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《走進(jìn)虛擬世界》有效教學(xué)

2024-09-02 00:00:00胡海濤李欣澤
小學(xué)科學(xué) 2024年21期

〔摘 要〕 2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)置了十三個學(xué)科核心概念及四個跨學(xué)科概念,如何在教學(xué)實踐中組織學(xué)生通過對核心概念的學(xué)習(xí),理解并貫通跨學(xué)科概念,是小學(xué)科學(xué)教師亟須解決的問題。本文以青島版科學(xué)課例《走進(jìn)虛擬世界》為例,闡述“工程設(shè)計與物化”核心概念,實現(xiàn)跨學(xué)科概念的有效教學(xué),為小學(xué)科學(xué)實踐教學(xué)提供一定的實踐參考。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué);學(xué)科核心概念,跨學(xué)科概念;教學(xué)實踐

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 (2024) 21 016-018

《走進(jìn)虛擬世界》是青島版義務(wù)教育教科書科學(xué)(五·四學(xué)制)四年級下冊第30課的內(nèi)容。課堂上,教師針對學(xué)生的認(rèn)知水平和年齡特征,結(jié)合“工程設(shè)計與物化”核心概念以及結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與模型等跨學(xué)科概念開展一系列探究活動,注重引導(dǎo)學(xué)生動手與動腦相結(jié)合,在探究活動中不斷反思、改進(jìn),得到探究活動的設(shè)計方案及操作方法,將零散知識、思維方法進(jìn)行整合,增強學(xué)生工程意識,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力。

一、著眼學(xué)科核心概念,創(chuàng)設(shè)教學(xué)環(huán)節(jié)

工程活動的本質(zhì)是創(chuàng)造人工實體,設(shè)計與物化是其中的重要環(huán)節(jié),“工程設(shè)計與物化”作為新課標(biāo)中的核心概念,相較于其他核心概念,更有助于培養(yǎng)學(xué)生知行合一的良好品格。學(xué)生親歷明確問題—設(shè)計方案—實施計劃—檢驗作品—改進(jìn)完善—發(fā)布成果這六個要素,對物化結(jié)果有了一個直觀的、高效的了解反饋,并能結(jié)合具體情況找出問題,進(jìn)行調(diào)整。在此過程中,學(xué)生的創(chuàng)新意識、合作能力等科學(xué)素養(yǎng)也得到進(jìn)一步提升。

(一)創(chuàng)設(shè)情境,明確問題

人類在與自然界打交道的過程中,為了適應(yīng)自然、改善生存條件而產(chǎn)生了技術(shù);人類對已有的物質(zhì)材料和生活環(huán)境加以系統(tǒng)開發(fā)、生產(chǎn)、加工、建造,以滿足人們的需求,就產(chǎn)生了工程。因此,技術(shù)和工程的原點都是人類的需求,課堂上,我們同樣應(yīng)以生活中真實存在的問題為原點激發(fā)學(xué)生的探究動機。

課堂伊始,教師結(jié)合學(xué)生年齡特征,播放視頻創(chuàng)設(shè)情境。視頻中一位大漢頭戴某設(shè)備,站在屏幕前竟被嚇得大聲驚叫癱倒在地。教師提出問題:大漢為什么會這樣?他到底看到了什么?以此調(diào)動學(xué)生參與課堂的積極性。學(xué)生猜想可能是因為看到的畫面太恐怖導(dǎo)致大漢嚇得摔倒。緊接著教師利用多媒體設(shè)備重新播放大漢看到的視頻場景——第一視角乘坐過山車的視頻。學(xué)生觀看后發(fā)現(xiàn)視頻內(nèi)容并不可怕,由此,引發(fā)學(xué)生通過細(xì)致觀察和對比,明確問題,只有利用VR眼鏡看VR視頻才能呈現(xiàn)可怕的視覺效果,進(jìn)而明確任務(wù)——制作VR眼鏡。

學(xué)起于思,知源于疑。教師通過情境創(chuàng)設(shè),以問題為驅(qū)動,將知識習(xí)得與任務(wù)和問題相結(jié)合,明確了本節(jié)課需要解決的問題,激勵學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題,解決問題。

(二)細(xì)思巧推,設(shè)計方案

工程的關(guān)鍵是設(shè)計。通過連續(xù)、深層次思考,引導(dǎo)學(xué)生積極解決問題,在激烈的討論中,得到“應(yīng)該怎樣做”“為什么這樣做”的答案,親歷設(shè)計的核心環(huán)節(jié),充分發(fā)揮育人價值,提升工程思維和設(shè)計能力。

在明確需要先制作一個長方體盒子的目標(biāo)后,教師拋出問題:“VR盒子的長、寬、高尺寸由什么決定?”引發(fā)學(xué)生思考,學(xué)生思考后展開積極交流。一位學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗認(rèn)為,長方體盒子的長和寬要與手機的長和寬尺寸一致。此時,另外一名學(xué)生則提出完善建議,認(rèn)為盒子的長和寬應(yīng)該比手機稍微大一些,這樣方便拿取手機。就這樣,學(xué)生在自主談?wù)撝型晟屏碎L方體長和寬的長度設(shè)計。“那盒子的高由什么決定呢?”這也是此次設(shè)計中的難點。教師在學(xué)生沒有足夠事實依據(jù)支撐的猜想下,將學(xué)生的關(guān)注點從手機厚度與長方體盒子高度的關(guān)系遷移至VR眼鏡鏡片與手機屏幕之間的距離上,引導(dǎo)學(xué)生對鏡片(凸透鏡)的使用方法進(jìn)行探究。學(xué)生將鏡片靠近眼睛,調(diào)整手掌與鏡片之間的距離,找到手掌放大后最清晰的像,量取鏡片與手掌之間的距離,確定盒子的高度,并使學(xué)生明確,只要盒子的高度和剛才量得的距離一樣,我們就能看到放大且清晰的像,進(jìn)而完成長方體盒子各尺寸的設(shè)計。

隨后,教師借助問題“放大的圖像有了,如何把圖像變成立體的呢?”讓學(xué)生再次展開思考風(fēng)暴。在學(xué)生思考無果后,教師組織他們利用游戲?qū)R眼鏡立體成像原理進(jìn)行探究。教師首先出示游戲示意圖及游戲名稱:一只眼睛的游戲。引導(dǎo)學(xué)生“看圖說話”,說出對游戲方法的理解。在學(xué)生結(jié)合圖文大膽猜想游戲方法后,教師與發(fā)言學(xué)生邊展示邊提要求,以此保證全體學(xué)生明確游戲步驟及要求。學(xué)生在游戲中發(fā)現(xiàn),如果閉上一只眼睛,手指無法準(zhǔn)確觸碰到對方的手指,如果兩只眼睛同時觀察,則能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行觸碰,進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出VR眼鏡立體成像原理。這種“跳一跳摘桃子”的情境創(chuàng)設(shè),讓學(xué)生的原理習(xí)得入心入腦。

(三)分工協(xié)作,物化檢測

實施計劃、檢驗產(chǎn)品、改進(jìn)完善是工程設(shè)計與物化的三個重要環(huán)節(jié),就是將工程設(shè)計的方案物化為現(xiàn)實產(chǎn)品,以實現(xiàn)某種功能和價值。這一環(huán)節(jié)是核心環(huán)節(jié),也是學(xué)生最喜歡的環(huán)節(jié)。學(xué)生通過動手實踐,將自己的設(shè)想轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實產(chǎn)品,再通力合作對現(xiàn)實產(chǎn)品進(jìn)行檢驗、完善。遇到問題或產(chǎn)品存在缺陷時,更要強調(diào)學(xué)生分工合作,揚長避短,合力解決問題,以達(dá)到核心素養(yǎng)內(nèi)涵要求。

作品完成后,教師組織學(xué)生合理利用手機進(jìn)行效果測試。有的小組在測試中發(fā)現(xiàn)VR眼鏡的視覺效果不佳,出現(xiàn)了屏幕呈現(xiàn)畫面模糊、不清晰的情況。為此,教師再次組織存在問題的小組進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化,以達(dá)最佳呈現(xiàn)效果。學(xué)生在調(diào)整優(yōu)化的過程中,感受結(jié)構(gòu)設(shè)計與產(chǎn)品功能存在著密切的聯(lián)系,逐漸意識到“結(jié)構(gòu)與功能”的跨學(xué)科概念,進(jìn)而遷移至其他相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和探究中來,形成系統(tǒng)性、穩(wěn)定性知識習(xí)得流程。

(四)回歸生活,發(fā)布成果

課堂是學(xué)生學(xué)習(xí)的主陣地,但絕不是學(xué)生學(xué)習(xí)的終點站。教學(xué)的目的是讓學(xué)生擁有良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣、獨立的學(xué)習(xí)方法和深度的思考能力,更好地適應(yīng)未來、適應(yīng)社會。

教學(xué)時,學(xué)生在體驗產(chǎn)品帶來的視覺沖擊過后,教師拋出問題:“VR視頻能長時間看嗎?”組織學(xué)生對“科技是把雙刃劍”這一觀念進(jìn)行思考和討論,為學(xué)科育人增色。最后鼓勵學(xué)生在課后依據(jù)家長手機的尺寸,利用廢舊材料進(jìn)行VR眼鏡的制作,有序進(jìn)階,鞏固知識,構(gòu)建能力。

二、挖掘跨學(xué)科概念,促進(jìn)素養(yǎng)提升

人們對于問題的思考和解答,并不是僅利用單一的知識就可以完成的。這一點在現(xiàn)實的工程項目建設(shè)方面體現(xiàn)得尤為突出??鐚W(xué)科概念是新課程標(biāo)準(zhǔn)的新增內(nèi)容,學(xué)生通過科學(xué)課程的學(xué)習(xí),習(xí)得學(xué)科核心概念,最終逐步理解、掌握跨學(xué)科概念,對科學(xué)課程形成整體性、系統(tǒng)性、連貫性認(rèn)識。

(一)巧解難點,促進(jìn)“結(jié)構(gòu)與功能”跨學(xué)科概念的形成

“結(jié)構(gòu)與功能”跨學(xué)科概念在“工程設(shè)計與物化”核心概念中更容易展現(xiàn)。本節(jié)課,學(xué)生根據(jù)問題需求,確定物化產(chǎn)品的功能。隨后,學(xué)生為了實現(xiàn)VR眼鏡立體成像的目標(biāo)開展了設(shè)計環(huán)節(jié)。在針對VR盒子各尺寸設(shè)計的過程中,學(xué)生提出多種能夠滿足要求的設(shè)計方案,并在方案的優(yōu)化過程中,確定了切實可行的方案,最終得到一個功能外顯而結(jié)構(gòu)內(nèi)隱的物化產(chǎn)品,從而體會到系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與規(guī)律。

另外,學(xué)生在探究設(shè)計VR盒子的尺寸及調(diào)整測試VR眼鏡時發(fā)現(xiàn),如果某一個結(jié)構(gòu)(尺寸)出現(xiàn)問題,那么這個VR眼鏡就不能充分實現(xiàn)設(shè)想的功能和價值。學(xué)生在探究中感悟到物化產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)的密切關(guān)聯(lián),形成”結(jié)構(gòu)與功能”這一跨學(xué)科概念。

(二)設(shè)計整合,進(jìn)階“系統(tǒng)與模型”跨學(xué)科概念的形成

利用示意圖、文字或其他方式,表達(dá)自己的想法,是工程設(shè)計與物化這一核心概念的內(nèi)容要求。同時,示意圖作為模型的一種,可以幫助我們把不存在的或抽象的特征、事物具象化。授課中,教師組織學(xué)生通過示意圖直觀了解VR眼鏡的各個組成部分并展開深入研究,將復(fù)雜的系統(tǒng)簡化,抓住主要特征,提取系統(tǒng)模型,研究主要問題。

通過對比教師教具與學(xué)生制作的簡易VR眼鏡,學(xué)生感受到生活中的實際產(chǎn)品是復(fù)雜、繁復(fù)的系統(tǒng),自己制作的僅僅是一個能夠反映物化產(chǎn)品特征的簡易模型,是一個真實系統(tǒng)的模型。另外,學(xué)生通過操作,將簡單的零件和材料整合成一個具有立體成像功能的物化產(chǎn)品。產(chǎn)品具有系統(tǒng)的功能且零件與材料之間存在密切聯(lián)系和科學(xué)原理。這些都能夠使學(xué)生進(jìn)階理解“系統(tǒng)與模型”的跨學(xué)科概念。

三、結(jié)語

縱觀本節(jié)課,學(xué)生由問題出發(fā)明確需求,通過思考和討論得到設(shè)計方案,經(jīng)過實施計劃、檢驗產(chǎn)品、改進(jìn)完善,最終得到物化成品,最大限度地發(fā)揮了學(xué)生的自主性和實踐力,培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和工程方法,實現(xiàn)了跨學(xué)科概念的有效教學(xué),探究出一條“工程設(shè)計與物化”核心概念的實踐之路,提升了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

【本文系中國教育學(xué)會2022年度教育科研一般規(guī)劃課題“核心素養(yǎng)視域下小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科教學(xué)實踐研究”階段性研究成果,課題編號:202200261001B】

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