◎ 王玉婷

2016 年，上海市閘北田家炳小學(xué)引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（Digital Information System，簡(jiǎn)稱“DIS”），經(jīng)歷了從數(shù)字化實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)數(shù)字化的轉(zhuǎn)變。2018 年起，學(xué)校開始常態(tài)化使用數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)，順利進(jìn)入小學(xué)科學(xué)教學(xué)數(shù)字化階段，構(gòu)建了由閱讀支架、設(shè)計(jì)支架、數(shù)據(jù)支架和評(píng)價(jià)支架組成的伴隨式學(xué)習(xí)支架。隨著小學(xué)科學(xué)教學(xué)數(shù)字化的深入，“如何充分利用數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)更好地發(fā)展小學(xué)生的科學(xué)探究能力”成為教學(xué)研究的新方向。在學(xué)科教學(xué)中，針對(duì)運(yùn)用伴隨式學(xué)習(xí)支架培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，筆者積累了不少的實(shí)踐案例，也形成了一定的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

一、基于伴隨式學(xué)習(xí)支架培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的設(shè)計(jì)

科學(xué)探究是小學(xué)科學(xué)的重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，也是重要的學(xué)習(xí)方式。《上海市小學(xué)自然學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗(yàn)本）》指出，科學(xué)探究包含提出問題與作出假設(shè)、搜集證據(jù)、處理信息、解釋問題和表達(dá)交流等要素，中高年段的學(xué)生科學(xué)探究能力需要達(dá)到“中水平”，如表1 所示。

表1 科學(xué)探究 “中水平”能力表現(xiàn)

本文以培養(yǎng)中高年段小學(xué)生科學(xué)探究能力為例，闡述在伴隨式學(xué)習(xí)支架下學(xué)生探究能力培養(yǎng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，如表2 所示。

表2 伴隨式學(xué)習(xí)支架在科學(xué)探究活動(dòng)中的應(yīng)用

（一）“提出問題與作出假設(shè)”要素的設(shè)計(jì)

提出問題是學(xué)生通過感知情境，觸發(fā)探究問題的過程；而作出假設(shè)，是學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)事實(shí)和已有科學(xué)知識(shí)，進(jìn)行邏輯推理形成問題可能答案的過程，這一階段是學(xué)生科學(xué)探究的導(dǎo)入階段。在這一階段，教師通過認(rèn)知沖突引導(dǎo)學(xué)生提出問題，并通過文字、符號(hào)進(jìn)行猜想與假設(shè)。

教師可以借助閱讀支架，通過使用情境化的圖片、結(jié)合生活實(shí)際的文字或視頻創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)情境提出問題；還可以借助數(shù)據(jù)支架，收集學(xué)生記錄的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)錄和根據(jù)此實(shí)錄作出的猜想與假設(shè)，以圖表形式匯總。學(xué)生可以根據(jù)匯總橫向比較發(fā)現(xiàn)自身與其他同學(xué)的異同，教師也可以根據(jù)匯總來判斷學(xué)生的完成情況。

如三年級(jí)“橋面承重”一課中，學(xué)生需要發(fā)現(xiàn)“相同形狀的橋，橋面材料的不同會(huì)影響橋面的承重能力”，引發(fā)“橋面承重與材料有關(guān)”的猜想。教師搭建閱讀支架，為學(xué)生提供四張不同的橋的圖片，讓學(xué)生以小組為單位通過仔細(xì)觀察對(duì)比橋的橋面材料、橋的形狀和通行對(duì)象，并運(yùn)用圈畫、標(biāo)注等功能記錄下來。通過兩兩比較，學(xué)生很容易就能提出猜想，發(fā)現(xiàn)影響橋面承重能力的因素。

（二）“搜集證據(jù)”要素的設(shè)計(jì)

搜集證據(jù)是計(jì)劃實(shí)施的初始階段，要求學(xué)生基于對(duì)問題的假設(shè)，在適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)下根據(jù)實(shí)際情況制訂簡(jiǎn)單的探究計(jì)劃，并根據(jù)計(jì)劃從證據(jù)的類型、搜集的方式等角度考慮，使用不同的調(diào)查手段和工具搜集證據(jù)。

教師可以借助設(shè)計(jì)支架，通過勾選、拖動(dòng)和繪畫等方式簡(jiǎn)化學(xué)生設(shè)計(jì)過程；可以借助數(shù)據(jù)支架，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集的精準(zhǔn)度，及時(shí)收集學(xué)生活動(dòng)的內(nèi)容信息，以便對(duì)學(xué)生活動(dòng)進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)；可以使用閱讀支架，向?qū)W生提供制訂計(jì)劃的參考資料和計(jì)劃中需要搜集的內(nèi)容；還可以借助評(píng)價(jià)支架，以自評(píng)表的方式引導(dǎo)學(xué)生按步驟正確操作完成實(shí)驗(yàn)。

如四年級(jí)“摩擦生熱”一課中，為了引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)得出“摩擦可以產(chǎn)生熱量”的結(jié)論，在實(shí)驗(yàn)方案制訂時(shí)，教師搭建設(shè)計(jì)支架，用勾選、拖動(dòng)的方式，幫助學(xué)生確定實(shí)驗(yàn)的變量，選擇合適的實(shí)驗(yàn)材料，明確變量之間的關(guān)系。在搜集實(shí)驗(yàn)證據(jù)時(shí)，教師搭建數(shù)據(jù)支架，學(xué)生通過使用數(shù)字溫度計(jì)精確地記錄摩擦前后的溫度變化；同時(shí)，小組數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯總到教師端，教師可以隨時(shí)觀察所有小組的數(shù)據(jù)情況，以便進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)。

（三）“處理信息”要素的設(shè)計(jì)

在科學(xué)探究活動(dòng)中，信息的處理分析是得出證據(jù)的關(guān)鍵。學(xué)生需要依據(jù)現(xiàn)有的模型和提示，使用統(tǒng)計(jì)分析、類比推理等方式處理材料和理解數(shù)據(jù)，并用簡(jiǎn)單文字、圖表記錄過程和結(jié)果。

教師可以借助數(shù)據(jù)支架，根據(jù)學(xué)生獲得的數(shù)據(jù)制作出圖表，并通過統(tǒng)計(jì)分析來幫助學(xué)生降低分析難度，更好地理解數(shù)據(jù)；可以借助閱讀支架將探究材料以圖片、文字、視頻等方式提供給學(xué)生，通過筆記批注、圈畫等形式找到重要信息，幫助學(xué)生提高信息獲取、分析的能力；還可以借助評(píng)價(jià)支架，針對(duì)學(xué)生在活動(dòng)中的能力表現(xiàn)，及時(shí)作出正面反饋以激勵(lì)學(xué)生積極參與討論分析。

如三年級(jí)“回形針的磁化之旅”一課中，學(xué)生需要對(duì)比回形針磁化前后的磁性，除了可以讓每個(gè)小組對(duì)比自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以外，教師還可以在備課時(shí)提前“埋點(diǎn)”，搭建數(shù)據(jù)支架，匯總?cè)嗟膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并制作成易于學(xué)生分析的雷達(dá)圖。全班的數(shù)據(jù)組成了磁化前和磁化后兩個(gè)圈，內(nèi)圈是磁化前數(shù)據(jù)，數(shù)值??；外圈是磁化后數(shù)據(jù)，數(shù)值大。通過圖像可以很顯著地發(fā)現(xiàn)磁化后的數(shù)據(jù)大于磁化前的數(shù)據(jù)。

（四）“解釋問題”要素的設(shè)計(jì)

解釋問題主要是為了建立證據(jù)和猜想之間的聯(lián)系，要求學(xué)生能用科學(xué)方法得出簡(jiǎn)單結(jié)論，并運(yùn)用證據(jù)與結(jié)論對(duì)猜想與假設(shè)作出合理的解釋。小學(xué)生對(duì)于處理數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的聯(lián)系能力較薄弱，往往無法用科學(xué)語言得出結(jié)論，需要教師的有效引導(dǎo)。

教師可以借助數(shù)據(jù)支架，將結(jié)論以選擇填空的形式呈現(xiàn)，簡(jiǎn)化總結(jié)內(nèi)容，幫助學(xué)生初步認(rèn)識(shí)如何用科學(xué)的語言完成結(jié)論的表達(dá)；還可以借助評(píng)價(jià)支架，以教師評(píng)價(jià)和學(xué)生自評(píng)的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行正面反饋，幫助學(xué)生明確教學(xué)目標(biāo)，促進(jìn)自主參與，更好地提升核心素養(yǎng)。

如“增大摩擦力”一課中，學(xué)生需要通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)“壓力越大，摩擦力越大”“接觸面越粗糙，摩擦力越大”的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。教師在備課時(shí)提前“埋點(diǎn)”，搭建數(shù)據(jù)支架，通過關(guān)鍵詞選擇填空的方式，幫助學(xué)生總結(jié)出結(jié)論：增大接觸面所受壓力或增加接觸面的粗糙程度可以增大摩擦力。

（五）“表達(dá)交流”要素的設(shè)計(jì)

表達(dá)交流是一個(gè)體現(xiàn)學(xué)生自主、合作學(xué)習(xí)思維與成果展示的過程，要求學(xué)生不僅能在小組內(nèi)表達(dá)自己的思考與成果，傾聽同伴的想法，而且能在課堂上代表小組根據(jù)現(xiàn)有證據(jù)以口頭或書面方式交流探究的過程和結(jié)果，并能進(jìn)行簡(jiǎn)單的評(píng)議。

教師可以借助設(shè)計(jì)支架幫助學(xué)生設(shè)計(jì)完整的科學(xué)探究流程活動(dòng)單，將重點(diǎn)內(nèi)容以選擇、填空等方式呈現(xiàn)，讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)如何用科學(xué)的語言進(jìn)行匯報(bào)，幫助學(xué)生規(guī)范匯報(bào)語言；可以借助數(shù)據(jù)支架，收集所有學(xué)生（小組）的任務(wù)單，在大屏幕上展示，當(dāng)交流時(shí)，所有學(xué)生可以清晰地看到電子任務(wù)單，使得匯報(bào)學(xué)生的表達(dá)有理可依，也提高了其他學(xué)生的匯報(bào)參與度，給予他們互相交流觀點(diǎn)的依據(jù)；還可以借助評(píng)價(jià)支架，以生生評(píng)價(jià)的方式有效幫助學(xué)生完成知識(shí)的鞏固與遷移運(yùn)用。

如五年級(jí)“利用磁性發(fā)電”一課中，學(xué)生通過探究發(fā)現(xiàn)了線圈與發(fā)電之間的關(guān)系。教師在備課時(shí)借助設(shè)計(jì)支架設(shè)計(jì)學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、匯報(bào)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)單和以“選擇關(guān)鍵詞”的形式為主的實(shí)驗(yàn)結(jié)論表。在小組匯報(bào)環(huán)節(jié)，教師可以調(diào)用各小組電子任務(wù)單，學(xué)生通過將表頭、列名等與數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯報(bào)，再根據(jù)所選的關(guān)鍵詞交流結(jié)論，將匯報(bào)過程簡(jiǎn)單化和流程化。同時(shí)，在數(shù)據(jù)支架幫助下，學(xué)生可以從大屏幕中清晰地看到其他小組的任務(wù)單，與自己小組的任務(wù)單進(jìn)行比較，從而判斷他組的結(jié)論是否與自己的一致，接著通過評(píng)價(jià)支架中的“生生互評(píng)”與同伴就探究活動(dòng)進(jìn)行良性交流。

應(yīng)用伴隨式學(xué)習(xí)支架，將探究活動(dòng)的各個(gè)要素用科學(xué)的思維方式鏈接起來，幫助學(xué)生達(dá)成了活動(dòng)設(shè)計(jì)模塊化、活動(dòng)操作規(guī)范化、活動(dòng)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化以及活動(dòng)匯報(bào)科學(xué)化，進(jìn)一步提升了學(xué)生活動(dòng)效率，促進(jìn)了互動(dòng)交流。

二、基于伴隨式學(xué)習(xí)支架培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的實(shí)踐

筆者以“力和機(jī)械① 滑輪”一課為例，來闡述運(yùn)用伴隨式學(xué)習(xí)支架開展的探究活動(dòng)教學(xué)。“力和機(jī)械① 滑輪”是遠(yuǎn)東版《自然》三年級(jí)第一學(xué)期第四單元“身邊的力”的第四課時(shí)的內(nèi)容。本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是：①對(duì)滑輪作用作出猜想，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)并利用實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明觀點(diǎn)；②知道使用簡(jiǎn)單機(jī)械可以省力、提供方便，感悟簡(jiǎn)單機(jī)械對(duì)人類生產(chǎn)和生活的重要性。本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是知道使用動(dòng)滑輪能省力，使用定滑輪可以改變力的方向；教學(xué)難點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

本節(jié)課在伴隨式學(xué)習(xí)支架支持下，強(qiáng)化了“提出問題與作出假設(shè)”“搜集證據(jù)”和“處理信息”三個(gè)探究要素。為了讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)認(rèn)識(shí)滑輪，根據(jù)滑輪體驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象對(duì)滑輪作用作出猜想，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明觀點(diǎn)，從而知道使用簡(jiǎn)單機(jī)械可以省力或提供方便，感悟簡(jiǎn)單機(jī)械對(duì)人類生產(chǎn)和生活的重要性。教師搭建閱讀支架，規(guī)范實(shí)驗(yàn)過程；搭建數(shù)據(jù)支架，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，明確教學(xué)重點(diǎn)；搭建設(shè)計(jì)支架，幫助學(xué)生設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，突破教學(xué)難點(diǎn)。

（一）規(guī)范實(shí)驗(yàn)步驟，制造認(rèn)知沖突

在“提出問題與作出假設(shè)”過程中，為了讓學(xué)生通過體驗(yàn)觀察不同滑輪特點(diǎn)，形成“使用滑輪是否省力”的問題。教師創(chuàng)設(shè)“高樓搬冰箱”的生活場(chǎng)景，通過搭建閱讀支架和數(shù)據(jù)支架，幫助學(xué)生規(guī)范操作步驟，根據(jù)體驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行簡(jiǎn)單推理并提出猜想：定滑輪不能省力，動(dòng)滑輪能省力。

為了幫助學(xué)生提高實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性，教師先演示如何操作，再搭建閱讀支架，在學(xué)生活動(dòng)時(shí)提供實(shí)驗(yàn)操作手冊(cè)，詳細(xì)記錄每一步實(shí)驗(yàn)步驟，還有操作演示視頻。學(xué)生可以根據(jù)自己的需求選擇不同的學(xué)習(xí)方式。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生還可以隨時(shí)調(diào)出手冊(cè)反復(fù)查看，形成實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中的個(gè)性化教學(xué)。再搭建數(shù)據(jù)支架，學(xué)生通過對(duì)比、記錄不同滑輪的運(yùn)動(dòng)方向、用力方向和用力大小。教師收集各小組實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)并以表格統(tǒng)計(jì)的形式分析歸納不同滑輪的特點(diǎn)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)動(dòng)滑輪和定滑輪。同時(shí)通過數(shù)據(jù)對(duì)比，引起認(rèn)知沖突，引發(fā)對(duì)滑輪作用的猜想：定滑輪可能不省力，動(dòng)滑輪可能會(huì)省力。最后搭建評(píng)價(jià)支架，以“輪流體驗(yàn)并完成表格”為評(píng)價(jià)點(diǎn)，用任務(wù)驅(qū)動(dòng)提高學(xué)習(xí)效率。與認(rèn)知不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提高了學(xué)生探究滑輪作用的興趣。

使用伴隨式學(xué)習(xí)支架，幫助學(xué)生提升了實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性，通過體驗(yàn)與分析引起了學(xué)生的認(rèn)知沖突，從而激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究熱情，引發(fā)學(xué)生積極思考并提出問題。

（二）簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化數(shù)據(jù)分析

在“搜集證據(jù)”和“處理信息”過程中，為了讓學(xué)生能根據(jù)猜想設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明觀點(diǎn)，教師搭建了設(shè)計(jì)支架和數(shù)據(jù)支架，幫助學(xué)生降低實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)難度，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精確度，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析過程圖像化、可視化，得出結(jié)論：使用定滑輪可以提供方便，使用動(dòng)滑輪可以省力。

為了幫助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，教師借助設(shè)計(jì)支架設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格，以勾選和拖動(dòng)的方式讓學(xué)生選擇探究滑輪的類型，明確兩次實(shí)驗(yàn)中需要使用的材料，完成對(duì)比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。通過簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生初步感受設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的魅力。

為了提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度和讓學(xué)生初步感受實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的過程，教師搭建數(shù)據(jù)支架，使用掛在繩端的數(shù)字測(cè)力計(jì)獲得精確數(shù)據(jù)。學(xué)生可以通過對(duì)比分析歸納小組結(jié)論，以勾選關(guān)鍵詞的方式完成實(shí)驗(yàn)總結(jié)。此外教師還匯總所有小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化為適合學(xué)生分析的折線圖，通過分別比較“直接用手提的力”和“用定（動(dòng)）滑輪提的力”兩條折線的位置高低，最終得出大組結(jié)論：使用定滑輪可以提供方便，使用動(dòng)滑輪可以省力。

使用伴隨式學(xué)習(xí)支架幫助學(xué)生初步體驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的過程，形成了制訂探究計(jì)劃的概念；以數(shù)據(jù)支架使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更精確，增加了實(shí)驗(yàn)科學(xué)性；匯總各小組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并將其將轉(zhuǎn)換成折線統(tǒng)計(jì)圖，幫助學(xué)生優(yōu)化了分析過程，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)了數(shù)據(jù)的處理方式，培養(yǎng)了學(xué)生的推理和論證能力。

在科學(xué)探究活動(dòng)中，搭建伴隨式學(xué)習(xí)支架，以豐富的互動(dòng)激發(fā)學(xué)生對(duì)自然現(xiàn)象的探究熱情；以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)觀察、實(shí)驗(yàn)等科學(xué)方法；以優(yōu)化數(shù)據(jù)分析，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)分析與比較等思維方式；用填空式的任務(wù)單讓學(xué)生初步學(xué)會(huì)用科學(xué)語言解釋自然現(xiàn)象，初步形成科學(xué)思維能力。

三、結(jié)語

數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)提供了一個(gè)良好的教學(xué)應(yīng)用平臺(tái)，伴隨式學(xué)習(xí)支架改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式，以學(xué)生為主體，聚焦學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)，通過提供支架逐步引導(dǎo)學(xué)生完成教學(xué)重點(diǎn)突破教學(xué)難點(diǎn)，打造了“以實(shí)踐為主”的教學(xué)新樣態(tài)，有效促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展。

雖然伴隨式學(xué)習(xí)支架能有效幫助教師改善課堂，促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展，但是它只是教學(xué)工具，比教學(xué)工具更重要的是教師。因此，教師需要進(jìn)一步深入解讀課標(biāo)，結(jié)合學(xué)生身心發(fā)展的特點(diǎn)，充分利用數(shù)字化學(xué)習(xí)支架培育學(xué)生的核心素養(yǎng)。