據(jù)的積累，組成學生的發(fā)展軌跡，以此形成學生的成長數(shù)據(jù)檔案。學生自評、互評和教師評價的各類數(shù)據(jù)有機結(jié)合，評價結(jié)果也趨于客觀，成長數(shù)據(jù)檔案也愈加真實。教師根據(jù)成長數(shù)據(jù)檔案，調(diào)整教學策略，從而落實因材施教。

通過評價支架，使得教學評價融入課堂的所有環(huán)節(jié)，以評價促進學生學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

學習支架融合于學習活動中，形成自然教學新樣態(tài)。新穎的學習方式也激發(fā)了學生的學習興趣，有效提升學生的學科核心素養(yǎng)。通過數(shù)字化技術(shù)，教師更專注教學本身，進一步提升教學成效。

四、反思與建議

應(yīng)用“賽·課堂”進行教學，可提高教師教學效率、學生學習質(zhì)量和環(huán)境支持功效，增強教師、學生和環(huán)境三者之間的共融共生，賦能學科教學方式的變革。［2］基于“賽·課堂”構(gòu)筑的伴隨式學習支架能夠在實驗教學中有效培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)。但核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不是一蹴而就的，教師不光要把握課程標準、教材在全學段縱向、橫向的主體脈絡(luò)，更要了解學生每節(jié)課的學習情況，積累學生課堂數(shù)據(jù)，生成更精確的評價數(shù)據(jù)算法，以保證學生能夠得到連貫、適合的科學教育。

通過“賽·課堂”和DIS，讓實驗步驟可視化，數(shù)據(jù)采集精準化，數(shù)據(jù)處理智能化，教學過程數(shù)字化，憑借硬件和軟件的強大功能最大限度地提升實驗教學的效率和精度，改變了師生對原有實驗工具、科學方法和探究過程的認識。雖然數(shù)字化實驗系統(tǒng)給我們提供了很好的硬件基礎(chǔ)，但還是要去推敲、研究教材內(nèi)容與內(nèi)容之間的關(guān)系、跨領(lǐng)域知識之間的銜接。［3］教學數(shù)字化豐富了自然學科的教學手段，但并不否定其他的教學方法。因此，基于“賽·課堂”的伴隨式學習支架構(gòu)建仍需要我們長時間、常態(tài)化去使用，不斷積累多種多樣的數(shù)據(jù)樣本，不斷優(yōu)化伴隨式學習支架的構(gòu)成，以發(fā)揮現(xiàn)代化科技在教育領(lǐng)域中更大的作用。

在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的道路上，要基于課標、推陳出新和勇于實踐，用數(shù)字化技術(shù)繼續(xù)探索教學新樣態(tài)，以適應(yīng)學生的學習需求，全面培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)。