李波

【摘 要】以“互聯(lián)網(wǎng)+”科學(xué)教育深度融合為基礎(chǔ)，以促進(jìn)學(xué)生“層進(jìn)式”和“沉浸式”學(xué)習(xí)為目標(biāo)導(dǎo)向，提高學(xué)生知識學(xué)習(xí)的廣度、深度和關(guān)聯(lián)度，追求思維水平的進(jìn)階。師生在解決實(shí)際問題過程中逐步提高數(shù)字化傳感器、虛擬實(shí)驗(yàn)室、交互式學(xué)習(xí)平臺的應(yīng)用水平。

【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng)+;深度學(xué)習(xí);層進(jìn)式學(xué)習(xí);沉浸式學(xué)習(xí)

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【論文編號】1671-7384（2021）02、03-117-03

跨界概念的有機(jī)融合：“互聯(lián)網(wǎng)+”“深度學(xué)習(xí)”

近年來，人們頭腦中常會(huì)閃現(xiàn)出一些概念的跨界應(yīng)用。例如“深度學(xué)習(xí)”這個(gè)詞，原指用機(jī)器模擬人腦深層結(jié)構(gòu)形成近似于人腦判斷的一種計(jì)算機(jī)算法。它指向的是機(jī)器對人的模仿和學(xué)習(xí)，結(jié)果是機(jī)器通過大量學(xué)習(xí)取代人的工作。而教育學(xué)中的“深度學(xué)習(xí)”則另有其意。它主要指主動(dòng)高效、以理解記憶為特征、涉及高階思維且學(xué)習(xí)結(jié)果遷移性強(qiáng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)過程。另一個(gè)跨界概念是“互聯(lián)網(wǎng)+”?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”原指互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的疊加產(chǎn)生更大經(jīng)濟(jì)效益;現(xiàn)在它從經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域遷移至教育中，意味著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與教育全面深度融合，帶動(dòng)學(xué)科教學(xué)的全面升級?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的科學(xué)教育，學(xué)習(xí)內(nèi)容變得豐富多樣、學(xué)習(xí)方法趨向于技術(shù)支持下的真實(shí)探究，學(xué)業(yè)評價(jià)也呈現(xiàn)出真實(shí)有效的過程性評價(jià)。無論從理論還是實(shí)踐層面看，將“互聯(lián)網(wǎng)+”引入科學(xué)教育能夠更好地推動(dòng)學(xué)生走向科學(xué)的“深度學(xué)習(xí)”。

深度學(xué)習(xí)的具體表現(xiàn)：“層進(jìn)式學(xué)習(xí)”“沉浸式學(xué)習(xí)”

從本質(zhì)看，教育學(xué)視野下的深度學(xué)習(xí)，不是學(xué)生像機(jī)器一樣對人腦進(jìn)行簡單模仿，而是學(xué)生在教師引導(dǎo)下對知識進(jìn)行“層進(jìn)式”和“沉浸式”學(xué)習(xí)的過程。所謂“層進(jìn)”是指學(xué)生頭腦中知識結(jié)構(gòu)穩(wěn)定推進(jìn)，形成融會(huì)貫通式的知識框架。而“沉浸”則指學(xué)生的一種心理狀態(tài)，亦稱作“心流”，它是學(xué)習(xí)本身對學(xué)生具有強(qiáng)大吸引力;學(xué)生主動(dòng)愉快學(xué)習(xí)，其結(jié)果指向發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與核心素養(yǎng)。

要想實(shí)現(xiàn)“層進(jìn)式”學(xué)習(xí)，教師必須對學(xué)生進(jìn)行“層進(jìn)式”的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，需實(shí)現(xiàn)“深度教學(xué)”和“深度學(xué)習(xí)”的一體化。對學(xué)情進(jìn)行實(shí)事求是的分析，針對學(xué)情確定教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)，設(shè)立教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)設(shè)計(jì)難易適中、富有挑戰(zhàn)和激勵(lì)色彩的活動(dòng)等。這些都是有利于學(xué)生按部就班完成學(xué)習(xí)任務(wù)的前提。

至于“沉浸式”學(xué)習(xí)，則要求盡可能營造良好的學(xué)習(xí)氛圍，使師生相處更加輕松和諧，讓學(xué)生感受到知識的有趣、豐富、魅力無窮。兩者分指學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)心理，沒有先后主次之分，而是相輔相成，互為因果。筆者嘗試將“互聯(lián)網(wǎng)+”引入到課堂教學(xué)中，使學(xué)習(xí)情境更加生動(dòng)有趣，讓學(xué)生進(jìn)入“沉浸”學(xué)習(xí)的場域之中。希望通過“互聯(lián)網(wǎng)+”實(shí)現(xiàn)對課堂學(xué)習(xí)資源的有效調(diào)配，課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)的有效管理，協(xié)助教師有效利用動(dòng)態(tài)生成新的學(xué)習(xí)資源等，以有效推進(jìn)“層進(jìn)式學(xué)習(xí)”。

深度學(xué)習(xí)推進(jìn)策略：以“互聯(lián)網(wǎng)+”搭建學(xué)習(xí)腳手架

1.“互聯(lián)網(wǎng)+”擴(kuò)大知識廣度

在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下各科學(xué)習(xí)都會(huì)有意無意地被打上“科學(xué)”的烙印。首先是學(xué)習(xí)資源體現(xiàn)科學(xué)性。例如體育老師將科學(xué)原理應(yīng)用到體育的耐久跑訓(xùn)練中;美術(shù)教育引導(dǎo)學(xué)生將科學(xué)幻想與藝術(shù)融合;越來越多學(xué)校的綜合課程以科技為主，“機(jī)器人”“創(chuàng)客”“人工智能”以及STEM課程等吸引了眾多兒童。語文、英語閱讀中各種科普繪本中專業(yè)名詞越來越通俗化、低齡化：宇宙粒子、太陽風(fēng)、黑洞、塌縮、紅巨星……深深吸引著孩子們好奇的目光。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，兒童每天接觸的學(xué)習(xí)空間里大量充斥著科技元素，使科學(xué)知識的廣度得到充分拓展。其次是學(xué)習(xí)過程體現(xiàn)探究性。近幾年來非常流行的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，一般都會(huì)倡導(dǎo)學(xué)生以“提出問題—作出猜想—尋找證據(jù)—得出結(jié)論”的形式開展研究性學(xué)習(xí);項(xiàng)目實(shí)踐的內(nèi)容幾乎覆蓋所有的學(xué)科領(lǐng)域，但基本研究思路、研究方法和研究內(nèi)容講究科學(xué)性，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)證研究，注重思維的內(nèi)在邏輯性，這從本質(zhì)上講是符合科學(xué)精神的。

因此，在這樣的大趨勢下，通過“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境開展科學(xué)教育，提高全民科學(xué)素養(yǎng)早已不屬于單一學(xué)科的任務(wù)，而是形成了一種泛在、融合的教育態(tài)勢。教師必須對學(xué)科的育人價(jià)值進(jìn)行全面考量，從單一學(xué)科知識的講解中擺脫出來，轉(zhuǎn)向以“互聯(lián)網(wǎng)+”課堂全面提升學(xué)生科技與信息素養(yǎng)，幫助學(xué)生更加適應(yīng)未來社會(huì)的發(fā)展需求。

2.“互聯(lián)網(wǎng)+”延續(xù)學(xué)習(xí)深度

科學(xué)研究離不開觀察，小學(xué)階段培養(yǎng)觀察能力是科學(xué)活動(dòng)的主要目標(biāo)。在現(xiàn)實(shí)中由于觀察障礙引起的探究不深入、不連續(xù)現(xiàn)象屢見不鮮。老師通過“互聯(lián)網(wǎng)+”有效延續(xù)學(xué)習(xí)的深度與持久度。

（1）對宏觀世界的探索。五、六年級學(xué)生學(xué)習(xí)晝夜交替、四季成因和月相成因時(shí)，往往因太陽系成員眾多且關(guān)系復(fù)雜而倍感困惑。一般教師借助模型幫助學(xué)生理解。隨著時(shí)代發(fā)展，模型也越來越接近于真實(shí)。由最早期的一幅幻燈片開始，到后來用“三球儀”，再到現(xiàn)在學(xué)校擁有的裸眼3D影像，學(xué)生對于宇宙天體的觀察從“紙上談兵”式的“尷聊”到虛擬現(xiàn)實(shí)場景中的觀察?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”提供的學(xué)習(xí)資源可以突破觀察條件的局限性，幫助學(xué)生更好地感受宏觀世界。

再比如六年級學(xué)習(xí)“看星座”一課，要求學(xué)生觀察天空中常見星座。但由于大氣污染、光害污染等因素，觀察真實(shí)星空十分困難。教師為學(xué)生量身定制數(shù)字化學(xué)習(xí)方案：a.學(xué)生借助Stellarium（《模擬天文館》）觀察星空全貌。b.學(xué)習(xí)終端出示幾組亮星，學(xué)生發(fā)揮想象繪制個(gè)性化圖案并給“星座”命名。c.學(xué)生觀察錄制好的Stellarium片段，以“北斗七星”為參照物發(fā)現(xiàn)星座的變化規(guī)律。d.繼續(xù)以“北斗七星”為參照辨別星座在一天中的變化和一年中的變化。e.拓展：手機(jī)或平板下載“觀星指南”APP，學(xué)生到真實(shí)天空中找星星、看星座。

“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的科學(xué)課堂為學(xué)生成功創(chuàng)設(shè)了虛擬場景與現(xiàn)實(shí)生活的無縫對接。教師將學(xué)習(xí)材料進(jìn)行層級化呈現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生頭腦中經(jīng)歷由少到多、由簡單到復(fù)雜、由猜想到虛擬現(xiàn)實(shí)論證、由建立模型到解釋、論證等一系列“層進(jìn)式”學(xué)習(xí)，其科學(xué)知識的接納與抽象概念的形成不是緣于機(jī)械灌輸，而是建立在對事物和現(xiàn)象進(jìn)行充分感知、理解、假設(shè)、收集證據(jù)并論證的基礎(chǔ)上，并且在這種“層進(jìn)式學(xué)習(xí)”中的學(xué)生也一定是“沉浸”在對問題深入探究的情境之中。

（2）親密接觸微觀世界。在“顯微鏡下的世界”一課中，統(tǒng)計(jì)“小水塘”內(nèi)部微生物數(shù)量和種類的變化是個(gè)難點(diǎn)。學(xué)生往往只觀察到個(gè)別現(xiàn)象，很難從中抽取出“微生物”的共同特征。在課堂上，教師使用“希沃傳屏”直播手機(jī)攝像頭拍攝到的顯微鏡下的微生物畫面，學(xué)生忍不住大聲歡呼起來！回家后這樣的觀察也能延續(xù)——如觀察生長在食物表面和土壤中的霉菌、口腔上皮細(xì)胞和洋蔥細(xì)胞結(jié)構(gòu)等。

在未來的科學(xué)研究中，學(xué)生可以借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)學(xué)會(huì)操作和使用各種信息化工具，隨時(shí)隨地進(jìn)行有效觀察。通過觀察行為，學(xué)生科學(xué)視野得到拓展，學(xué)習(xí)欲望不斷加深，短暫的觀察行為也更有可能轉(zhuǎn)向持久深入的長期觀察，這正是“深度學(xué)習(xí)”的外在表征之一。

3.“互聯(lián)網(wǎng)+”增加過程與結(jié)果的關(guān)聯(lián)度

科學(xué)探究離不開觀察和實(shí)驗(yàn)。在課堂上，學(xué)生還會(huì)在實(shí)驗(yàn)中通過專用工具測量出一些數(shù)值以證明猜想是否正確。在此過程中，好的測量方法與測量工具能夠助學(xué)生一臂之力，迅速建立實(shí)驗(yàn)中所測變量與條件之間的關(guān)聯(lián)性。

（1）利用傳感器精確提高實(shí)驗(yàn)信度和效度。在日常的科學(xué)探究中，除了觀察受客觀條件限制，數(shù)據(jù)的收集整理往往也會(huì)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的絆腳石。數(shù)據(jù)收集的第一步是測量，小學(xué)階段一般只要求學(xué)生用常規(guī)手法作簡單測量，誤差往往會(huì)比較大，由此嚴(yán)重影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出。例如三年級學(xué)生研究“一杯熱水的降溫規(guī)律是先快后慢還是先慢后快”這個(gè)問題，教師嘗試讓學(xué)生利用傳感器感知溫度變化，利用平板監(jiān)控并自動(dòng)記錄數(shù)值，最終生成可視化統(tǒng)計(jì)圖表，大大提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，學(xué)生在觀察分析數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上順利歸納出“熱水降溫先快后慢”的科學(xué)結(jié)論。由于現(xiàn)象本身與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系緊密“所見即所得”，使得科學(xué)結(jié)果的歸納更加嚴(yán)謹(jǐn)順暢。

（2）利用軟件統(tǒng)計(jì)和分析。四年級學(xué)生在“食物與營養(yǎng)”一課中，學(xué)生用PhET虛擬實(shí)驗(yàn)“飲食與運(yùn)動(dòng)”平臺按自己喜好搭配食物。軟件自動(dòng)計(jì)算食物中所含營養(yǎng)類別和熱量總數(shù)，生成折線圖和柱形統(tǒng)計(jì)圖，幫助學(xué)生準(zhǔn)確預(yù)測未來身體的發(fā)展變化趨勢。學(xué)生不但在配餐中掌握了營養(yǎng)全面、比例恰當(dāng)、熱量均衡等三條核心概念，同時(shí)還知道了不同人群需要怎樣搭配飲食方案才是合理的。

（3）用虛擬軟件提升學(xué)生想象力。物質(zhì)世界包羅萬象，其中有看得見的，也有十分抽象的，如空氣、電、力、磁場等。在不具備專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，或是實(shí)驗(yàn)操作具有一定風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可以通過數(shù)字化方案來解決問題。例如，在學(xué)習(xí)“簡單電路”時(shí)，學(xué)生普遍認(rèn)為只要連接導(dǎo)線、燈泡和電池就可以使小燈泡發(fā)亮，可事實(shí)檢測卻并非如此。這時(shí)教師提供PhET虛擬實(shí)驗(yàn)平臺讓他們試操作，經(jīng)過反復(fù)嘗試連接，再仔細(xì)比對分析不同的連接方式，學(xué)生猜出了正確方法，即只有當(dāng)導(dǎo)線、燈泡、電池形成暢通回路時(shí)，才能夠使燈泡發(fā)亮。這樣做起碼有三方面作用：一是規(guī)避了學(xué)生由于缺乏經(jīng)驗(yàn)造成電路短路的問題;二是平臺可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)多種連接方案，多次嘗試;三是可以引導(dǎo)學(xué)生從關(guān)注電路元件連接方式轉(zhuǎn)向思考電流的流向，使學(xué)生深刻體會(huì)到抽象事物對物質(zhì)世界的具體影響。

總而言之，“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的科學(xué)教育培養(yǎng)學(xué)生“層進(jìn)式”學(xué)習(xí)思維，感受到“沉浸式”學(xué)習(xí)的快樂。使學(xué)習(xí)向有廣度、有深度、有關(guān)聯(lián)度的方向不斷邁進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

郭元祥. 論深度教學(xué)： 源起、基礎(chǔ)與理念[J]. 教育研究與實(shí)驗(yàn)，2017（3）： 1-11.

郭元祥. 論深度教學(xué)： 源起、基礎(chǔ)與理念[J]. 教育研究與實(shí)驗(yàn)，2017（3）： 4.

作者單位：江蘇常州市局前街小學(xué)