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摘要：以数字技术为基础的互动新技术在小学科学课堂的运用，有助于学生深度学习的发生，从而有利于培养学生的分析能力，发展学生的评价能力，提高学生的问题解决能力，促进学生高阶思维能力的发展。
关键词：互动新技术；深度学习；小学科学；高阶思维
中图分类号：G623 文献标志码：A 文章编号：1673-9094（2018）01A-0068-04
小学教育的最终目标是为成就学生的美好人生奠定基础。学术性知识和技能本身并不能够让学生成功地进入职场和社会，学生必须知道如何分析、评判、交流、协作和创造。这就是21世纪的核心素养，包括批判性思维和解决问题的能力、沟通与协作能力、创造与革新能力等。2016年9月发布的《中国学生发展核心素养》的整体框架包括文化基础、自主发展、社会参与三个方面，其中科学精神、学会学习、实践创新等素养与21世纪核心素养不谋而合，可见其重要性。同时，学习者的终身学习能力、自主学习能力和知识创新能力都要以深度学习为基础。[1]深度学习研究的兴起，是当今知识经济、终身教育、优质教育理念对基础教育发展要求的结果，如何促进深度学习和培养学生深度学习能力，将成为未来教育改革发展的重要课题。[2]目前，学生的主要学习方式还是基于课堂的，因此在课堂教学层面如何促进学生进行深度学习是值得各个学科研究的问题。
一、概念解读
（一）互动新技术
互动是一个从社会心理学中引入到教学领域的概念，“互”是交替、交互、相互，“动”是使起作用或影响，在课堂教学领域的互动是指教师与学生、教学内容和教学媒体之间的相互作用和影响，强调信息的多向交流与沟通。本研究提出的互动新技术特指有别于课堂教学中问答、讨论、演示等传统互动技术的，基于交互式电子白板、传感器、虚拟实验等课堂互动技术。
（二）深度学习
“学习科学”将学习分为浅层学习与深度学习，大多数研究者认为，深度学习是相对于浅层学习的一种学习方式。Biggs认为，深度学习包含高水平或者主动的认知加工[3]；Beattie、Collins和Meinnes认为，深度学习方式意味着学生为了理解而学习，表现为对学习内容的批判性理解，注重逻辑关系和结论的证据[4]；国内学者何玲、黎家厚认为，深度学习是指在理解的基础上，学习者能够批判性地学习新的思想和知识，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多的思想间进行联系并能够将已有的知识迁移到新的情景中用以决策和解决问题的学习[5]。结合国内外学者的认识，浅层学习和深度学习的特征如表1。总的来说，深度學习是一种主动学习，是运用高阶思维进行有意义学习。
二、互动新技术与深度学习
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》指出“信息技术对教育发展具有革命性的影响，必须予以高度重视”“要提高教师应用信息技术水平、更新教学观念、改进教学方法、提高教学效果。鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习，增强运用信息技术分析解决问题能力，加快全民信息普及和应用。”
数字技术改变了教育的基本面，它作为深度学习的推动者和工具，开创了深度学习的条件，能把学生投入到深度学习体验中，“促进有意义学习和概念转变”[6]，实现学习、创新和全球协作等新的目标。迈克尔·富兰是加拿大著名的教育学家，他提出深度学习的三大核心要素就包括“使用能加快深度学习过程的数字化工具和资源”[7]。
小学科学课是以培养学生科学素养为核心目标的一门基础课程，在深度学习的理论指导下，科学课堂学习过程在观察、实验的基础上，更应强化学生分析推理、交流评价以及问题解决能力的培养，也就是高阶思维的培养。适当运用交互式电子白板、传感器、iPad等数字化学习工具，可以提供学习认知工具等技术支持，有助于小学生深度学习的发生。
三、互动新技术促进学生高阶思维的发展
高阶思维是发生在较高认知水平的心智活动或较高层次的认知能力，在教育目标分类中表现为分析、综合、评价、创造等较高认知水平的能力。[8]高阶思维是实现深度学习的关键，在小学科学课堂上运用各种互动新技术，有利于促进学生高阶思维的发展。
（一）使用传感器提高实验效率，培养学生分析能力
传统条件下小学科学课的实验教学中存在着比较明显的缺陷，不少实验器材操作过程复杂，导致学生的时间和精力大多都用在操作上，没有充足的时间去分析实验现象、思考问题和推导结论；另一方面，由于实验器材简陋导致实验数据误差较大，只能勉强得出一些定性、模糊的科学结论。长此以往，这样的科学学习既限制了学生实践能力的提高，也阻碍了学生思维的发展。传感器以其精确、智能、易于操作等优势，为学生提供了一个自主探索的平台，给他们展示了更直观、生动的学习内容，大大提高科学探究过程的实效。教师教学设计的重心也就可以从实验操作转变为思维训练。不少传统的小学科学实验因使用了传感器提高了实验的准确率，减少了实验操作的时间（见图1），让学生有更多的时间进行观察、记录和分析，增加学习过程中思维的参与度，真正做到动手能力和思维发展同步发展。
传感器的引入，为定性实验转变为定量实验提供了现实的可能。如小学科学实验“不同物体反射光的能力”在传统条件下是无法开展定量实验的，不同颜色、不同材质的物体反射光的能力不同，只能凭感觉的模糊认识。但通过使用光强传感器和数据收集器进行实验，就将难以观察的实验现象数字化呈现，方便、准确地测量出不同物体反射光能力的数据。在课堂上，学生的时间和精力可以更多地用在记录实验数据、分析数据和得出结论的环节，注重定量研究和统计分析，在建构科学概念的过程中强化高阶思维的训练，提高学生的科学探究能力。在实际的课堂教学中，还有学生因为时间充裕进行了深入的研究，用光强传感器直接测量光源的光强高达5000多Lux，而经过反射光能力最强的金属片反射后，光源的光强也只是3900多Lux。因此，通过分析实验数据，他们得出了新的结论——光并不能全部被反射，在反射的过程中是有损耗的！这样的发现已经远远超出了教材的要求。不难看出，学生的科学实证意识逐步建立起来。此探究过程培养了他们的分析能力，提高了他们的认知水平，如果没有传感器，是难以实现这样的深度学习的。 （二）交互白板实时互动，发展学生评价能力
从学习科学的角度来看，缺失社会互动的纯粹的个体性学习是无法实现真正的、持久的深度学习的。学习者在教师的支持下，实现“新老成员”交互、实质性参与相应的学习共同体，只有当其心理机能从纯粹的认知发展走向意义获得和身份认同的双重发展时，深度学习才真正发生。[9]交互式电子白板具有很强的兼容性，能与iPad、投票器等设备以及各种计算机软件融合应用，给学习者提供协作学习的环境和氛围，在学习过程进行实时互动交流，师生、生生之间共同建构知识，推进学习的深入。
小学科学课经常会开展观察、实验等探究活动，随之而来的就会有学生的观察、实验记录表；有些课堂还会安排学生进行设计活动，那就会有设计图等。传统课堂的交流环节是小组代表逐个到台前进行展示和汇报，而台下的同学往往耐不住性子认真倾听，或者听了后面又忘记前面的，课堂教学进行到了这个环节效果总不太理想。有了交互式电子白板和iPad，这个问题就很容易解决了。电子白板和iPad之间只要安装一个接收器，在WiFi网络环境下，学生的观察、实验记录表或设计图等就可以iPad拍照直接投上屏幕，向其他同学介绍，相互评价，补充完善。而且，技术上可以做到同时展示几个小组的作业，方便同学们进行比较、分析和归纳，更好地建构知识。另外，交互式电子白板还可以跟概念图软件完美融合，在课堂总结的环节应用。师生、生生共同讨论，总结出各知识点之间的联系，建构出知识网络。如小学科学《光的反射》一课，教师就是让学生使用交互式电子白板的移动、书写功能，共同整理出相关知识的概念体系，有力地促进新旧知识的联结和知识构建。
交互式电子白板还可以外接投票器，根据学习内容出示练习题让学生使用投票器作答，正确率实时呈现。学生的学习成效通过交互白板實时反馈，教师可根据情况及时调整接下来的教学内容，提高教学成效；学生也可以了解自己的学习情况，进行自我反思，促进元认知的形成。同时由于技术的引入，学生注意力更集中，提高了学习效率；课堂上的交流变得更及时，交互性更强。在师生、生生充分的讨论交流过程中，学生既要倾听他人的意见，同时也要学会准确地表达自己的观点，其批判性思维、评价能力会得到发展。
（三）虚拟实验模拟实境，提高学生问题解决能力
学习并不是一个孤立的过程，它应该被看作是生活实践的一部分，深度学习往往发生在复杂的实际生活情境中。但在小学科学课的实际教学中，受到时间、空间以及小学生动手能力水平的限制，有部分实验在课堂时间内完成不了，或者干扰实验的因素太多导致实验效果不理想，这些情况都严重制约着学生进行科学探究的兴趣以及解决问题的能力。蔡少明、赵建华认为深度学习需要连接真实世界的、有意义的、面向问题解决的学习任务，教师需要设计这样的学习环境以支持深度学习的发生。[10]
虚拟实验是借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代，甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验的这些优势，对于动手能力不太强的小学生而言，在解决一些复杂问题的过程中能发挥出非常重要的作用。及时反馈的学习效果，也能进一步激发学习者的学习动机，有利于深度学习的开展。
如学生在学习了“光是直线传播的”这个知识点后，教师用虚拟实验创设出一个“光线走迷宫”的情景（见图2），学生通过使用交互式白板或iPad移动镜子的位置，让光线走出迷宫。运用所学知识，学生可以反复尝试不同的方法，发挥创意，体验成功，激发后继研究的兴趣。这个实验如果想在科学课堂上用实物操作，受场地条件和学生动手能力的限制，是难以实现的。
互动新技术运用在小学科学课堂教学中，学生的学习热情、学习内驱力都保持着积极的状态，这种高投入度的情感，也体现了深度学习的特征。“问渠哪得清如许，为有源头活水来。”学会学习是学生需具备的21世纪核心素养之一，深度学习发展着学习者的核心素养。而互动新技术融入课堂教学能培养学生的高阶思维，有助于深度学习的发生。我们期待课堂能真正适应学生终身成长和社会发展需要。
参考文献：
[1]王文静.创新的教育研究范式：基于设计的研究[M].上海：华东师范大学出版社，2011：25.
[2]张浩，吴秀娟，王静.深度学习的目标与评价体系构建[J].中国电化教育，2014（7）.
[3]Biggs J.B.Individual differences in the study process and the quality of learning outcomes[J]. Higher Education， 1979（8）.
[4]Beattie V.，Collins，B.
关键词：互动新技术；深度学习；小学科学；高阶思维
中图分类号：G623 文献标志码：A 文章编号：1673-9094（2018）01A-0068-04
小学教育的最终目标是为成就学生的美好人生奠定基础。学术性知识和技能本身并不能够让学生成功地进入职场和社会，学生必须知道如何分析、评判、交流、协作和创造。这就是21世纪的核心素养，包括批判性思维和解决问题的能力、沟通与协作能力、创造与革新能力等。2016年9月发布的《中国学生发展核心素养》的整体框架包括文化基础、自主发展、社会参与三个方面，其中科学精神、学会学习、实践创新等素养与21世纪核心素养不谋而合，可见其重要性。同时，学习者的终身学习能力、自主学习能力和知识创新能力都要以深度学习为基础。[1]深度学习研究的兴起，是当今知识经济、终身教育、优质教育理念对基础教育发展要求的结果，如何促进深度学习和培养学生深度学习能力，将成为未来教育改革发展的重要课题。[2]目前，学生的主要学习方式还是基于课堂的，因此在课堂教学层面如何促进学生进行深度学习是值得各个学科研究的问题。
一、概念解读
（一）互动新技术
互动是一个从社会心理学中引入到教学领域的概念，“互”是交替、交互、相互，“动”是使起作用或影响，在课堂教学领域的互动是指教师与学生、教学内容和教学媒体之间的相互作用和影响，强调信息的多向交流与沟通。本研究提出的互动新技术特指有别于课堂教学中问答、讨论、演示等传统互动技术的，基于交互式电子白板、传感器、虚拟实验等课堂互动技术。
（二）深度学习
“学习科学”将学习分为浅层学习与深度学习，大多数研究者认为，深度学习是相对于浅层学习的一种学习方式。Biggs认为，深度学习包含高水平或者主动的认知加工[3]；Beattie、Collins和Meinnes认为，深度学习方式意味着学生为了理解而学习，表现为对学习内容的批判性理解，注重逻辑关系和结论的证据[4]；国内学者何玲、黎家厚认为，深度学习是指在理解的基础上，学习者能够批判性地学习新的思想和知识，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多的思想间进行联系并能够将已有的知识迁移到新的情景中用以决策和解决问题的学习[5]。结合国内外学者的认识，浅层学习和深度学习的特征如表1。总的来说，深度學习是一种主动学习，是运用高阶思维进行有意义学习。
二、互动新技术与深度学习
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》指出“信息技术对教育发展具有革命性的影响，必须予以高度重视”“要提高教师应用信息技术水平、更新教学观念、改进教学方法、提高教学效果。鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习，增强运用信息技术分析解决问题能力，加快全民信息普及和应用。”
数字技术改变了教育的基本面，它作为深度学习的推动者和工具，开创了深度学习的条件，能把学生投入到深度学习体验中，“促进有意义学习和概念转变”[6]，实现学习、创新和全球协作等新的目标。迈克尔·富兰是加拿大著名的教育学家，他提出深度学习的三大核心要素就包括“使用能加快深度学习过程的数字化工具和资源”[7]。
小学科学课是以培养学生科学素养为核心目标的一门基础课程，在深度学习的理论指导下，科学课堂学习过程在观察、实验的基础上，更应强化学生分析推理、交流评价以及问题解决能力的培养，也就是高阶思维的培养。适当运用交互式电子白板、传感器、iPad等数字化学习工具，可以提供学习认知工具等技术支持，有助于小学生深度学习的发生。
三、互动新技术促进学生高阶思维的发展
高阶思维是发生在较高认知水平的心智活动或较高层次的认知能力，在教育目标分类中表现为分析、综合、评价、创造等较高认知水平的能力。[8]高阶思维是实现深度学习的关键，在小学科学课堂上运用各种互动新技术，有利于促进学生高阶思维的发展。
（一）使用传感器提高实验效率，培养学生分析能力
传统条件下小学科学课的实验教学中存在着比较明显的缺陷，不少实验器材操作过程复杂，导致学生的时间和精力大多都用在操作上，没有充足的时间去分析实验现象、思考问题和推导结论；另一方面，由于实验器材简陋导致实验数据误差较大，只能勉强得出一些定性、模糊的科学结论。长此以往，这样的科学学习既限制了学生实践能力的提高，也阻碍了学生思维的发展。传感器以其精确、智能、易于操作等优势，为学生提供了一个自主探索的平台，给他们展示了更直观、生动的学习内容，大大提高科学探究过程的实效。教师教学设计的重心也就可以从实验操作转变为思维训练。不少传统的小学科学实验因使用了传感器提高了实验的准确率，减少了实验操作的时间（见图1），让学生有更多的时间进行观察、记录和分析，增加学习过程中思维的参与度，真正做到动手能力和思维发展同步发展。
传感器的引入，为定性实验转变为定量实验提供了现实的可能。如小学科学实验“不同物体反射光的能力”在传统条件下是无法开展定量实验的，不同颜色、不同材质的物体反射光的能力不同，只能凭感觉的模糊认识。但通过使用光强传感器和数据收集器进行实验，就将难以观察的实验现象数字化呈现，方便、准确地测量出不同物体反射光能力的数据。在课堂上，学生的时间和精力可以更多地用在记录实验数据、分析数据和得出结论的环节，注重定量研究和统计分析，在建构科学概念的过程中强化高阶思维的训练，提高学生的科学探究能力。在实际的课堂教学中，还有学生因为时间充裕进行了深入的研究，用光强传感器直接测量光源的光强高达5000多Lux，而经过反射光能力最强的金属片反射后，光源的光强也只是3900多Lux。因此，通过分析实验数据，他们得出了新的结论——光并不能全部被反射，在反射的过程中是有损耗的！这样的发现已经远远超出了教材的要求。不难看出，学生的科学实证意识逐步建立起来。此探究过程培养了他们的分析能力，提高了他们的认知水平，如果没有传感器，是难以实现这样的深度学习的。 （二）交互白板实时互动，发展学生评价能力
从学习科学的角度来看，缺失社会互动的纯粹的个体性学习是无法实现真正的、持久的深度学习的。学习者在教师的支持下，实现“新老成员”交互、实质性参与相应的学习共同体，只有当其心理机能从纯粹的认知发展走向意义获得和身份认同的双重发展时，深度学习才真正发生。[9]交互式电子白板具有很强的兼容性，能与iPad、投票器等设备以及各种计算机软件融合应用，给学习者提供协作学习的环境和氛围，在学习过程进行实时互动交流，师生、生生之间共同建构知识，推进学习的深入。
小学科学课经常会开展观察、实验等探究活动，随之而来的就会有学生的观察、实验记录表；有些课堂还会安排学生进行设计活动，那就会有设计图等。传统课堂的交流环节是小组代表逐个到台前进行展示和汇报，而台下的同学往往耐不住性子认真倾听，或者听了后面又忘记前面的，课堂教学进行到了这个环节效果总不太理想。有了交互式电子白板和iPad，这个问题就很容易解决了。电子白板和iPad之间只要安装一个接收器，在WiFi网络环境下，学生的观察、实验记录表或设计图等就可以iPad拍照直接投上屏幕，向其他同学介绍，相互评价，补充完善。而且，技术上可以做到同时展示几个小组的作业，方便同学们进行比较、分析和归纳，更好地建构知识。另外，交互式电子白板还可以跟概念图软件完美融合，在课堂总结的环节应用。师生、生生共同讨论，总结出各知识点之间的联系，建构出知识网络。如小学科学《光的反射》一课，教师就是让学生使用交互式电子白板的移动、书写功能，共同整理出相关知识的概念体系，有力地促进新旧知识的联结和知识构建。
交互式电子白板还可以外接投票器，根据学习内容出示练习题让学生使用投票器作答，正确率实时呈现。学生的学习成效通过交互白板實时反馈，教师可根据情况及时调整接下来的教学内容，提高教学成效；学生也可以了解自己的学习情况，进行自我反思，促进元认知的形成。同时由于技术的引入，学生注意力更集中，提高了学习效率；课堂上的交流变得更及时，交互性更强。在师生、生生充分的讨论交流过程中，学生既要倾听他人的意见，同时也要学会准确地表达自己的观点，其批判性思维、评价能力会得到发展。
（三）虚拟实验模拟实境，提高学生问题解决能力
学习并不是一个孤立的过程，它应该被看作是生活实践的一部分，深度学习往往发生在复杂的实际生活情境中。但在小学科学课的实际教学中，受到时间、空间以及小学生动手能力水平的限制，有部分实验在课堂时间内完成不了，或者干扰实验的因素太多导致实验效果不理想，这些情况都严重制约着学生进行科学探究的兴趣以及解决问题的能力。蔡少明、赵建华认为深度学习需要连接真实世界的、有意义的、面向问题解决的学习任务，教师需要设计这样的学习环境以支持深度学习的发生。[10]
虚拟实验是借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代，甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验的这些优势，对于动手能力不太强的小学生而言，在解决一些复杂问题的过程中能发挥出非常重要的作用。及时反馈的学习效果，也能进一步激发学习者的学习动机，有利于深度学习的开展。
如学生在学习了“光是直线传播的”这个知识点后，教师用虚拟实验创设出一个“光线走迷宫”的情景（见图2），学生通过使用交互式白板或iPad移动镜子的位置，让光线走出迷宫。运用所学知识，学生可以反复尝试不同的方法，发挥创意，体验成功，激发后继研究的兴趣。这个实验如果想在科学课堂上用实物操作，受场地条件和学生动手能力的限制，是难以实现的。
互动新技术运用在小学科学课堂教学中，学生的学习热情、学习内驱力都保持着积极的状态，这种高投入度的情感，也体现了深度学习的特征。“问渠哪得清如许，为有源头活水来。”学会学习是学生需具备的21世纪核心素养之一，深度学习发展着学习者的核心素养。而互动新技术融入课堂教学能培养学生的高阶思维，有助于深度学习的发生。我们期待课堂能真正适应学生终身成长和社会发展需要。
参考文献：
[1]王文静.创新的教育研究范式：基于设计的研究[M].上海：华东师范大学出版社，2011：25.
[2]张浩，吴秀娟，王静.深度学习的目标与评价体系构建[J].中国电化教育，2014（7）.
[3]Biggs J.B.Individual differences in the study process and the quality of learning outcomes[J]. Higher Education， 1979（8）.
[4]Beattie V.，Collins，B.