指向探究能力培養(yǎng)的小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科數(shù)字化教學(xué)

摘要：數(shù)字技術(shù)在提升小學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)和實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科融合方面展現(xiàn)出顯著潛力。教師在數(shù)字技術(shù)的加持下融合科學(xué)、數(shù)學(xué)、語文等學(xué)科內(nèi)容，可以豐富小學(xué)教學(xué)的內(nèi)容與方法。以“水的循環(huán)與環(huán)境影響”為例，教師指導(dǎo)學(xué)生利用虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件、數(shù)據(jù)分析工具和協(xié)作平臺(tái)，在安全可控的環(huán)境中進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)，并在跨學(xué)科背景下進(jìn)行創(chuàng)作與交流。跨學(xué)科教學(xué)加深了學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解，提升了批判性思維水平和解決問題的能力。研究表明，采用該策略開展跨學(xué)科數(shù)字化教學(xué)，能夠有效提升學(xué)生的綜合學(xué)科能力，為他們未來的學(xué)術(shù)和職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：數(shù)字技術(shù)；小學(xué)跨學(xué)科融合；學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)21世紀(jì)信息技術(shù)飛速發(fā)展，數(shù)字技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用成為教學(xué)改革、創(chuàng)新的關(guān)鍵。在小學(xué)教育中，數(shù)字技術(shù)的引入不僅變革了教學(xué)方式，還為跨學(xué)科教學(xué)提供了新的可能?？鐚W(xué)科教學(xué)是教育創(chuàng)新的一種形式，旨在融合多學(xué)科內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展?？茖W(xué)探究素養(yǎng)是學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)和方法解決問題的能力，對(duì)其未來發(fā)展至關(guān)重要[1]。但小學(xué)科學(xué)教育仍存在課程孤立、資源有限等問題，影響學(xué)生相關(guān)素養(yǎng)的發(fā)展。數(shù)字技術(shù)的介入為解決這一難題增加了可能性，教師利用互動(dòng)科技、模擬實(shí)驗(yàn)軟件等工具可創(chuàng)建更豐富的教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的探究興趣與創(chuàng)新思維[2]。此外，教師應(yīng)用數(shù)字技術(shù)還能有效融合科學(xué)、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等學(xué)科內(nèi)容，設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的跨學(xué)科項(xiàng)目，幫助學(xué)生在解決實(shí)際問題中深化跨學(xué)科知識(shí)，提升科學(xué)探究能力。一、數(shù)字技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的多元應(yīng)用及其優(yōu)勢（一）小學(xué)科學(xué)教學(xué)中數(shù)字技術(shù)的類型與應(yīng)用數(shù)字技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中應(yīng)用廣泛，常見類型包括虛擬實(shí)驗(yàn)室、協(xié)作平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析工具、教學(xué)視頻平臺(tái)、互動(dòng)游戲和在線圖書館（見表1）。這些工具有模擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析和互動(dòng)學(xué)習(xí)等功能，可幫助學(xué)生更直觀地理解科學(xué)概念，并提供靈活有效的教學(xué)支持。（二）數(shù)字技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢1.操作便捷教師可以采用界面友好且易于獲取的數(shù)字工具，如教學(xué)視頻、互動(dòng)游戲類軟件，讓學(xué)生觀看科學(xué)實(shí)驗(yàn)視頻來理解抽象的理論，或者借助互動(dòng)游戲?qū)W習(xí)生物分類等知識(shí)，顯著提升教學(xué)效果。2.資源豐富且支持互動(dòng)借助在線圖書館和協(xié)作平臺(tái)，學(xué)生可以獲取多樣化的學(xué)習(xí)材料，實(shí)時(shí)檢測學(xué)習(xí)效果，并根據(jù)興趣自主學(xué)習(xí)。這有利于增強(qiáng)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度。3.支持跨學(xué)科探究數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用正在促進(jìn)科學(xué)與數(shù)學(xué)、語文、信息技術(shù)等學(xué)科的融合。教師可開展跨學(xué)科活動(dòng)，如利用數(shù)學(xué)軟件分析植物生長數(shù)據(jù)，或撰寫報(bào)告，全面提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。數(shù)字技術(shù)已在小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科教學(xué)中發(fā)揮重要作用，顯著提升了教學(xué)質(zhì)量，助推了學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的發(fā)展。尤其對(duì)于資源有限的學(xué)校，數(shù)字技術(shù)提供了公平的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，有效縮小了教育差距。未來，應(yīng)進(jìn)一步探索數(shù)字技術(shù)高效應(yīng)用的路徑。二、小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科融合中應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的策略（一）構(gòu)建跨學(xué)科知識(shí)體系，深化學(xué)科融合借助數(shù)字技術(shù)，教師可以將科學(xué)、數(shù)學(xué)和語文等學(xué)科內(nèi)容有機(jī)整合，開展主題化教學(xué)設(shè)計(jì)，構(gòu)建跨學(xué)科知識(shí)體系。例如，在“氣候變化”單元教學(xué)中，教師利用數(shù)字資源（如虛擬實(shí)驗(yàn)室、數(shù)據(jù)分析工具和數(shù)字化文獻(xiàn)）引導(dǎo)學(xué)生探討科學(xué)原理，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)分析數(shù)據(jù)、研判趨勢，撰寫反思性文章或科普作品，提升寫作水平。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用使知識(shí)的呈現(xiàn)更加直觀、靈活，使教學(xué)內(nèi)容從單一學(xué)科的線性知識(shí)轉(zhuǎn)向多學(xué)科的系統(tǒng)性知識(shí)，這有利于學(xué)生多視角理解問題，提升跨學(xué)科思維能力。（二）設(shè)計(jì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)，促進(jìn)深度探究教師可以設(shè)計(jì)跨學(xué)科的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)，利用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)的整合與實(shí)踐。例如，在“水循環(huán)與環(huán)境影響”項(xiàng)目中，學(xué)生利用虛擬實(shí)驗(yàn)室模擬水循環(huán)現(xiàn)象，借助數(shù)學(xué)軟件分析數(shù)據(jù)，并撰寫報(bào)告。這樣的教學(xué)能有效引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際問題，提升團(tuán)隊(duì)合作能力和跨學(xué)科思維，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。（三）優(yōu)化數(shù)字化教學(xué)環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果如今，教師開展數(shù)字化教學(xué)有大量高效工具支持。教師可利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，讓學(xué)生沉浸式探究科學(xué)現(xiàn)象，例如觀察火山噴發(fā)或植物光合作用的過程。此外，智能化教學(xué)工具（如AI學(xué)習(xí)助手）能為學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)支持，幫助學(xué)生把控學(xué)習(xí)進(jìn)度，提高學(xué)習(xí)效果。（四）創(chuàng)設(shè)動(dòng)態(tài)教學(xué)情境，提升學(xué)習(xí)興趣數(shù)字技術(shù)能夠模擬真實(shí)場景，讓學(xué)生在動(dòng)態(tài)情境中探索科學(xué)。例如，教師可以利用動(dòng)畫和視頻展示“水循環(huán)”或“光合作用”等動(dòng)態(tài)過程，引導(dǎo)學(xué)生觀察、提問并探索科學(xué)原理。按照語文課程教學(xué)要求，教師讓學(xué)生撰寫觀察日記或科普文章，可幫助他們?cè)谔骄恐袑?shí)現(xiàn)語言表達(dá)能力和科學(xué)素養(yǎng)的同步發(fā)展。（五）支持個(gè)性化學(xué)習(xí)與團(tuán)隊(duì)協(xié)作，滿足多樣化需求教師利用數(shù)字協(xié)作平臺(tái)（如GoogleClassroom）引導(dǎo)學(xué)生合作探究，在共享數(shù)據(jù)、討論問題的過程中撰寫跨學(xué)科研究報(bào)告。同時(shí)，利用KhanAcademy等平臺(tái)為不同能力的學(xué)生設(shè)計(jì)個(gè)性化任務(wù)，滿足多樣化學(xué)習(xí)需求。能力較強(qiáng)的學(xué)生可探索復(fù)雜跨學(xué)科項(xiàng)目（如環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析），基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生則完成簡單任務(wù)，逐步增強(qiáng)信心與能力。三、數(shù)字技術(shù)助力學(xué)生提升科學(xué)探究素養(yǎng)的實(shí)踐（一）“水的循環(huán)與環(huán)境影響”跨學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐在“水的循環(huán)與環(huán)境影響”跨學(xué)科探究活動(dòng)中，學(xué)生的任務(wù)是利用數(shù)字工具深入研究水循環(huán)過程，并探討環(huán)境因素對(duì)水質(zhì)的影響。該項(xiàng)目融合了科學(xué)、數(shù)學(xué)和語文等學(xué)科，利用數(shù)字技術(shù)支持不同階段的科學(xué)探究活動(dòng)（如圖1）。1.觀察與記錄：數(shù)字顯微鏡與在線觀測工具的應(yīng)用在項(xiàng)目初期，學(xué)生利用數(shù)字顯微鏡觀察不同水體（如河流、湖泊、地下水）中的微生物活動(dòng)，記錄微生物對(duì)水質(zhì)的影響。此外，學(xué)生借助在線實(shí)時(shí)觀測工具，可以遠(yuǎn)程監(jiān)測不同地理區(qū)域的水循環(huán)過程，包括降水量、蒸發(fā)量等數(shù)據(jù)。這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過連接天氣觀測站等平臺(tái)獲取，并被記錄在電子表格中，方便后續(xù)分析和可視化展示。這一過程不僅讓學(xué)生在動(dòng)態(tài)觀察中理解水循環(huán)的復(fù)雜性，還培養(yǎng)了他們?cè)诳茖W(xué)探究中的數(shù)據(jù)收集與管理能力。在應(yīng)用數(shù)字化工具探究的過程中，學(xué)生逐漸掌握了運(yùn)用數(shù)字技術(shù)記錄現(xiàn)象的方法，提高了他們對(duì)科學(xué)研究過程的參與感和理解力。2.假設(shè)建立與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：虛擬實(shí)驗(yàn)室的模擬與優(yōu)化為了探究環(huán)境條件對(duì)水質(zhì)的影響，學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室（如PhET）中建立假設(shè)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。例如，學(xué)生調(diào)整溫度、污染物濃度等變量，模擬水循環(huán)過程中水質(zhì)的變化。虛擬實(shí)驗(yàn)提供了安全、可控的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，允許學(xué)生反復(fù)調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)，觀察不同變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。這一過程幫助學(xué)生深入理解變量控制和假設(shè)驗(yàn)證的科學(xué)原理，培養(yǎng)了他們的批判性思維和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)還彌補(bǔ)了現(xiàn)實(shí)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)條件的不足，為學(xué)生提供了接觸科學(xué)探究復(fù)雜性的機(jī)會(huì)。3.數(shù)據(jù)收集與分析：電子表格與數(shù)據(jù)可視化工具的輔助在實(shí)驗(yàn)階段，學(xué)生使用GoogleSheets或Excel等工具記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括不同環(huán)境條件下的水體蒸發(fā)速率和水質(zhì)變化情況等。學(xué)生利用這些工具，不僅能完成數(shù)據(jù)錄入，還能進(jìn)行圖表生成和趨勢分析，直觀地展示水質(zhì)隨環(huán)境變化的趨勢。基于可視化分析，學(xué)生可以更直觀地理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證假設(shè)的合理性。這一環(huán)節(jié)有效提升了學(xué)生在數(shù)據(jù)處理、圖表分析和科學(xué)解釋方面的能力，同時(shí)為后續(xù)科學(xué)結(jié)論的推理與表達(dá)奠定基礎(chǔ)。4.結(jié)論推理與報(bào)告撰寫：協(xié)作平臺(tái)的支持與反饋機(jī)制實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生需要撰寫報(bào)告，內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、假設(shè)、數(shù)據(jù)分析以及改進(jìn)水質(zhì)的建議。在撰寫過程中，學(xué)生使用GoogleDocs等協(xié)作平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)分工與合作，共同完成報(bào)告的撰寫任務(wù)。這一過程不僅鍛煉了學(xué)生的語言表達(dá)與寫作能力，還幫助他們?cè)趨f(xié)作中學(xué)習(xí)如何融合科學(xué)、數(shù)學(xué)和語文等多學(xué)科知識(shí)，形成綜合性的科學(xué)結(jié)論。利用協(xié)作平臺(tái)的實(shí)時(shí)反饋功能，教師能夠及時(shí)介入，指導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化報(bào)告內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中理解科學(xué)與社會(huì)責(zé)任的關(guān)聯(lián)性。5.成果展示與評(píng)價(jià)：多媒體工具的創(chuàng)意應(yīng)用在項(xiàng)目的總結(jié)階段，學(xué)生利用PowerPoint或GoogleSlides等多媒體工具，以圖文結(jié)合的形式展示探究成果。展示內(nèi)容涵蓋水循環(huán)實(shí)驗(yàn)的過程、數(shù)據(jù)分析結(jié)果和環(huán)保建議，圖表、視頻和圖像的融合使得研究成果更加生動(dòng)直觀。成果展示不僅提升了學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力，還鍛煉了他們的公開表達(dá)與團(tuán)隊(duì)合作能力。在展示環(huán)節(jié)，教師以提問、討論和反饋等方式進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)項(xiàng)目內(nèi)容的理解，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生在科學(xué)探究中融入更多的創(chuàng)新，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)。（二）案例分析總結(jié)：數(shù)字化探究提升了學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)在“水的循環(huán)與環(huán)境影響”項(xiàng)目中，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用貫穿了整個(gè)科學(xué)探究的各環(huán)節(jié)。從最初的觀察、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，到數(shù)據(jù)分析、報(bào)告撰寫，再到最終的成果展示，數(shù)字工具的應(yīng)用不僅提升了學(xué)生的操作能力，還讓他們?cè)谡麄€(gè)探究過程中發(fā)展了批判性思維、數(shù)據(jù)處理、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等綜合能力，有效提升了學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)（見表2），為他們未來的學(xué)術(shù)和職業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前，數(shù)字技術(shù)在小學(xué)科學(xué)中的應(yīng)用正在拓寬和加深，它在促進(jìn)跨學(xué)科融合和提升學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)方面顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用極大地豐富了教學(xué)方法和手段，不僅加深了學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解和應(yīng)用，還顯著提高了他們分析問題和解決問題的能力。具體來說，教師組織數(shù)據(jù)收集、實(shí)驗(yàn)?zāi)M和結(jié)果展示等實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生在真實(shí)或高度仿真且充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境中運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決問題。這種經(jīng)