【数智赋能】小学科学论文:数智技术赋能科学课堂的实践与思考——以“身体的'总指挥'”教学实践为例

数智技术赋能科学课堂的实践与思考

——以“身体的‘总指挥’”教学实践为例

【摘要】随着教育数字化转型的深入推进，人工智能、增强现实等数智技术与教育教学的融合创新，为深化课程改革、落实核心素养提供了新的突破口。本文以教科版小学科学五年级上册“身体的‘总指挥’”教学实践为例，系统探讨了数智技术支持下的教学创新路径。通过AI互动游戏创设探究情境，激发学生认知冲突；借助AR三维可视化技术，将抽象的脑结构具象化；利用虚实融合的探究资源，推动学生自主建构知识。实践证明，数智技术的适切应用，有效促进了学生科学观念、科学思维、探究实践和态度责任的协同发展，为核心素养在科学课堂中的落地提供了可借鉴的案例。

【关键词】数智技术；小学科学；核心素养；教学实践

当前，以核心素养为导向的基础教育课程改革正在深入推进。《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确指出，科学课程要着力培养学生适应未来社会发展的必备品格和关键能力[1]。然而，在小学科学教学实践中，诸如人体构造、宇宙天体等抽象概念的教学，往往面临“看不见、摸不着”的困境，直接影响着核心素养的落实成效。

数智技术的快速发展为解决这一教学难题提供了新的可能。本文以教科版小学科学五年级上册“身体的‘总指挥’”教学实践为例，尝试将AI、AR（增强现实）等技术有机融入教学各环节，通过创设真实情境、提供探究工具、搭建实践平台，有效突破传统教学瓶颈，为发展学生核心素养探索出一条可行的技术赋能路径。

一、教学背景与设计思路

“身体的‘总指挥’”一课涉及脑的结构与功能等抽象概念，对以具体形象思维为主的小学生而言存在较大认知难度。传统的图片展示和语言描述难以让学生建立准确的空间表象和功能认知，更难以达成“结构与功能相适应”这一重要科学观念的建构。基于此，本课以建构主义理论为指导，以数智技术为支撑，构建了“情境导入-自主探究-建构认知-迁移应用”的教学闭环。具体而言，利用AI技术创设游戏化情境，引发学生对脑功能的好奇与思考；借助AR技术打造可交互的脑结构模型，支持学生开展自主探究；通过虚实结合的探究任务，引导学生建构科学概念；最终推动学生将所学知识应用于实际生活，实现素养的内化与提升。

二、教学实践路径

本文以建构主义学习理论为指导，遵循“情境导入-自主探究-建构认知-迁移应用”的教学闭环。整个教学过程以“综合能力大比拼”的游戏情境贯穿始终，AR技术则作为支撑学生深度探究的核心工具嵌入其中。

1.科学观念的建构：从抽象理解到具身体验

在教学过程中，笔者利用AR软件的三维互动功能，将大脑、小脑、脑干等主要结构以立体化、可操作的形式呈现。学生通过平板电脑可以自主旋转、放大脑模型，从多角度观察其空间结构和位置关系。

在观察脑干时，学生们发现这个维持心跳、呼吸的重要结构被巧妙地“隐藏”在脑的底部。这种沉浸式体验带来了显著的教学效果。学生通过亲身探索获得的认知，远比教师的直接讲授更为深刻，他们不仅了解了脑的结构，更在具身体验中自然建构起“结构与功能相适应”的科学观念。

2.科学思维的发展：从感性猜想到理性求证

课程伊始，笔者通过“AI数智朋友”设计了系列体验游戏，如平衡测试、屏息挑战、反应速度比拼等。这些活动不仅调动了学生的参与热情，更重要的是制造了认知冲突——学生在游戏中切身感受到身体不同功能的协调运作，自然产生“谁是总指挥”的疑问，为后续探究埋下了伏笔。

随后，学生以小组形式提出对脑结构的初步猜想。他们的猜想各不相同：有的认为脑是一个整体，“管所有事情”；有的则认为脑有不同的部分，各司其职。这种认知差异引发了激烈的思维碰撞，也自然形成了“谁的想法更接近真实”的探究动力。笔者将学生的猜想以板书呈现，并适时出示脑模型，引导学生进入求证环节。

接下来，学生借助AR技术进行验证。学生通过AR模型仔细观察大脑、小脑和脑干的位置关系，查阅各结构的功能介绍。例如，有的小组最初认为“平衡只与大脑有关”，但在观察模型和查阅资料后，他们认识到小脑对运动协调的重要作用，从而修正了自己的观点。这种从“猜想”到“求证”再到“修正”的完整过程，有效培养了学生的实证意识和逻辑推理能力，促进了科学思维的发展。

3.探究实践的锤炼：从被动接受到主动建构

在本课的核心环节，学生以小组为单位开展自主探究，利用AR软件完成三个任务：识别脑的主要结构、明确各部分功能、建立结构与游戏体验的关联。

笔者在课堂上发现：为了准确定位脑干，学生们自发调整观察角度，从侧面和底部反复确认；为了理解大脑皮层的功能分区，学生认真比对图文资料；在讨论不同结构与之前游戏的联系时，学生们结合脑的各部分结构及功能踊跃表达，这种深度参与的学习状态，充分体现了数智技术对探究实践能力培养的支持作用。技术不再是简单的演示工具，而是成为支撑学生开展深度探究的“认知伙伴”。

4.涵养态度与厚植责任：从知识获取到素养内化

数智技术的恰当运用，有效促进了学生科学态度与社会责任感的形成。当学生通过AR技术亲眼观察到脑结构的精密与复杂时，自然产生了对生命的敬畏之情。在课堂的延伸环节，笔者引导学生讨论“如何保护脑的健康”，学生的回答展现了深刻的科学理解：“骑自行车必须戴好头盔，特别要保护好后脑部位，因为脑干在那里工作”“充足的睡眠是给脑必要的修复时间”。这些基于深刻理解的回答，表明学生已将科学知识转化为自觉的行动意识，实现了从知识学习到素养内化的升华。

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