在AI（人工智能）迅速發(fā)展的今天，科學(xué)教育正面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)?？茖W(xué)教師需要敏感地意識(shí)到，沿用牛頓和達(dá)爾文時(shí)代的實(shí)驗(yàn)工具和思維方式，已無(wú)法滿足培養(yǎng)未來(lái)科學(xué)創(chuàng)新人才的需要。為此，我們可以從以下三個(gè)視角對(duì)科學(xué)教育進(jìn)行創(chuàng)新探索。

　　重構(gòu)實(shí)驗(yàn)方式：

　　數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與虛擬模擬實(shí)驗(yàn)融合

　　在科學(xué)課堂里，彈簧秤、玻璃管酒精溫度計(jì)等古老的、精度差的測(cè)量工具依然還在使用，顯微鏡觀察還在使用手繪的方式做記錄。而在AI時(shí)代，數(shù)字化的科學(xué)工具已相當(dāng)廉價(jià)易得，學(xué)生完全可以使用新工具去做新的實(shí)驗(yàn)探究。不用教，學(xué)生就會(huì)用平板電腦或手機(jī)將顯微鏡中的微生物拍攝清楚；教師還可利用手機(jī)或平板電腦中的光傳感器APP，讓學(xué)生測(cè)量不同光照強(qiáng)度下溫度的變化、瞳孔大小的變化等。

　　有了新的研究工具，做簡(jiǎn)單電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生先思考如何連接電路小燈泡才能亮，然后用PhET模擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)站上免費(fèi)開(kāi)源的軟件模擬連接電路，看是否符合自己的預(yù)想，再通過(guò)真實(shí)的電路連接去驗(yàn)證。這種從理論建模到軟件模擬再到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，正是現(xiàn)代科學(xué)研究的方式。

　　至于小學(xué)天文課程，教師可以讓學(xué)生利用免費(fèi)的虛擬天文館（Stellarium）電腦軟件和APP，自己模擬日食、月食甚至火星上的日食月食的發(fā)生過(guò)程，進(jìn)而了解太陽(yáng)、行星及其衛(wèi)星三者之間的空間關(guān)系。這種沉浸式體驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生探究天文奧秘的興趣。

　　通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與虛擬模擬實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，我們?yōu)閷W(xué)生搭建了成本低廉而又充滿體驗(yàn)感的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

　　重構(gòu)思維方式：

　　數(shù)據(jù)思維與批判性思維的提升

　　實(shí)驗(yàn)方式的重構(gòu)帶來(lái)了科學(xué)思維的優(yōu)化。傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)課堂缺乏必要的數(shù)據(jù)分析和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的質(zhì)疑，而AI是建立在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，這就要求科學(xué)教師在教學(xué)中強(qiáng)化提升學(xué)生的數(shù)據(jù)思維和批判性思維。

　　以“設(shè)計(jì)隔音裝置”為例，學(xué)生利用手機(jī)或平板電腦中的分貝儀，收集不同材料的隔音效果數(shù)據(jù)。教師引導(dǎo)學(xué)生討論數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，嘗試提出假設(shè)，并預(yù)測(cè)不同條件下可能出現(xiàn)的變化，從而培養(yǎng)他們從數(shù)據(jù)中提取信息、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力。在實(shí)驗(yàn)探究中，教師不斷通過(guò)提問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論進(jìn)行批判性思考，學(xué)會(huì)提出疑問(wèn)并加以驗(yàn)證。比如，在測(cè)量音量時(shí)，可能會(huì)遇到數(shù)據(jù)波動(dòng)較大的情況，教師要引導(dǎo)學(xué)生形成反思審查的習(xí)慣：這種波動(dòng)是否由實(shí)驗(yàn)環(huán)境噪聲、儀器誤差或操作不當(dāng)造成？而后進(jìn)一步討論如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或重復(fù)測(cè)量。通過(guò)這樣的質(zhì)疑和反思過(guò)程，教師不僅能引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注結(jié)果，更會(huì)重視過(guò)程中的合理性和數(shù)據(jù)的可信度。

　　重構(gòu)教學(xué)模式：

　　以真問(wèn)題為核心的自主探究

　　傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)教學(xué)缺乏真正意義上的自主探究，而以真問(wèn)題為核心的教學(xué)模式，則要求教師設(shè)計(jì)貼近生活、具有真實(shí)性和挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生自主探索和合作解決問(wèn)題。

　　比如，面對(duì)“看誰(shuí)設(shè)計(jì)的電磁鐵磁力大”這一問(wèn)題，教師為避免作品雷同，不再為學(xué)生統(tǒng)一提供標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)材料，而是鼓勵(lì)學(xué)生把各種材料都拿來(lái)做導(dǎo)線和鐵芯，甚至包括不銹鋼水壺。雖然這樣測(cè)不出磁力，但學(xué)生收獲了失敗的快樂(lè)。而在圍繞“看誰(shuí)的土豆船裝載的硬幣多”這一問(wèn)題開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生用大土豆制作的船反被中等土豆的船超越，因?yàn)榇笸炼剐螤畈灰?guī)則，難以把里面的肉都挖空，反而因?yàn)樘囟谘b載少量的硬幣后就沉沒(méi)了……這樣的自主探究過(guò)程全由學(xué)生掌控，鍛煉了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力。學(xué)生獲取的隱性知識(shí)經(jīng)驗(yàn)更豐富，其創(chuàng)造力也得以凸顯。

　　在AI時(shí)代，小學(xué)科學(xué)教育的優(yōu)化重構(gòu)是推動(dòng)教育創(chuàng)新的必由之路。與時(shí)俱進(jìn)、不斷創(chuàng)新，我們才能高起點(diǎn)高質(zhì)量地落實(shí)小學(xué)科學(xué)教育，助力我國(guó)科技人才的培養(yǎng)。

　?。ㄗ髡呦瞪钲谑旋垗弲^(qū)深圳中學(xué)龍崗學(xué)校［集團(tuán)］依山郡小學(xué)科學(xué)特級(jí)、正高級(jí)教師，廣東省中小學(xué)名教師工作室主持人［科學(xué)學(xué)科］）

《中國(guó)教育報(bào)》2025年06月26日 第03版