市一等奖小学科学跨学科论文:数智赋能视域下小学科学跨学科项目式学习的探索实践——以“电磁奇境·智创未来”项目为例

数智赋能视域下小学科学跨学科项目式学习的探索实践

——以“电磁奇境·智创未来”项目为例

随着教育数字化转型的深入推进，数字技术与智能工具（简称“数智”）为教学创新与学科融合提供了全新路径。本文以小学科学课程为载体，结合“电磁奇境·智创未来”跨学科项目，探索数智赋能与项目式学习的融合实践。通过虚拟仿真、人工智能、3D打印等技术，构建“问题驱动—科学探究—工程设计—数智创作—智能评价”教学模式，利用数智工具优化课堂互动，促进跨学科知识的深度融合，为核心素养导向的小学科学跨学科项目式学习提供实践参考。

一、项目背景与设计

（一）理论依据

《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确提出，科学课程应注重“做中学、用中学、创中学”，培养学生的核心素养。跨学科项目式学习成为实现这一目标的有效途径，数智赋能课堂不仅解决了传统科学教学中抽象概念理解难、实践资源有限等问题，还通过沉浸式学习体验激发了学生的探究兴趣。

（二）项目定位与驱动问题

本项目以“如何设计并制作一个电磁创意作品”为核心驱动问题，依托虚拟科技馆的磁悬浮灯仿真场景（VR技术），引导学生从问题出发，科学探究电磁的相互转换，融合工程、语文、数学、艺术等学科，通过“知识迁移→科学探究→设计智造→展示交流”四阶段，引导学生从生活现象走向科学实践，从科学探究到解决实际问题，最终完成兼具功能与美学的智能作品。

（三）跨学科项目学习目标

（见表1）

二、数智赋能下跨学科项目式学习实施路径

（一）情境创设与问题驱动——从磁悬浮灯到电磁创意

1.沉浸式体验。

创设情境，借助虚拟科技馆沉浸式参观悬浮在半空中的巨大灯泡，激发学生对原理探究的兴趣。学生利用AR扫描解析内部电磁结构，生成交互式知识图谱。通过大数据智能推送相匹配的科普资料，引导学生通过查阅资料进行知识迁移，理解磁悬浮灯的工作原理。

2.提出问题。

以小组为单位，提出问题：如何设计并制作一个电磁创意作品？

从电磁奥秘到电磁创意，让学生在真实挑战中实现知识建构与创新能力的提升。

（二）科学探究与知识建构——任务驱动深度探索电磁奥秘

1.智启思辨，对话求真。

通过AI技术（用豆包创建智能体）与奥斯特对话，让学生“搭乘时光机”来到17世纪的电磁实验室，了解奥斯特实验，重温奥斯特的发现之旅。

引导学生自主设计实验探究方案并解决以下科学问题：

（1）在不碰指南针的前提下，怎样使里面静止的小磁针偏转？

（2）如何使小磁针偏转角度明显？

（3）什么样的装置能将电能转换成磁能？

（4）电磁铁磁极方向和什么因素有关？

2.虚实联动，探真创效。

（1）学生分组实验，建立具象认知。

探索一：电和磁的奥秘

探索二：电能和磁能（电磁铁的性质）

学生利用电路原件图形设计实验方案，记录实验现象。（见图1）

（2）虚拟仿真突破时空限制。

登录虚拟仿真实验室（AR学院），利用三维模型构建电磁可视化系统，让学生清晰观测到电磁动态分布。参数化调节线圈匝数、电流方向等变量，实时生成数据曲线。

（3）双向验证促进科学论证。

基于虚拟实验的多变量模拟，指导学生优化实体装置设计，构建“问题—预测—探究—优化”的实验流程，提升实验探究效率，增强实验数据的可信度。

（图1）

（三）工程设计与智造展示——从理论到电磁创意作品1.数字化工程设计。

观察现代电磁科技产品的内部结构和外观设计，分析产品组成部分的功能和材料组成。结合设计需求，选择合适的材料和工具，制定详细预算表，优化成本，减少浪费。利用绘图软件（画世界pro）、图片编辑（即梦AI）等智能工具，绘制创意作品设计图，使作品具有科技感。（见图2）

2.制作、测试、评估、优化。

通过“测试—分析—优化”的闭环设计，引导学生像科学家一样探究、像工程师一样解决问题，反复在实践中深化电磁原理，培养其严谨的科学态度与创新思维。

学生使用虚拟仿真实验室完成电磁装置的三维建模，预测磁场分布，优化设计方案。利用材料包和3D打印笔制作部件。通过联网传感器（如磁力计、电流表）采集作品运行数据，结合在线文档生成可视化图表，收集学生疑问，筛选高频问题集中讨论分析，组织全班进行头脑风暴，改进优化。

3.智能评价：动态反馈驱动持续优化。

（1）过程性评价。

END

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