摘要：在小學科學教育領域，長周期探究活動因其復雜性和持續性而構成教學挑戰。教師以“蠶的一生”為例，采用精準建模教學方法，基于兒童立場，運用數字技術，借助圖像建模、實物建模和思維建模，有效解決了教學難題。該方法的創新之處在于逆向設計和數智支架的運用，促進了學生科學思維和核心素養的發展。實踐表明，精準建模教學能顯著提升學生的有意義學習，提高學生科學思維能力和學科素養。關鍵詞：數字化教學；小學科學；長周期活動；精準建模教學成尚榮先生提出“兒童立場”的教育理念，即教育應將兒童放在最重要的位置，兒童不僅是教育對象，更是教育主體?！读x務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）亦突出了育人導向，強調對學生科學思維和核心素養的培養。在小學科學教育領域，長周期探究活動常成為教學難題?！靶Q的一生”作為典型案例，其教學時長近兩月，學生易出現學習興趣下降、記錄中斷等問題。筆者提出逆向設計和精準建模的教學方法（如圖1），旨在有效運用模型解決長周期科學探究活動中的難題，促進學生的有意義學習和科學思維的發展。一、基于兒童：設立目標，找準教學起點精準建模教學的核心在于堅持兒童立場導向，即教學目標的設定需遵循兒童的認知規律。課標為教學提供了核心概念和跨學科概念的指導，而“蠶的一生”單元則基于對蠶生長變化情況的觀察，幫助學生建立生命周期模型。（一）依據課標明確教學目標“蠶的一生”單元的教學目標需基于課標，明確教材編寫意圖和目標定位。該單元涉及的核心概念為“生命的延續與進化”，跨學科概念為“系統與模型”。教材以大單元理念設計結構與內容。筆者根據課標梳理出兩條主線：第一條主線以觀察“蠶的一生”為研究載體，親歷蠶的生長變化和生命周期現象；第二條主線延伸到對其他動物的認識，遵循“從個別到一般，從個性到共性”的認知規律，最終幫助兒童建立生命周期模型。（二）考慮典型困難調整目標長周期探究活動中存在有效探究難、學生堅持難等問題。因此，教學目標需根據實際困難調整，側重于激發學生對長期觀察的興趣，培養學生細致探究和量化觀察的能力。對“蠶的一生”單元而言，飼養小動物是學生興趣度極高的科學實踐活動，且早在一年級學習“動物”單元知識時就有過觀察蝸牛、魚等常見動物的經驗。但均僅涉及1課時的短期觀察。參與像“蠶的一生”這樣貫穿整個單元的觀察活動，尚屬首次。這對于三年級學生來說，在耐心、毅力與科學綜合素養方面都存在很大的挑戰。因此，開展長周期系統觀察活動需根據實際情況再度調整教學目標，應側重“對長期觀察興趣的激發，細致探究、量化觀察、連貫記錄能力的培養”。（三）結合學情基礎優化目標科學教學應針對學生的不懂、模糊和易出錯之處進行教學[1]。教師基于前測問卷和調查數據統計分析情況，優化教學目標，引導學生將生活經驗與科學知識關聯，自主歸納、整理、內化，成為方法的構建者和規律的發現者。例如，利用釘釘前測問卷、調查數據進行統計分析，摸清學情。筆者發現所調研的浙江地區幾乎所有學生都有過養蠶或見過別人養蠶。鑒于此，筆者優化修正教學目標，使其側重于“引導學生將生活經驗與科學知識關聯，親歷思維過程，自主歸納、整理、內化，成為方法和規律的發現者”。二、逆向設計：精準建模，突破教學難點筆者開展精準建模教學設計，堅持數智導向，即在教學過程中深度融合信息技術，準確把握教學目標、內容；科學選擇教學方法、支架；輔以數智精準評價，最終使課堂“典型困難”問題得以完美解決。（一）圖像建模：利用信息技術助力思維發展圖像建模，即借助圖片或立體繪圖、視頻呈現科學現象、探尋規律，搭建概念轉化的“腳手架”。圖像建模也是最生動、直觀的建模方式，在聯想與具象之間，訓練學生的抽象思維[2]。1.以終為始，轉換教學理念第一，預期結果。以“蠶的一生”單元為例，筆者在單元第一課“迎接蠶寶寶的到來”實驗教學中就提出了驅動任務：為蠶寶寶建個家。第二，結果導向。精準提問：在這個“家”里貫穿單元始終的有哪些學習活動？要完成哪些學習任務？學生研讀教材發現，需要飼養蠶、觀察蠶、記錄變化。第三，以終為始。精準重構任務：如何為蠶建一個適合生存、便于觀察的“家”？2.關注需求，優化實踐路徑經過學生審辯思考，引發矛盾：現有的蠶盒（家）功能單一、糞便清理不便、觀察工具無處收納、觀察角度局限、飼養環境無法監測、溫濕度不能調節……不能滿足精準探究需求。于是，“搭建一個智能蠶盒”的想法應運而生。筆者順勢關注學生需求，提供豐富材料支架和軟件支架，利用學生自驅力，精準激發探究興趣。3.繪制草圖，軟件精準建模課標建議，教師應利用信息技術這一輔助手段，幫助學生直觀便捷地習得知識。筆者讓學生手繪草圖，交流討論，尋求解決方案。在此基礎上，引入Soliderworks軟件，指導學生精準建模，優化設計圖。（二）實物建模：利用技術支架突破教學局限實物建模是常用的建模方法。教師引領學生按照設計圖紙，利用實物搭建可視化的實驗模型，能高效實現知識可視化、突破教學難點。利用“技術支架”賦能實物建模，能有效解決教學痛點。以“蠶的一生”單元實物建模為例，該“長周期科學探究活動”中，普遍存在實驗數據不夠精準、實驗記錄容易缺失、長期觀察缺乏吸引力造成熱情逐漸消減等諸多問題，影響學生思維發展。1.用“智能模塊”精準監測基于“長周期實驗教學”的真實需求，筆者讓學生在實物建模過程中將蠶盒融合“環境監測智能模塊”的精準監測（見表1）與傳統塑料蠶盒相比，利用單片機編程達成精準采集實驗環境數據的目標。同時，為學生提供數字化支架，解決蠶飼養環境難以精準監測的問題。2.用“觀察模塊”精準探究筆者利用實物模型的“觀察模塊”將實證意識貫穿科學教學中，尊重事實，捕捉關鍵信息（見表2）。倉體明確分區，包含飼養區、結繭區、儲藏區、觀察盒、智控室、記錄室6大功能區域，并配有攝像頭等配件。一方面，用全天候可夜視攝像頭精準聚焦蠶的成長全歷程，做好影像、圖像數據處理，培養學生的理性思維；另一方面，將創新觀察盒與多面放大鏡高效組合，并配以測量標尺，多維合一解決觀察困難典型問題，彌補長期記錄缺失、觀察角度單一等不足。利用其儲存功能還能隨時回看、調取查看錯過的蠶的生命周期特點，助力學生全程可視化精準探究。3.用“自主模塊”精準記錄在長周期探究活動中，學生需要做近2個月的觀察記錄，極易半途而廢。實物模型中配備的“自主記錄模塊（迷你打印機、電子攝像頭等）”具有極強時代性和吸引力。一方面，學生用攝像頭實時拍照、打印，并將其及時貼至觀察手賬，激發了興趣，增強了耐心與毅力，獲得關于蠶的連續而豐富的成長數據。另一方面，與“紙質記錄手賬”不同，“電子記錄手賬”更為形象，且電子設備存儲的實驗記錄不易缺失。在研究具體問題時，學生能精準記錄并進行數據分析，抓住科學探究的本質。（三）思維建模：關聯數據實現知識內化與遷移圖像建模和實物建模都是依托外部資源建構的學習方式，若要真正實現自我認知的建構和知識的可視化，應逐步內化為思維建模。實物建模和圖像建模主要是對知識進行獲取和記憶。那么，思維建模便指向對知識的理解、應用及遷移。1.歸納概括，引導思維進階筆者幫助學生建構知識網絡、整合知識結構，并熟練應用知識，進而提高學生從整體上理解和應用知識的能力。筆者讓學生親歷養蠶活動始終，以多種方法觀察記錄，以多種方式參與活動，對單元知識進行歸類、整理，使之系統化。筆者引導學生持續記錄形成數據脈絡，順勢厘清“蠶的一生”生命周期，進而過渡到其他“動物的一生”，全面達成教學目標，幫助學生實現思維進階。2.深化建模，促進思維遷移筆者借助思維模型，引導學生深度學習，從不同角度思考、分析問題，提出新穎而有價值的觀點和解決問題的有效方法。例如，在執教“蠶的一生”單元時，筆者引導學生對知識（體系）進行遷移：菜粉蝶也有與蠶類似的生命周期、不同的動物有不同的生命周期等。同時，促進建模能力的遷移（學生對核心實物模型“蠶的一生”智能觀察倉有新的思考與迭代）：用量筒和濕度控制模塊自制“霧化器”代替原有的桌面加濕器，制作不同孔徑的除沙板，這樣更顯智能，使得除沙更便捷。三、精準布點：大數據監測，建立評價體系教師開展基于長周期活動的精準建模教學評價，應精準布點，服務每個學生的可持續發展。隨著教育現代化的推進，“數據”開啟了精準建模教學評價的全新探索路徑。教師應利用數據分析的優勢，讓評價關注每個學生、促進每個學生、與每個學生對話，保障評價的科學性、全面性、精準性，開辟更廣闊的空間。（一）布點成鏈：日常記錄，精準增強評價信度教師可布點成鏈提高評價信度。教師日常記錄（學習式評價）信息應注重對學生學科關鍵知識和關鍵能力的監測，提高信度?？梢劳小皢柧硇恰边M行當日學科情況及時反饋，實行一生一檔、一日一記。教師記錄每天的數據，布點成線，堅持興趣導向，凸顯智力價值，以“人”為本，支持學生自主探索，追尋從不會到會的意義。（二）梯式拔節：沉淀數據，精準增加評價效度教師可梯式拔節提高評價效度。階段監測（增值式評價）應注重對學生學科綜合能力的監測。一是基于紙筆練習進行檢測，開展數據統計、水平分析，關注學生學習背后的相關因子，這種監測辦法和機制已相當完善。二是沉淀數據實施檢測，即引入“雷達圖”將學生長周期活動學習過程中的學習及表現情況以細化的評價指標給出不同等級，確立“五邊形”（科學素養、藝術生活、工程技術、社會交往、人文素養）綜合雷達圖，“五邊形”綜合雷達圖的5個分支（科學方法、科學思維、表達交流、創新思維、科學知識）又可形成新的“細化雷達圖”。雷達圖的形成以過程評價數據的錄入為基礎，基于“校訊通”平臺的信息化評價體系自動生成，是對國家綜合評價改革的有效落實。學生利用雷達圖可以剖析短板，這也體現了精準建模的階段性效能。（三）互動成長：實戰檢驗，精準彰顯評價廣度互動成長彰顯評價廣度。實戰檢驗（競技式評價）應注重學生對學科知識的靈活應用和素養的提升。筆者以“標準+挑戰”方式激發學生參與“長周期活動”的內驅力，設立獎項或者晉級制度，讓每個學生不斷進階，觸及自己思維、能力的“天花板”。教師可結合全國、省、市、區、校各級競賽，以賽促評，以評促學。教師可以采用該種方式，根據學生的能力實施“分層性、選擇性、自主性”評價。采取這些措施能給學生更大的發展空間，對培育和挖掘未來高素質人才具有積極意義。四、精準建模教學反思筆者開展小學科學長周期活動和精準建模教學，雖取得一定成果，但也存在不足。在數字化監測養蠶活動等過程中，學生可能過度關注數據，而忽視對動物狀態的觀察。教師在教學中應引導學生平衡數據收集與對生物本身的觀察，促進學生全面發展，提升科學素養。精準建