数智化项目式教学，让学生“看见”微观世界

《教育信息化2.0行动计划》要求教师主动适应信息化、人工智能等新技术变革，积极有效开展教育教学。跟随数智化时代技术更新的脚步，响应数智化时代教学改革的号召，“基于智能教学环境的学生微粒观素养培育探索与实践”课题组聚焦学生微粒观培育的问题，借助新课标提出的“系统与模型”概念，在小学科学课程开发中融入建构主义学习观和项目式学习法，通过引导学生学习科学知识、开展艺术性设计与制作、进行科学实验探究这三部分课程内容，有效提升学生的核心素养，促进学生全面发展。在教学过程中，设计知识学习、VESTA软件操作、模型制作、交流讨论和课堂展示五个环节，帮助学生主导课堂，鼓励学生多交流、勤合作，充分运用数智化教学工具进行深度学习。

小学生微粒观培育的必要性

由宏观过渡到微观的必需。化学用语教学“物质构成的奥秘”这一主题一直是教学的难点。由于该主题枯燥、抽象，不够贴近现实生活，学生们很难对物质的奥秘有真切的感知，好不容易培养起来的化学学习兴趣常常被消磨殆尽。在小学科学基础学习阶段，如何引导学生从五彩缤纷的宏观世界步入神奇莫测的微观世界，并自主运用微粒的观念去学习化学以及其他科学学科，是必须解决的首要问题。

由宏观过渡到微观的缺失。依据教学实践经验，总体而言，小学生对于物质的认知普遍只停留在宏观世界，对看不见、摸不着的微观世界知之甚少，而微粒观恰是打开微观世界大门的钥匙。因此，课题组以培育小学生微粒观为教学目标，在研究项目中着重带领学生灵活运用数智化工具，融合跨学科的思路来制作微粒的模型，帮助学生“真实地”感受微观世界。

化学微粒观培育的内涵是什么？世界是物质的，物质是由微粒构成的，化学是一门研究物质的组成、性质、结构和变化规律的自然科学。化学微粒观是化学课堂教学的基本观念之一，同时也是化学观念的基础。小学生微粒观培养对于今后化学学科的学习而言十分重要，教师应合理引导学生结合已有的生活经验，通过实验探究、科学想象、模型制作等方式，理解分子、原子、离子等概念并梳理它们之间的关系，进而形成化学微粒观。

数智化工具助力小学微粒观教学

数智平台激发学生深度学习的欲望。在数智化教学模式的推进过程中，教师可积极利用“深圳教育云资源平台”等智慧平台，充分发挥这些平台的作用来提高学生的学习效果。智慧平台不仅能协助教师进行课堂设计，还能创设真实而富有吸引力的教学情境，从而更好地激发学生学习的兴趣和热情。

VESTA软件搭建学生深度学习的桥梁。构成物质的微粒是肉眼不可见的，教师要通过构建模型等直观的手段为学生在宏观世界和微观世界之间搭建桥梁，帮助他们发现宏观与微观的相互联系。为此，课题组运用了VESTA软件来开展智慧课堂教学。VESTA（Visualization for Electronic and Structural Analysis）能实现晶体结构和电子结构可视化，将之应用在微粒观的教学上，能够有效弥补小学生空间想象力的不足，培养其抽象思维。VESTA软件还在显示终端上建立了一个3D虚拟仿真实验室，能帮助学生将2D设计转化为3D成品，辅助学生立体地理解微观世界。合理运用VESTA软件成图技术，可以有效提升学生空间观念，引导学生从微观粒子水平上认识物质构成的规律，以微粒的本质结构为线索，帮助学生实现思维从宏观过渡到微观，为以后的化学学习打下坚实基础。

结合超轻黏土制作，夯实学生微观意识与动手能力。例如，在开展教科版科学四年级下册第一单元《植物的生长与变化》的教学时，课题组设计了“显微镜观察植物细胞，超轻黏土制作植物细胞”活动项目——教师先利用成熟植株向学生展示植物的形态，再让学生通过显微镜观察植物的细胞结构，探索植物叶片细胞和根部细胞的秘密。带领学生从宏观世界出发，深入探究美丽的微观世界，以此让学生初步学习植物相关知识；继而让学生自主设计实验方案，探究LED直接照射绿萝根部是否会促进整体植株生长；最后运用超轻黏土制作植物细胞，形成项目式学习成果。

项目式学习夯实小学微粒观教学成果

小学科学课程的项目式探索是载体。小学科学学科是化学、物理、生物、地理等学科基础知识的“地基”，具有融合性。其知识特点与思维方式就是：宏观与微观相互联系。小学阶段的化学启蒙教育，一个很重要的任务是，通过构建模型等直观手段帮助学生建立宏观世界和微观世界之间的联系。因而小学微粒观的教学内容须融入跨学科的教学理念，精心设计和开展教学活动。项目式的课程形式新颖、内容丰富，有助于激发学生浓厚的学习兴趣，引导他们从多个角度感知微粒观的内涵，主动探索微观世界，在过程中建立微粒观，有效提升教学成效。

项目式教学促进学生沉浸式深度探究。在日常学科教学实践中，教师要善用“互联网+”，借鉴项目式学习方法，设计适合学生自主学习的学科课程方案，进而从以“教”为中心转变为以“学”为中心，由“教”的思维迁移到“学”的思维，最终形成有效的项目化教学模式。例如，讲授教科版科学三年级上册第一单元《水》时，课题组设计了探究深圳盐田海提取海水含盐量检测活动项目。学生研究海水蒸发和食盐析出过程，通过实验获知海水含盐量，并撰写实验报告。实验不仅让学生了解海水蒸发特性，还能检验数据准确性。之后，学生运用VESTA软件独立完成食盐晶体设计图的制作，并结合艺术指导，创作出食盐晶体的黏土艺术作品，以加深对食盐晶体结构的了解。整个学习过程中，学生通过信息收集和数据分析，形成了微观认知，提升了跨学科学习能力；并运用所学知识解决了实际问题，增强了沟通、合作和创新能力。

数智化工具辅助CIPP评价模型助力学生全方位评价。课题组积极践行《深化新时代教育评价改革总体方案》的要求，依据学生基本学情与综合素养制定个性化学习方案，力求做到因材施教、个性化指导，加速提升教学质量和水平。同时，围绕CIPP（context，input，process，product，即背景、输入、过程、产品）教育评价模型，更新评价方式，形成有价值的研究成果。在学生评价改革方面，教师可借助一系列优质的人工智能工具，如“BOS教育平台”“班级优化大师”“红蜘蛛”“极域电子教室”“Arduino平台”和“问卷星”等，形成项目化学习的电子档案袋（e-portfolio），更准确地掌握学生的学习进度和难点，为学生提供个性化反馈、指导，制定科学的教学策略，积极探索从“五育并举”到“五育融合”的科学实践评价新路径，以全新的评价机制设计制作项目实施指南，力求对学生进行全方位的评价，促进学生全面发展。

综上，小学化学教育要以项目式教学为载体，以智慧教学工具为手段，推进以微粒观培育为核心的小学科学智慧课程建设；要以小学科学基础知识为起点，精选具有实践探究价值的驱动问题，设计深受学生喜爱的科学活动，激发学生开展科学探究性学习的内在动力；要让学生在掌握基础科学知识的同时，培养科学探究思维，学会运用现代信息技术手段进行自主探究学习，形成运用科学知识解释自然现象、解决实际问题的科学观念，从而全面提升科学核心素养。

【本文系广东省深圳市教育科学“十四五”规划2023年度成果培育课题“基于智能教学环境的学生微粒观素养培育探索与实践”（课题编号：cgpy23025）的成果】