[摘要]：实验教学改革是实现科技教育高质量发展的关键环节。杭州市萧山区南都小学依托央馆A科学实验平台，针对传统小学科学实验教学四大痛点，以建构主义、循证学习理论为基础，构建“三阶·四环·双拓”实验教学模式，并运用多类传感器开展课堂实证探究，依托AI交互工具深化思辨学习，配套开发跨学科拓展课程。实践证明，该模式能有效提升学生科学探究与论证素养，形成了可复制推广的小学科学数智实验教学范式。

[关键词]：小学科学；AI科学实验平台；实验教学；“342”教学模式

当前，人工智能与教育的深度融合已成为国家战略。2025年，教育部等七部门联合印发《关于加强中小学科技教育的意见》，明确提出“打造国家、地方、校本三位一体’的科技课程新生态”；2026年，教育部等五部门印发《“人工智能+教育”行动计划》，要求“推动人工智能教育全面纳入地方课程体系”……这一系列政策文件，为人工智能赋能科学教育指明了方向，也提供了制度保障。在这一背景下，笔者所在的浙江省杭州市萧山区南都小学(以下简称“学校”)于2025年引人入人工智能(AI)科学实验平台，在3~6年级的30个班级范围内开展了为期1年的实践，探索“三阶·四环·双拓”数智实验教学模式，依托高精度传感器，实现实验数据与课堂数据的双重可视，推动科学实验教学的数智化升级。

实验教学既是国家课程方案与课程标准规定的重要教学内容又是培养创新人才的有效途径，更是实现科学教育高质量发展的关键环节。然而，学校经校本调研，发现实验教学面临以下痛点，制约了学生科学思维的发展：①数据采集“靠估计”，科学探究缺“证据”；②数据处理“能力弱”，探究深度受制约；③思维发展“无深度”，论证能力待提升。

AI科学实验平台的引入，为上述痛点提供了精准的解决方案—以建构主义与循证学习理论为指导，整合智慧教育技术，设计了贯穿课前、课中、课后的“三阶·四环·双拓”数智实验教学模式(简称“342”模式)。

课前感知阶：教师借助平台微课、AI问答助手发布预学任务，学生初建认知图式，提出预问，带着问题进课堂。

课中探究阶：以数字传感器与AI平台为认知工具，经历结构化探究历程，深度建构科学概念。

课后创践阶：依托传感器开展主题拓展课程或项目实践，将知识与能力迁移应用于真实情境。

第一环：情境测需。创设真实问题情境，暴露学生前概念，明确探究问题。

第二环：数采实证。学生动手操控数字传感器，精确采集实验数据，平台自动生成动态曲线图、柱状图，实现数据采集精准化、呈现直观化。

第三环：建构迁移。师生共同总结科学规律，形成概念模型，运用结论解释新现象，达成意义建构。

第四环：AI析辩。利用平台AI思辨助手，根据实时数据构建问题链，引领学生分析证据、展开论证、修正观点，将思维引向深处。

拓实验：布置可用传感器在家或校园完成的进阶实验，巩固技能。

拓课程：充分结合地域特色进行灵活创设，孵化彰显本校特色的精品拓展课程群。

在“342”模式中，“三阶”是贯穿学习始终的教学主线，完善并强化了学生的意义建构过程，而“四环”探究作为课中探究阶的核心，落实了循证学习。

（1）温度传感器——《制作保温杯》教学实践

《制作保温杯》一课要求学生对比不同保温结构的隔热效果，理解热量散失的规律。在课前感知阶，教师发布保温杯设计任务，学生利用微课预学温度传感器使用方法。在课中探究阶，平台自动识别各组保温设计图纸，快速开展评价、给出优化建议。学生在明确保温杯优化任务要求后，利用温度传感器进行自制保温杯的保温效果观测。AI科学实验平台自动实时采集水温数据，并同步生成多条“温度一时间”对比曲线图。学生清晰地看到：保温结构更完善的容器，水温下降速度更平缓；简易无隔热设计的容器，水温快速走低。在建立“隔热材料能减缓热量散失”这一抽象概念后，学生在课后创践阶自制保温杯，巩固学习成果。

（2）声音传感器——《声音的高低》教学实践

《声音的高低》一课的核心概念是“声音的高低和物体振动的快慢有关”。在课前感知阶，学生从鸟鸣和老牛的叫声出发，建立音高的前概念，预先思考音高的影响因素。在课中探究阶，学生敲击音高变化更加明显的铝片琴，感知不同的音高，在产生认知冲突后明确本节课的探究任务。紧接着学生多次敲击不同长度和粗细的金属管，观察数据平台中的声音的波形图与物体振动频率数据，进行猜想验证，建立“音调与物体振动快慢有关：大、粗、长的物体振动得慢，声音低；小、短、细的物体振动得快，声音高”的概念。在课后创践阶，学生依托“数字音乐会”这一拓展课程，亲手打造乐器，在班级中进行演奏。