一、為何結(jié)合：理解信息技術(shù)與科學(xué)探究的內(nèi)在邏輯演講人為何結(jié)合：理解信息技術(shù)與科學(xué)探究的內(nèi)在邏輯01如何結(jié)合：構(gòu)建“工具-活動-評價”三位一體的實施框架02實踐案例：以“電路”單元為例的完整課例03目錄2025小學(xué)四年級科學(xué)下冊信息技術(shù)與科學(xué)探究結(jié)合課件前言：當科技之光照亮科學(xué)探究的童年作為一名深耕小學(xué)科學(xué)教育十余年的一線教師，我始終記得2018年那個春天：帶四年級學(xué)生觀察鳳仙花生長時，孩子們舉著放大鏡蹲在花壇邊記錄，卻因連續(xù)陰雨無法每天測量莖的高度，最終只能用模糊的手繪草圖完成報告。那時我就在想：如果能有更便捷的工具幫助孩子跨越時間與空間的限制，科學(xué)探究的種子是否能在他們心中扎根更深？隨著《義務(wù)教育科學(xué)課程標準（2022年版）》明確提出“注重用真實問題情境驅(qū)動科學(xué)探究，支持學(xué)生運用信息技術(shù)工具收集、整理、分析數(shù)據(jù)”，以及2023年“教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動”的深入推進，信息技術(shù)與科學(xué)探究的深度融合已從“可選工具”變?yōu)椤氨貍淠芰Α?。今天，我將結(jié)合四年級科學(xué)下冊教材（以教科版為例），從“為何結(jié)合”“如何結(jié)合”“實踐案例”三個維度，與各位同仁共同探討這一主題。01為何結(jié)合：理解信息技術(shù)與科學(xué)探究的內(nèi)在邏輯1新課標要求：從“技能補充”到“素養(yǎng)融合”的轉(zhuǎn)變《義務(wù)教育科學(xué)課程標準（2022年版）》在“課程理念”中明確指出：“注重支持學(xué)生運用信息技術(shù)與工程技術(shù)的工具、方法和資源，發(fā)展實踐能力和創(chuàng)新意識?！彼哪昙壸鳛榭茖W(xué)探究能力發(fā)展的關(guān)鍵期（課標中“科學(xué)探究”維度要求學(xué)生“能基于觀察提出可探究的科學(xué)問題，能用簡單的工具和方法收集數(shù)據(jù)”），信息技術(shù)的介入恰好能解決傳統(tǒng)探究中的三大痛點：時間限制：如“植物的生長變化”單元需長期觀察，傳統(tǒng)記錄易中斷；數(shù)據(jù)精度：“測量力的大小”實驗中，彈簧測力計讀數(shù)易受人為誤差影響；表達局限：“巖石與土壤”單元中，學(xué)生對礦物光澤的描述常停留在“亮”“暗”等模糊表述。1新課標要求：從“技能補充”到“素養(yǎng)融合”的轉(zhuǎn)變以“天氣”單元為例，課標要求學(xué)生“能用溫度計、雨量器等工具測量并記錄天氣數(shù)據(jù)”，若結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)氣象站，學(xué)生不僅能實時獲取溫度、濕度、風(fēng)速等多維度數(shù)據(jù)，還能通過云端數(shù)據(jù)庫對比不同地區(qū)的天氣變化，探究“海陸熱力性質(zhì)差異”的初步原理——這正是“用技術(shù)拓展探究深度”的典型體現(xiàn)。2學(xué)生認知特點：數(shù)字原住民的學(xué)習(xí)需求四年級學(xué)生（9-10歲）是“數(shù)字原住民”，日均接觸電子設(shè)備時長約2.5小時（2023年《中國兒童青少年媒介接觸與使用報告》數(shù)據(jù)）。他們對平板電腦、編程工具、虛擬仿真軟件的操作遠快于傳統(tǒng)實驗器材，但也存在“重操作、輕思考”的傾向。我曾做過對比實驗：在“電路”單元教學(xué)中，一組用實物導(dǎo)線、電池組裝簡單電路，另一組先用“PhET虛擬電路實驗室”模擬連接。后者在“短路會燒毀電池”的理解上更快（78%學(xué)生能解釋原因），但在“為什么導(dǎo)線要連接正負極”的深層追問中，前者（62%）反而表現(xiàn)更優(yōu)。這說明：信息技術(shù)不是替代，而是“先模擬建立表象，再實踐深化理解”的腳手架。3技術(shù)發(fā)展趨勢：從“輔助展示”到“深度交互”的升級過去十年，教育信息技術(shù)經(jīng)歷了三次迭代：1.0時代（2010-2015）：PPT展示實驗視頻；2.0時代（2016-2020）：希沃白板互動課件、虛擬實驗平臺；3.0時代（2021至今）：傳感器數(shù)據(jù)采集、AI圖像識別、3D建模與編程聯(lián)動。以“聲音的產(chǎn)生”單元為例，傳統(tǒng)教學(xué)用音叉敲擊后觀察乒乓球振動，而借助“Arduino聲音傳感器+圖形化編程”，學(xué)生可實時觀測聲波波形圖，對比敲擊不同力度時振幅的變化，甚至用Scratch編程設(shè)計“聲音可視化”小游戲——技術(shù)從“展示者”變?yōu)椤疤骄炕锇椤?，學(xué)生的思維也從“觀察現(xiàn)象”轉(zhuǎn)向“分析數(shù)據(jù)、建立模型”。02如何結(jié)合：構(gòu)建“工具-活動-評價”三位一體的實施框架1工具選擇：匹配探究目標的“技術(shù)工具箱”四年級科學(xué)下冊涉及“植物的生長變化”“電路”“巖石與土壤”“天氣”四大單元，需根據(jù)不同探究類型選擇工具（見表1）：|探究類型|典型任務(wù)|適用工具|工具作用||----------------|---------------------------|--------------------------------------------------------------------------|--------------------------------------------------------------------------||長期觀察類|記錄鳳仙花生長數(shù)據(jù)|物聯(lián)網(wǎng)植物生長監(jiān)測儀（溫濕度/光照傳感器）、在線觀察日記平臺（如班級小管家）|自動采集數(shù)據(jù)，避免中斷；云端存儲便于回顧對比|1工具選擇：匹配探究目標的“技術(shù)工具箱”|數(shù)據(jù)測量類|測量電路中的電流大小|數(shù)字電流表（帶藍牙傳輸功能）、Excel表格（手機端）|減少讀數(shù)誤差；自動生成折線圖，直觀呈現(xiàn)變量關(guān)系|01|結(jié)構(gòu)觀察類|觀察巖石的礦物組成|顯微鏡攝像頭（連接平板）、“巖石識別”AI小程序（如“形色”教育版）|放大微觀結(jié)構(gòu)；AI輔助識別礦物種類，降低專業(yè)門檻|02|模擬實驗類|模擬不同土壤的滲水性|“PhET虛擬實驗室”土壤模塊、Scratch編程（自制滲水性模擬程序）|控制單一變量（如土壤顆粒大?。豢梢暬尸F(xiàn)實驗結(jié)果，突破材料限制|03|成果展示類|匯報“天氣日歷”研究成果|思維導(dǎo)圖工具（XMind學(xué)生版）、短視頻制作軟件（剪映兒童模式）|梳理邏輯關(guān)系；用短視頻動態(tài)展示數(shù)據(jù)變化，增強表達感染力|041工具選擇：匹配探究目標的“技術(shù)工具箱”注意事項：工具選擇需遵循“三適原則”——適合年齡（操作復(fù)雜度不超過10分鐘學(xué)習(xí)曲線）、適合目標（不為用技術(shù)而用技術(shù)）、適合場景（如戶外觀察優(yōu)先用便攜傳感器，室內(nèi)實驗可用固定設(shè)備）。我曾在“天氣”單元嘗試讓學(xué)生用手機APP“彩云天氣”獲取實時數(shù)據(jù)，但部分學(xué)生因沉迷查看未來一周預(yù)報而偏離探究主題，后調(diào)整為“教師提前下載30天本地天氣數(shù)據(jù)，學(xué)生僅分析給定時間段”，效果顯著提升。2活動設(shè)計：從“技術(shù)應(yīng)用”到“思維進階”的階梯式任務(wù)以“植物的生長變化”單元（第1-7課）為例，設(shè)計“觀察-記錄-分析-建?！彼碾A段活動，將信息技術(shù)融入每個環(huán)節(jié)：2.2.1第一階段：問題驅(qū)動——用多媒體激發(fā)探究興趣（第1課）活動目標：提出可探究的科學(xué)問題，建立長期觀察意識。技術(shù)應(yīng)用：播放延時攝影《種子的萌發(fā)》（1分鐘呈現(xiàn)7天生長過程），展示學(xué)生去年種植鳳仙花的失敗案例視頻（如因澆水過多爛根）。學(xué)生任務(wù)：觀看后小組討論“種子萌發(fā)需要哪些條件？”“如何避免種植失敗？”，用“騰訊文檔”實時記錄問題（如“光照不足會影響發(fā)芽嗎？”“土壤酸堿度重要嗎？”），教師篩選出3個可探究問題（如“水、空氣、溫度對種子萌發(fā)的影響”）。2活動設(shè)計：從“技術(shù)應(yīng)用”到“思維進階”的階梯式任務(wù)2.2.2第二階段：數(shù)據(jù)采集——用傳感器提升記錄精度（第2-4課）活動目標：學(xué)會使用工具收集數(shù)據(jù)，理解變量控制。技術(shù)應(yīng)用：為每組發(fā)放“植物生長監(jiān)測儀”（含溫濕度、光照強度傳感器），連接班級Wi-Fi后數(shù)據(jù)自動同步至“班級科學(xué)云平臺”；同時提供傳統(tǒng)記錄卡（手繪高度、葉片數(shù)）。學(xué)生任務(wù)：每天固定時間（如早晨8點）查看云平臺數(shù)據(jù)，對比傳感器記錄的土壤濕度（0-100%）與傳統(tǒng)“用手摸干濕”的差異，討論“為什么傳感器數(shù)據(jù)更可靠？”“如果連續(xù)雨天傳感器顯示濕度90%，我們需要澆水嗎？”2活動設(shè)計：從“技術(shù)應(yīng)用”到“思維進階”的階梯式任務(wù)2.2.3第三階段：數(shù)據(jù)分析——用圖表工具揭示規(guī)律（第5-6課）活動目標：能整理數(shù)據(jù)并得出結(jié)論，發(fā)展實證意識。技術(shù)應(yīng)用：云平臺自動生成“高度-時間”“葉面積-光照強度”折線圖；提供Excel模板（已預(yù)設(shè)公式），學(xué)生導(dǎo)入數(shù)據(jù)后可對比不同組的實驗結(jié)果。學(xué)生任務(wù)：觀察折線圖，小組討論“哪幾天生長最快？可能與哪些因素有關(guān)？”（如發(fā)現(xiàn)第15天雨后生長加速，對應(yīng)傳感器記錄的濕度85%、溫度25℃）；用“思維導(dǎo)圖”梳理“影響植物生長的因素”（如水分、光照、溫度、土壤），標注數(shù)據(jù)支持的結(jié)論（如“當溫度低于15℃時，高度增長速率下降40%”）。2活動設(shè)計：從“技術(shù)應(yīng)用”到“思維進階”的階梯式任務(wù)2.2.4第四階段：模型建構(gòu)——用編程模擬深化理解（第7課）活動目標：能用簡單模型解釋現(xiàn)象，發(fā)展創(chuàng)新思維。技術(shù)應(yīng)用：提供Scratch編程模板（含“種子”“水分”“溫度”角色），學(xué)生通過調(diào)整參數(shù)（如水分滑塊設(shè)為0-100）觀察“虛擬種子”的萌發(fā)狀態(tài)（如水分＜30%不發(fā)芽，30-80%發(fā)芽，＞80%爛根）。學(xué)生任務(wù)：小組合作修改程序，增加“光照”變量（如光照＜2小時生長緩慢），并用短視頻錄制“虛擬鳳仙花28天生長過程”，在班級共享平臺播放，其他組猜測“他們設(shè)置了哪些參數(shù)？”3評價方式：從“結(jié)果評價”到“過程追蹤”的多元反饋傳統(tǒng)科學(xué)探究評價常以“實驗報告是否完整”“結(jié)論是否正確”為標準，而信息技術(shù)的介入可實現(xiàn)“全流程數(shù)據(jù)留痕”，具體策略包括：過程性評價：通過云平臺查看學(xué)生登錄次數(shù)、數(shù)據(jù)記錄時間（判斷是否堅持觀察）、討論區(qū)發(fā)言質(zhì)量（如“我發(fā)現(xiàn)第10天數(shù)據(jù)異常，可能是傳感器被遮擋”比“數(shù)據(jù)正?！备呖茖W(xué)思維）；表現(xiàn)性評價：用“班級優(yōu)化大師”記錄小組合作中的技術(shù)使用能力（如是否能獨立操作傳感器、是否會用圖表分析數(shù)據(jù)）；反思性評價：學(xué)生通過“問卷星”填寫《我的探究成長卡》，自評“我學(xué)會了用____工具解決____問題”“下次我會改進____”，教師結(jié)合數(shù)據(jù)生成個性化評語（如“你對傳感器異常數(shù)據(jù)的分析很專業(yè)，像個小科學(xué)家！”）。3評價方式：從“結(jié)果評價”到“過程追蹤”的多元反饋我曾在“電路”單元嘗試用“希沃白板”的“課堂活動”功能設(shè)計闖關(guān)游戲（如“幫小燈泡亮起來”拖拽題），學(xué)生正確率從傳統(tǒng)教學(xué)的65%提升至89%，但更重要的是，后臺數(shù)據(jù)顯示：82%的學(xué)生在“錯誤嘗試”環(huán)節(jié)停留超過2分鐘（如故意連接短路電路觀察現(xiàn)象），這正是“在試錯中探究”的科學(xué)精神體現(xiàn)。03實踐案例：以“電路”單元為例的完整課例1教材分析與學(xué)情定位“電路”是四年級下冊第二單元，核心是“理解電的路徑”，學(xué)生已通過“生活中的電”一課認識了電池、導(dǎo)線等元件，但對“閉合回路”的理解停留在表象（如“只要連接就能亮”）。結(jié)合信息技術(shù)，可設(shè)計“從虛擬到實物，從現(xiàn)象到本質(zhì)”的探究路徑。2教學(xué)目標科學(xué)觀念：知道電路是由電源、用電器、導(dǎo)線等組成的閉合回路，短路會損壞電源；科學(xué)思維：能通過對比實驗（虛擬與實物）分析電路故障原因；探究實踐：會使用虛擬電路軟件和實物器材組裝簡單電路；態(tài)度責(zé)任：體會技術(shù)工具對科學(xué)探究的支持作用，養(yǎng)成嚴謹?shù)膶嶒灹?xí)慣。010302043教學(xué)過程設(shè)計（3課時）課時：虛擬探究——建立電路的初步模型導(dǎo)入：播放動畫《小燈泡的煩惱》（擬人化小燈泡因電路斷開不亮），提問“怎樣讓小燈泡亮起來？”；虛擬實驗：使用“PhET電路構(gòu)建工具”（網(wǎng)頁版，無需安裝），學(xué)生拖動電池、導(dǎo)線、小燈泡組裝電路，記錄“成功亮”和“失敗不亮”的連接方式（教師后臺收集典型錯誤：如導(dǎo)線只連電池一端、燈泡未連接兩個連接點）；討論：展示學(xué)生的成功/失敗截圖，引導(dǎo)歸納“閉合回路”概念（電流從電池正極出發(fā)，經(jīng)過導(dǎo)線、燈泡，回到負極）；拓展：嘗試“添加開關(guān)”“并聯(lián)另一個燈泡”，觀察現(xiàn)象，提問“如果去掉開關(guān)會怎樣？”（為下節(jié)課短路教學(xué)鋪墊）。3教學(xué)過程設(shè)計（3課時）課時：虛擬探究——建立電路的初步模型第2課時：實物操作——驗證模型并探究故障任務(wù)1：用實物器材（電池、導(dǎo)線、小燈泡、開關(guān)）組裝“能控制小燈泡亮滅”的電路，記錄連接方式（拍照上傳云平臺）；任務(wù)2：故意設(shè)置故障（如導(dǎo)線內(nèi)部斷裂、燈泡燈絲損壞），學(xué)生用“數(shù)字萬用表”檢測電壓（教師提前培訓(xùn)簡單操作），結(jié)合云平臺上的虛擬電路截圖對比，分析故障原因（如“虛擬電路中電壓正常，實物檢測無電壓，可能導(dǎo)線斷了”）；任務(wù)3：挑戰(zhàn)“短路實驗”（教師演示，學(xué)生觀察）：用導(dǎo)線直接連接電池正負極，觸摸導(dǎo)線溫度變化（注意安全！時間不超過3秒），結(jié)合虛擬電路中“電流過大”的提示，理解“短路會燒毀電池”的原理。3教學(xué)過程設(shè)計（3課時）課時：虛擬探究——建立電路的初步模型第3課時：創(chuàng)新設(shè)計——用編程模擬復(fù)雜電路任務(wù)1：用Scratch設(shè)計“電路小管家”程序：點擊“開關(guān)”角色，控制“燈泡”角色的亮滅（代碼示例：當點擊開關(guān)，燈泡切換造型為“亮”或“滅”）；任務(wù)2：小組合作添加“電池電量”角色（電量從100%遞減，短路時電量驟降），用“廣播”功能實現(xiàn)“電量過低時燈泡自動熄滅”；展示評價：各小組演示程序，其他組用“評價量表”（含“邏輯是否正確”“創(chuàng)意是否獨特”“解釋是否清晰”）打分，教師總結(jié)“編程不僅是技術(shù)，更是用代碼表達科學(xué)原理的方式”。4教學(xué)反思課后調(diào)查顯示：92%的學(xué)生能準確畫出簡單電路的閉合回路圖（傳統(tǒng)教學(xué)為75%），85%的學(xué)生表示“喜歡用虛擬軟件先嘗試，再動手操作”，但也有12%的學(xué)生因過度依賴虛擬實驗，在實物操作中出現(xiàn)“不敢剪斷導(dǎo)線”“不會處理接觸不良”等問題。這提示我們：信息技術(shù)是“前導(dǎo)支架”而非“終極目標”，需始終以“發(fā)展真實探究能力”為核心。結(jié)語：讓信息技術(shù)成為科學(xué)探究的“隱形翅膀”回顧十余年教學(xué)，我見證了從“用相機記錄實驗現(xiàn)象”到“用傳感器采集多維數(shù)據(jù)”的變