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“互联网+”环境下小学科学深度学习的思考与实践

发布时间:2021-04-03 12:03

  【摘要】以“互联网+”科学教育深度融合为基础,以促进学生“层进式”和“沉浸式”学习为目标导向,提高学生知识学习的广度、深度和关联度,追求思维水平的进阶。师生在解决实际问题过程中逐步提高数字化传感器、虚拟实验室、交互式学习平台的应用水平。


  【关键词】互联网+;深度学习;层进式学习;沉浸式学习


  【中图分类号】G434【文献标识码】B


  【论文编号】1671-7384(2021)02、03-117-03


  跨界概念的有機融合:“互联网+”“深度学习”


  近年来,人们头脑中常会闪现出一些概念的跨界应用。例如“深度学习”这个词,原指用机器模拟人脑深层结构形成近似于人脑判断的一种计算机算法。它指向的是机器对人的模仿和学习,结果是机器通过大量学习取代人的工作。而教育学中的“深度学习”则另有其意。它主要指主动高效、以理解记忆为特征、涉及高阶思维且学习结果迁移性强的学习状态和学习过程。另一个跨界概念是“互联网+”。“互联网+”原指互联网技术与经济领域的叠加产生更大经济效益;现在它从经济领域迁移至教育中,意味着互联网技术与教育全面深度融合,带动学科教学的全面升级。“互联网+”环境下的科学教育,学习内容变得丰富多样、学习方法趋向于技术支持下的真实探究,学业评价也呈现出真实有效的过程性评价。无论从理论还是实践层面看,将“互联网+”引入科学教育能够更好地推动学生走向科学的“深度学习”。


  深度学习的具体表现:“层进式学习”“沉浸式学习”


  从本质看,教育学视野下的深度学习,不是学生像机器一样对人脑进行简单模仿,而是学生在教师引导下对知识进行“层进式”和“沉浸式”学习的过程。所谓“层进”是指学生头脑中知识结构稳定推进,形成融会贯通式的知识框架。而“沉浸”则指学生的一种心理状态,亦称作“心流”,它是学习本身对学生具有强大吸引力;学生主动愉快学习,其结果指向发展学生的学习能力与核心素养。


  要想实现“层进式”学习,教师必须对学生进行“层进式”的学习指导,需实现“深度教学”和“深度学习”的一体化。对学情进行实事求是的分析,针对学情确定教学目标及重难点,设立教学目标,根据目标设计难易适中、富有挑战和激励色彩的活动等。这些都是有利于学生按部就班完成学习任务的前提。


  至于“沉浸式”学习,则要求尽可能营造良好的学习氛围,使师生相处更加轻松和谐,让学生感受到知识的有趣、丰富、魅力无穷。两者分指学习过程与学习心理,没有先后主次之分,而是相辅相成,互为因果。笔者尝试将“互联网+”引入到课堂教学中,使学习情境更加生动有趣,让学生进入“沉浸”学习的场域之中。希望通过“互联网+”实现对课堂学习资源的有效调配,课堂学习活动的有效管理,协助教师有效利用动态生成新的学习资源等,以有效推进“层进式学习”。


  深度学习推进策略:以“互联网+”搭建学习脚手架


  1.“互联网+”扩大知识广度


  在“互联网+”环境下各科学习都会有意无意地被打上“科学”的烙印。首先是学习资源体现科学性。例如体育老师将科学原理应用到体育的耐久跑训练中;美术教育引导学生将科学幻想与艺术融合;越来越多学校的综合课程以科技为主,“机器人”“创客”“人工智能”以及STEM课程等吸引了众多儿童。语文、英语阅读中各种科普绘本中专业名词越来越通俗化、低龄化:宇宙粒子、太阳风、黑洞、塌缩、红巨星……深深吸引着孩子们好奇的目光。在互联网时代,儿童每天接触的学习空间里大量充斥着科技元素,使科学知识的广度得到充分拓展。其次是学习过程体现探究性。近几年来非常流行的项目化学习,一般都会倡导学生以“提出问题—作出猜想—寻找证据—得出结论”的形式开展研究性学习;项目实践的内容几乎覆盖所有的学科领域,但基本研究思路、研究方法和研究内容讲究科学性,鼓励学生进行实证研究,注重思维的内在逻辑性,这从本质上讲是符合科学精神的。


  因此,在这样的大趋势下,通过“互联网+”环境开展科学教育,提高全民科学素养早已不属于单一学科的任务,而是形成了一种泛在、融合的教育态势。教师必须对学科的育人价值进行全面考量,从单一学科知识的讲解中摆脱出来,转向以“互联网+”课堂全面提升学生科技与信息素养,帮助学生更加适应未来社会的发展需求。


  2.“互联网+”延续学习深度


  科学研究离不开观察,小学阶段培养观察能力是科学活动的主要目标。在现实中由于观察障碍引起的探究不深入、不连续现象屡见不鲜。老师通过“互联网+”有效延续学习的深度与持久度。


  (1)对宏观世界的探索。五、六年级学生学习昼夜交替、四季成因和月相成因时,往往因太阳系成员众多且关系复杂而倍感困惑。一般教师借助模型帮助学生理解。随着时代发展,模型也越来越接近于真实。由最早期的一幅幻灯片开始,到后来用“三球仪”,再到现在学校拥有的裸眼3D影像,学生对于宇宙天体的观察从“纸上谈兵”式的“尴聊”到虚拟现实场景中的观察。“互联网+”提供的学习资源可以突破观察条件的局限性,帮助学生更好地感受宏观世界。


  再比如六年级学习“看星座”一课,要求学生观察天空中常见星座。但由于大气污染、光害污染等因素,观察真实星空十分困难。教师为学生量身定制数字化学习方案:a.学生借助Stellarium(《模拟天文馆》)观察星空全貌。b.学习终端出示几组亮星,学生发挥想象绘制个性化图案并给“星座”命名。c.学生观察录制好的Stellarium片段,以“北斗七星”为参照物发现星座的变化规律。d.继续以“北斗七星”为参照辨别星座在一天中的变化和一年中的变化。e.拓展:手机或平板下载“观星指南”APP,学生到真实天空中找星星、看星座。


  “互联网+”环境下的科学课堂为学生成功创设了虚拟场景与现实生活的无缝对接。教师将学习材料进行层级化呈现,引导学生头脑中经历由少到多、由简单到复杂、由猜想到虚拟现实论证、由建立模型到解释、论证等一系列“层进式”学习,其科学知识的接纳与抽象概念的形成不是缘于机械灌输,而是建立在对事物和现象进行充分感知、理解、假设、收集证据并论证的基础上,并且在这种“层进式学习”中的学生也一定是“沉浸”在对问题深入探究的情境之中。


  (2)亲密接触微观世界。在“显微镜下的世界”一课中,统计“小水塘”内部微生物数量和种类的变化是个难点。学生往往只观察到个别现象,很难从中抽取出“微生物”的共同特征。在课堂上,教师使用“希沃传屏”直播手机摄像头拍摄到的显微镜下的微生物画面,学生忍不住大声欢呼起来!回家后这样的观察也能延续——如观察生长在食物表面和土壤中的霉菌、口腔上皮细胞和洋葱细胞结构等。


  在未来的科学研究中,学生可以借助互联网技术学会操作和使用各种信息化工具,随时随地进行有效观察。通过观察行为,学生科学视野得到拓展,学习欲望不断加深,短暂的观察行为也更有可能转向持久深入的长期观察,这正是“深度学习”的外在表征之一。


  3.“互联网+”增加过程与结果的关联度


  科学探究离不开观察和实验。在课堂上,学生还会在实验中通过专用工具测量出一些数值以证明猜想是否正确。在此过程中,好的测量方法与测量工具能够助学生一臂之力,迅速建立实验中所测变量与条件之间的关联性。


  (1)利用传感器精确提高实验信度和效度。在日常的科学探究中,除了观察受客观条件限制,数据的收集整理往往也会成为学生学习的绊脚石。数据收集的第一步是测量,小学阶段一般只要求学生用常规手法作简单测量,误差往往会比较大,由此严重影响到实验结论的得出。例如三年级学生研究“一杯热水的降温规律是先快后慢还是先慢后快”这个问题,教师尝试让学生利用传感器感知温度变化,利用平板监控并自动记录数值,最终生成可视化统计图表,大大提高了数据的准确性,学生在观察分析数据结果的基础上顺利归纳出“热水降温先快后慢”的科学结论。由于现象本身与数据之间联系紧密“所见即所得”,使得科学结果的归纳更加严谨顺畅。


  (2)利用软件统计和分析。四年级学生在“食物与营养”一课中,学生用PhET虚拟实验“饮食与运动”平台按自己喜好搭配食物。软件自动计算食物中所含营养类别和热量总数,生成折线图和柱形统计图,帮助学生准确预测未来身体的发展变化趋势。学生不但在配餐中掌握了营养全面、比例恰当、热量均衡等三条核心概念,同时还知道了不同人群需要怎样搭配饮食方案才是合理的。


  (3)用虚拟软件提升学生想象力。物质世界包罗万象,其中有看得见的,也有十分抽象的,如空气、电、力、磁场等。在不具备专业实验设备,或是实验操作具有一定风险时,可以通过数字化方案来解决问题。例如,在学习“简单电路”时,学生普遍认为只要连接导线、灯泡和电池就可以使小灯泡发亮,可事实检测却并非如此。这时教师提供PhET虚拟实验平台让他们试操作,经过反复尝试连接,再仔细比对分析不同的连接方式,学生猜出了正确方法,即只有当导线、灯泡、电池形成畅通回路时,才能够使灯泡发亮。这样做起码有三方面作用:一是规避了学生由于缺乏经验造成电路短路的问题;二是平台可以让學生设计多种连接方案,多次尝试;三是可以引导学生从关注电路元件连接方式转向思考电流的流向,使学生深刻体会到抽象事物对物质世界的具体影响。


  总而言之,“互联网+”环境下的科学教育培养学生“层进式”学习思维,感受到“沉浸式”学习的快乐。使学习向有广度、有深度、有关联度的方向不断迈进。

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