例谈抽象科学概念的教学策略

科学课中有的内容比较抽象，无法让学生在课堂上通过观察与实验建构科学概念，有的研究方式单一，学生仅靠常规观察难以获取有效的信息，影响后续分析研讨，有的因学生难以准确表达，导致课堂无法有效交流论证，这些问题都不利于学生建构科学概念。教师要充分利用信息技术、精准呈现探究数据、依托卷人式交流研讨，优化抽象科学概念的教学。

一、充分利用信息技术

由于展现手段匮乏，教材中有些内容难以通过传统的手段表达出来。如果适时应用VR技术、3D地图、全息成像等，能较好地展现教材内容，让学生产生极强的代入感，开辟新的教学方式。

1.VR技术变隐藏为可见

VR技术是一种以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境的技术。它有着极强的存在感、交互性、自主性，让学生作为主角在虚拟的环境中真假难辨。借助VR技术能帮助教师解决教学内容抽象、学生无法亲身体验的问题。

《认识星座》一课在传统教学中，教师一般会出示教具“一个悬挂着7颗长短不一的小球的木板”，请学生从不同的角度观察，并把观察到的图案画下来。很多学生画的图案与展示的图案类似，也有一部分同学画不出来。引入VR技术后，教师让学生戴上VR眼睛一起体验虚拟现实世界的北斗七星。在计算机软件的模拟下，学生从地球向着勺子状的北斗七星进发，进入浩瀚的宇宙空间。随着镜头的切换，学生能依次从宇宙的不同角度亲眼观察到不同图案的北斗七星。可以看出，以传统的PPT或普通的视频为载体进行的教学，大部分学生对教师讲授的内容并不理解。但在VR技术的加持下，学生戴上了VR眼镜，身临其境地体验了教材中所描述的场景。

2.3D地图化抽象为具体

3D虚拟地图可把卫星图像、地图、百科全书和飞行模拟器整合在一起，布置在一个地球的三维模型上。由于其具有较强的可交互性，以及较高的还原度，使其在呈现地球与月球上的各种地形地貌、天空中的各种星座方面有着独特的优势。

《地球表面的地形》一课在传统教学中，教师一般会请学生准备曾经去过地方的照片并介绍这个地方的特点，然而其他学生很难从照片中发现相关特点。教师可以打开3D地图，开启飞行模拟，让学生“乘着飞机"来到一个又一个景点，或俯瞰整体，或近看细节，同时飞机上的仪表盘中还实时显示着当前地形的海拔高度，各种数据一目了然。在传统教学的观察活动中，由于图片是二维平面的，学生无法很好地体会各种地形地貌的海拔高度等信息，但这些未知的数据在3D地图上能得到较好的体现，学生可以实时读取地形数据。借助3D地图，学生还可以测量两颗恒星之间的距离，从而更好地理解“星座是由距离各不相同、彼此没有联系的恒星组成”这一科学概念。

3.全息成像变复杂为简单

全息成像技术能够将复杂的科学概念直观地展现出来。在《古代生物的多样性》一课教学中，教师可以先组织学生对古生物化石进行研究，了解其生活环境与生存方式，并依据古生物的生活环境和现代类似生物的特征，推测古生物的身体结构特征。然后，利用全息成像分层展示：将古生物的骨骼、皮肤、肌肉等部分组合，构建完整的古生物模型；动态模拟古生物的行走、奔跑、飞翔等运动，呈现古生物的生活场景；学生在虚拟环境中调整古生物的形态和结构，尝试不同的假设，并即时查看结果。学生在虚拟环境中充分展开想象，借助全息成像技术对初步推测进行验证并获取证据，运用已有知识和资料推测未知，提升科学推理能力。这种互动学习方式，让学生对古生物特征及演化过程的理解更为深刻，提升了他们的动手能力和空间想象能力。

二、精准呈现探究数据

由于教学内容较为特殊，在有些探究活动中学生很难获取有效的数据，这使得后续的分析和研讨环节无法深人展开，对他们科学观念的形成造成不利的影响。

1.量化信息收集

在《地球表面的地形》一课的“观察世界地形图”环节，学生观察世界地形图发现，不同的颜色代表不同的地形与海拔高度等信息。教材对这个活动的设计仅仅局限于用眼睛看这一种手段，相较于身处真实环境下的多感官观察，学生不容易从中发现更多有效的信息。

教师可以给每个小组提供一份立体的世界地形图，让学生用眼晴看一看各个地区的颜色，用手摸一摸不同地区的高度，并说说发现。观察活动结束后，学生能说出“不同的颜色代表不同的地形”，但对于海拔的理解不够透彻。

教师还可以提供相关材料，以及地形图中各个地点的海拔高度，让学生按照一定的比例尺制作不同的地形图。在这个过程中，他们需要根据当地的地形确定选用不同的颜色，查阅教师提供的数据资料确定不同地点的海拔高度。学生在教师事先准备的地形图底板上用太空泥塑造各种地形，将观察活动变为制作活动，并主动查阅主要区域的地形数据。在查阅数据、塑造地形的过程中，学生不知不觉地收集了各种地形的数据，经历了“平面化一数据化一立体化"的过程，并把各种数据通过不同颜色的太空泥外显并最终呈现在底板上。

2.优化信息处理

常规的信息处理方式一般是通过数学的方法将数据汇总，再根据需求以图表等形式呈现。由于有些探究活动无法亲身经历，导致获取信息成为学习难点，进一步的信息汇总、分析也无法展开。

《月相变化》一课中，如果按教材上介绍的方法（如图1上）组织教学，容易因个别学生的观察和记录有误，导致汇总结果无法呈现月相的规律。教师可以介绍模拟实验的方法：一位同学站在地上的圆圈中间，手举一半被涂黑的“月球”，其余小组成员排成一排观察，举球的同学依次沿着圈上的数字移动位置并保持亮面始终对着太阳（如图1下）。采取优化后的实验组织教学，学生同时观察记录多个观测点，有效避免了观察时的偶然性，便于在汇总信息时剔除与大家不同的结果，从而简化了信息处理的过程。

三、依托卷入式交流研讨

由于概念比较抽象以及研究方式的局限性，生生、师生之间的交流讨论有时会变得异常困难，导致研究成果无法得到充分论证。教师可引入卷入式研讨，让学生交换意见、思维碰撞、充分论证。

1.全员卷入式交流

有时虽然小组内形成了统一的意见，但实际上很多学生难以表达清楚有关信息，在这样的情况下，他们更不愿主动与同学交流，这时，全班性的交流研讨变成了少数几个善于表达的学生的专场。思维只在这几位学生之间碰撞，原先的认知无法在每一位学生心里升华。

在《谁先迎来黎明》一课教学中，为了更好地了解学生对地球自转所造成影响的前概念，教师设计调查题，让他们通过手上的投票器进行选择。教师把学生的选择结果显示在大屏幕上，直接向选择有误的同学提问，使得反馈的效率大大提高。投票器这一辅助工具，可以让学生的选择显示在大屏幕上，并通过后台数据的处理统计出大家的投票比例，激发了他们参与的欲望，原先不善于表达的学生只需要通过投票器来表达自己的意见与想法，使更多学生自发地卷入到班级的研讨互动中，基本实现了全员思维碰撞。

2.专家卷入式指导

科学探究不应局限于课堂的四十分钟内，学生在课堂上获取的知识，需在课外深化应用。教师可邀请相关领域专家、教师或有专业背景的家长深人讲解和讨论。

在《古代生物的多样性》一课教学中，学生通过观察化石样本和全息成像，初步了解古生物身体结构特征和生活习性。为了深化理解，教师可以邀请古生物学专家到校举办专题讲座，解答学生的疑问，详细阐释古生物化石的形成过程、不同类型化石的价值，展示古生物生活环境实例助力学生理解其生存条件，介绍现代科学技术在古生物学中的应用及相关前沿技术等。在专家指导的基础上，教师还可以组织学生参观自然博物馆，近距离观察各种古生物化石，玲听专业讲解；参与小型古生物化石模拟挖掘活动，让他们亲身体验发现和采集过程，分享古生物形态特征、生活环境、科学研究价值等方面的详细报告。通过这些方式，学生不仅加深了对古生物化石的理解，还养成了将所学知识用于实际生活的良好习惯。

（作者单位：浙江省杭州市临平区实验小学）

[1]贾永霞，张钧铎，吴辰禹，等.三维流场的虚拟现实技术开发与教学应用[J].力学与实践，2024（03）.

参考文献

[2]王东.基于信息技术的小学科学实验教学模式探索——以“宇宙探索"实验教学为例[J].教育信息技术，2023（05）.

[3]董慧珊.基于微视频突破实验教学难点[J].湖北教育（科学课），2022（11）.

西藏林周县访学科学教师在杭州临平三小参与桂馨科学交流活动供图／樊英