摘　要：通过调查目前我国小学科学教学中科普资源的使用现状发现，小学科学教学对科普资源有着极大的需求，特别是多媒体科普资源受到越来越多小学科学教师的青睐。国家鼓励科技界积极开展各种科普活动，进行科普宣传，科普界面向青少年这一重点科普人群也在积极开发科普资源。但是现有的科普资源虽然形式多样，但是较为分散，许多优秀科普资源没有公开，小学科学教师极难查到和获得。科普界应该把握科学教育的发展方向，整合科普资源数据库，打造科普信息平台，使得科普资源不仅能更好地服务于现在的小学科学课堂，而且能够放眼未来课堂，使人们期待的信息技术支持下的小学科学的未来课堂成为现实。

　　关键词：小学科学；科普资源；未来课堂

　　新中国成立以来，科学技术普及（以下简称科普）事业一直受到国家的重视，科普组织和管理机构的设置也越来越全面，中国科学技术协会一直担负着科普工作的组织和实施任务，科技部、教育部、卫生部、农业部等部委都设有科普管理机构，中科院、全国妇联、全国总工会、中国共青团等部门也积极开展科普工作 ^[1]。特别是进入21世纪以来，科普方面的法律法规相继颁布，积极推动了科普事业的发展，科普产业的范围也越来越广。近年来，科普领域对青少年科普的实施进行了一些探讨，并且希望更多地进入到教育领域 ^{[2] [3]}。

　　2017年教育部颁布的《义务教育小学科学课程标准》提出小学科学课程的总目标是培养学生的科学素养，并且将课程内容分为物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程四个领域^[4]。小学科学课程目标和课程内容都包含得非常广泛，因此，每一位科学教育工作者在进行课程、教学研究的同时，需要补充大量的科普知识。由于小学科学的课程内容较为浅显，教育工作者们经常意识不到有可能犯了科学性错误，即使发现了科学性问题，一般也只是通过查找资料，例如上网搜索来解决。现在，许多单位和机构进行科普资源的研发，新媒体的发展使得科普资源的传播更为畅通。小学科学教学中应该加强对科普资源的利用，科普资源的研发也应该考虑与小学科学教学对接。本文期望通过探讨，能够推动小学科学教育界与科技界、科普界的沟通与合作。

　　一、我国小学科学教学中科普资源使用现状

　　为了有针对性地探讨小学科学教学中科普资源的开发与应用，首先需要了解目前我国小学科学教学中科普资源的使用现状。笔者面向全国小学科学教师做了最近一学年在科学教学中使用科普资源情况的问卷调查，收到来自20个省、4个直辖市、3个自治区的有效问卷共2 605份。参加调查的教师在过去的一年里，有一半（51.21%）兼职教科学，专职教科学的教师有32.21%，少量教师在这一学年中，偶尔教科学或者没有教科学。

　　1.教师对科普资源的使用态度

　　从下列数据中可以看出，教师们对科普资源的使用有着积极的态度。有超过半数（58.35%）的教师认为在科学教学中要适当使科普资源，有39.92%的教师认为在科学教学中应该广泛使用科普资源。教师们基本上是将科普资源用于科学课堂教学（94.59%），有约一半的教师在科普日和科技周（49.37%）或科技竞赛（44.91%）时使用科普资源，有21.57%的教师将科普资源用于在线教学。

　　大部分教师在教学中将科普资源用于介绍科学知识（90.56%）、介绍科学观察与实验方法（84.64%）和介绍科学探索（72.32%），有时用于科学测评（33.28%）。有五分之一（20.23%）的教师在每节科学课的教学中会使科普资源，约一半（45.64%）的教师在每个单元的科学教学中会使用科普资源。教师们在科学教学中，使用科普资源涉及各个教学环节，并且各个环节使用程度相当（图1），其中“整理资料”和“拓展应用”环节使用略多（有63%左右的教师选择这两项）。

　　

图1 科学教学中使用科普资源的教学环节

　　2.不同科普资源在小学科学教学中的使用情况

　　对于在科学教学中使用的科普资源的来源，问卷给了10个选项：科普图书、科普报刊、科普场馆、科技活动中心、研究单位的科学实验室、机构销售、电脑、手机、广播电视、其他。针对这10个选题，问卷中又追问了一个问题：使用最多的3项是什么。结果两个问题中得到的数据非常相似，前4位都是电脑（80%以上）、科普图书（70%以上）、手机（60%左右）、科普报刊。可喜的是，在使用最多的3项中，有12.28%的教师选择了“研究单位的科学实验室”，排在第5位（图2），而且参加调查的大部分省都有教师选择此项。

　　

图2 小学科学教学中使用科普资源的来源最多的3项

　　在小学科学教学中使用科普资源的表现形式中，绝大部分教师（92.02%）选择了“新媒体”，有一半以上的教师选择了“活动材料和器材”“纸质媒体”，有14.20%的教师选择了“自媒体”。对于教师们经常使用的新媒体（含自媒体）的表现形式，最多的为电脑科普网页和录像资料，此外，使用手机端科普资源的教师也比较多：微信形式有43.67%，手机APP有39.31%。有部分教师（11.32%）使用了VR和AR技术（图3）。

　　

图3 小学科学教师经常使用的多媒体（含自媒体）

　　问卷中，教师们为同行推荐了很多科普资源。其中科普图书（含电子书）29种；科普期刊15种；科普影视主要推荐了CCTV科技频道的多个节目，还有其他电视台的节目6种，有的教师还推荐了科幻电影；网站资源21个；微信公众号8个；手机APP 8个；光盘4套；科技场馆4个；还有教师提到备课交流群。可见小科学教师们平时订购和查阅了很多科普资料，同时也有力地说明小学科学教学需要大量科普资源的支撑。

　　3.科普资源在小学科学教学的使用范围

　　小学科学课标的四个领域包含18个主要概念。教师们介绍自己在一学年中使用科普资源比较好的课一共有960节次，涉及课名约350个，涵盖了所有18个主要概念。其中物质科学有331节次，其中出现较多的内容有：风的形成21节次，沉与浮18节次，声音37节次，光31节次，热35节次，电24节次，磁41节次。生命科学198节次，各个内容出现比较均衡。地球与宇宙科学281节次，其中出现最多的是太阳系38节次，宇宙49节次。技术与工程领域有150节次，其中简单机械58节次，而简单机械中出现最多的内容是杠杆，有29节次。从上述数据可以了解到，小学科学涉及的各个领域、各个主要概念，相关的科普资源都是教学中非常需要的，太阳系、宇宙等学生不易观察的难点内容更需要科普资源的支持。

　　4.小学科学教师对科普资源的希望

　　教师们对科普资源提出了需求。从范围来看，广泛地需要教材配套的、紧密结合的、充实的、不过时的相关资料。有的是教材编写、教学具开发需要提供的，如课件、教案、实验视频、电子版课本、优质课展示、复习资料与测试卷、配套教具学具器材等。教师们还需要教材相关的拓展资源，以拓展学生的视野。如每课内容的延伸、拓展实验、科普诗、科普剧、科普讲座、科技活动设计方案。

　　从知识来看，教师们希望能够获得全面的资源。有教师提出了一些具体的希望，如科学概念解析，天文、微生物等宏观或微观的、不易观察到的自然现象和实验现象，动植物、天气、机械等图片资料，技术类、科技发展史、科技前沿介绍，科学防灾减灾，安全知识，健康、环保等方面的知识。

　　从媒介来看，教师们希望有丰富的数字资源、实验教具、操作材料、科普场馆、科普图书刊物等。数字资源如用于做模拟实验的操作软件、AR或VR、视频、宣传图片、网络资料、科学实验光盘、课件等。实验教具如标本、显微镜，操作材料如各种学生活动材料以及动植物实物、泥土等。科技场馆如科技活动中心、科研机构实验室展示、科研机构和社区科普等。有的教师还希望配备传统的教学挂图，有的教师希望有教学资源交流平台。

　　教师们提的一些需求，是学校管理者需要考虑的，如配套齐全的科学实验室、电脑、手机、电子白板、科技活动的资金以及专职科学教师、科普资料员等。

　　二、面向小学的科普资源研发要做的努力

　　党的十九大报告提出“弘扬科学精神，普及科学知识”的要求，科普工作要研究如何在加强思想道德建设，推动社会主义文化繁荣兴盛等方面发挥重要作用^[5]。科普是将已发展成熟的科学技术知识、科学方法、科学思想、科学精神通过各种途径进行传播，提高公众的科学素养，因此，科普具有教育的功能。《全民科学素质行动计划纲要实施方案（2016—2020）》明确提出，青少年是科普对象的主要群体之一。面向小学的科学教育与科普教育有着共同的教育目标和远大愿景，因此需要探讨服务于小学科学教学的科普资源的研发方向，以作为学校科学教育的有益补充。

　　1.把握科学教育的发展方向

　　进入21世纪以后，脑科学研究取得了丰硕的成果，使得学习科学和科学教育取得了很大发展，STEM教育也取得了很多有益经验。因此，近年来各国相继颁布的新的科学教育标准（或纲要）都有共同之处，即依据学习科学和科学教育成果，尝试围绕核心概念、基于学习进阶和跨学科的理念设计课程内容 ^[6]。

　　学习理论认为，如果围绕核心概念进行学习，可以使科学教育在K—12年级以更一致的方式延伸；可以给学生提供一个获取新知识的组织结构。关于如何选择核心概念，一些学者进行了探讨。美国的《新一代科学教育标准》依据如下原则确定核心概念^[7]：

　　（1）能跨越多门学科或工程领域的具有明显重要性的概念，或是一个具体学科知识体系中的关键概念。

　　（2）能提供用于理解和研究更为复杂概念和解决问题的关键工具。

　　（3）能与学生的兴趣和生活经验相关，或能连接需要科学和技术知识的社会或个人问题。

　　（4）通过增加难度和复杂性，能在持续的多个年级中教和学。

　　学习进阶已经成为当代基础教育科学课程改革的核心理念。学生在学习和研究某一概念或主题时，思维方式是依次进阶的，学习进阶就是对学生连贯且逐渐深入的思维方式的描述。科学学习是将科学解释概念化的过程，可以以概念序列的方式来表达连贯、逐渐深入的概念理解过程。围绕少数核心概念进行深入的进阶学习，有利于学生逐级深入和持续发展对核心概念的理解，发展融合多学科知识的良好认知结构，提高解决问题的能力^[8]。

　　从各类STEM课程案例来看，STEM教育通过跨学科的项目式学习或解决问题的学习，很好地将科学、技术、数学与工程结合在一起，发展学生综合运用知识的能力。近年来，跨学科的思想得到了进一步发展，综合了艺术或其他学科的STEAM、STEM+等教育研究项目迅速增加。

　　科学教育标准所依据的理论与实践基础，代表了科学教育的发展方向。科普界应该加强与科学教育界的合作，把握科学教育的发展方向，了解小学科学课准的核心内容，与教育界共同研发更有利于培养学生科学素养、提高创新能力的科普资源，甚至结合课堂教学进行研发，实现科普资源的定制化。

　　2.着力研发新媒体科普资源

　　新媒体区别传统的报刊、广播、电视等媒体，涵盖了所有数字化的媒体形式。因此，新媒体应该称为数字化新媒体，包括我们所说的自媒体。自媒体是包括用以发布自己亲眼所见、亲耳所闻的事件，如博客、微博、微信、论坛等网络社区。越来越网络化、移动化的生活方式对现代教育的影响和渗透越来越深入，基于网络和新媒体的翻转课堂、慕课、微课、科普资源等得以在极短的时间内迅速进入教育领域，在线学习和移动学习势必成为学生自主学习的重要选择。

　　学生的学习能力是有差异的，但是，只要给予足够的时间和适当的教学，大多数学生对几乎所有的内容可以达到掌握的程度。课堂学习时间是非常有限的，在某方面的课堂学习没有跟上，可以通过网络学习进行弥补。有科学教师自觉利用微信公众平台，与学生进行互动，帮助学生攻克学习难点，提高复习效率 ^[9]。

　　教育界在探索如何与信息技术进一步高度融合，利用网络资源，改变课堂教学的局限性。科普界也在探索新媒体时代背景下的科普资源的研发。一方面继续完善科普网站，加强发展网站的合作伙伴，将科研资源汇集到网站平台；另一方面特别重视利用移动互联网，将科普资源供给使用终端例如手机。不论是利用网站还是移动终端，科普界在尝试开放科学研究的过程，吸引公众参与其中 ^[10]。对于科学教学而言，科普中的内容资源与过程性的活动都是非常有意义的。内容资源可以为课堂教学提供学习素材，可以成为学生自主学习的素材；过程性的活动使师生有机会参与科学研究，体验真实的科学实践，培养科学探究能力。

　　除了科普内容和过程性活动，科普研发还应该注重树立科普品牌，因为科学很重要的指标就是公信力和权威性。目前最有公信力的依然是电视、报纸等传统媒体，网络科普也需要作出权威性，这就需要有更多的科学家和科技传播大师出现在网络的广博世界中。

　　对于承载科普内容的媒介，从前面的调查来看，教师们的需求是丰富多彩的。其中，对直观、动态的数字资源的需求是非常多的，包括虚拟实验、科学实验和现象的录像，而且对数字资源的需求，不仅是平面的，还有立体的（AR或VR）。数字资源正好与新媒体的传播方式相适应，可以更好地服务于科学教学。

　　学习科学的研究发现，学习具有演算性，有很强的社会性，是感知与行为共同作用的结果。这一研究不仅使教育领域更注重教学的情境化、活动化和社会建构，同时也推动了机器学习的发展。^[11]对于科普资源的开发也很有指导意义：过程性活动与参与者是有互动的，有利于提高参与者的积极性；科普内容也应该考虑加入与学习者互动的元素，使之具有AI的特质。

　　3.整合科普资源数据库，打造科普信息平台

　　《全民科学素质行动计划纲要实施方案（2016—2020）》提出了科普信息化工程。为了使科普信息能够广泛开发和落地应用，工程中指出要实施“互联网+科普”行动，以提升科普服务效能为核心，以科普信息汇聚生产与有效利用为目标，建设科普中国服务云，实现科普的信息汇聚、即时获取等。要依托大数据、云计算等信息技术手段，洞察和感知公众科普需求，创新科普的精准化服务模式，定向、精准地将科普信息送达目标人群。《中华人民共和国科学技术普及法》（2002）指出，科普是公益事业，是社会主义物质文明和精神文明建设的重要内容，科普是全社会的共同任务。因此，全社会应该积极参与科普信息化工程。

　　在前面的调查中可以看到，由于小学科学涉及的科学技术内容广泛，小学科学教师可以说是对科普资源的量的需求最大的一个受众群体，急需精准的科普信息服务。当前，网上、移动端的科普资源增长很快，但是却分散在不同的媒体形式中，形成“信息孤岛”，有的很难查找到，有的还需要收费。教师们需要花费很大的精力去查找、下载、编辑和整合。有时候在课堂上调用还不是很顺利。

　　教师们在教学研究过程中，为了使自己的课堂成为精品，往往需要查找很多科普资源。我国众多的科技场馆有很多生动直观的科普资源，但是，并没有放在科技场馆的网站上，只有到场馆参观时才能看到。教师们为了获得这些资源，必须积极主动地联系场馆的管理部门。对于科技场馆辐射不到的地方的乐于钻研的教师，只能通过微信、QQ群向全国同行咨询求助。

　　大数据时代的一个重要特点是共享，科普平台应该具有资源共享理念，自觉联合，整合资源，丰富内容，自觉与民众共享，加大辐射强度 ^[12]。有很多科普文章提到了低水平、重复建设问题，信息孤岛问题。呼吁转变观念，具有公共数据开放意识和互联网思维，建立国家级、省级和市级的科普信息平台，综合整理各地的优秀科普方案和科普内容，面向不同的受众群体，全方位展示各类科学知识 ^[13][14]。

　　中国知网汇集了各个渠道发表的学术文章，为广大科研工作提供了很好的查找文献的平台。小学科学教学很需要一个能够达到中国知网效果的“百科全书”式的科普信息平台，这样才能方便、快捷地找到能够充分满足科学教学需要的、表现形式丰富多样的科普资源，这样也将极大地提高我国小学科学教学水平。科技场馆作为公益事业，应该将已有的科普资源公开，同时需要有一个统一的科普信息平台，整合各地的科普资源数据库，形成“百科全书”式科普信息平台。在Web2.0时代，科普资源不能只是自上而下，需要自下而上的渠道，“百科全书”式科普信息平台要能实现受众的参与和互动，使科学教师在教学中出现的各种个性化的需求得到重视，使平台的受众体验感越来越好。

　　三、科普资源在小学科学教学中的应用前景

　　前面的调查显示，科普资源在小学科学教学中已经受到重视并在各个教学环节中广泛使用，未来的应用必然要适应小学科学未来课堂的发展。从信息生态观的角度来看未来课堂，学生的学习要能实现自我适应和自我组织。自我适应即智慧的适应，表现为学习者获取、过滤、存储、交换和创造信息的学习过程；自我组织表现为在智能化技术作用下，学生学习自觉性的提高和根据自定学习目标进行学习。为了实现自我适应和自我组织，未来课堂的学习环境可以包括基本功能区、扩展功能区和分析功能区 ^[15]。未来小学科学课堂可以包括这三种功能区，在三种功能区储备不同的科普资源，根据教学的需要和学生的学习能力，综合运用三种功能区的科普资源。

　　1.为不同功能区配备相应的科普资源

　　在未来课堂中，网络信息能够实现全无线覆盖，因此不论哪种功能区，都可以运用PAD等无线终端。基本功能区是小学科学日常教学的主要区域，在这个区域中，有黑板、投影设备，支持PAD等无线终端进行教学。各种教材配套资源，如课件（包括微课）、教学具材料是科普资源的一种，在基本功能区进行教学，离不开这些资源。数字技术的实验数据采集系统，如传感器、数据采集器、安装于移动终端的控制软件等，也将会越来越广泛地进入小学科学课堂。

　　扩展功能区能够与基本功能区互联，实现信息交互。扩展功能区应该储备大量的科普资源，以供师生在教学中随时查找和调取，包括科普图书、科普报刊，依托于计算机设备的科普资源数据库，使学生实现自主学习；以及能实现VR、AR、SI（体感交互）等的设备平台以及丰富的VR、AR等资源，使学生能实现模拟真实场景的沉浸式学习。要有远程视频会议系统，使不同班级、不同年级、不同地区的师生可以利用云平台进行互动式交流。还可以有3D打印、可编程积木等技术设备和相应教学材料，供学生进行一些拓展性的探索，培养他们的创新能力。

　　分析功能区用于采集、存储、分析教学信息数据，起到教学评价的作用。主要需要具有检测功能的、基于计算机的科普资源。除了纸笔测试题的电子形式外，需要开发大量的情境化、直观化、动态化、互动性的测试模块。许多科普场馆就有互动的、具有测试功能的操作平台，受到小学生的喜爱。分析功能区还要有分析学生测试结果的系统，以及时为师生提供反馈，确定新的教学发展目标，改善教学行为。

　　2.在教学中综合运用不同功能区的科普资源

　　小学科学有使学生保持和发展对自然的好奇心和探究热情，了解与认知水平相适应的科学知识，体验科学探究的基本过程，了解科学、技术、社会和环境的关系……等等目标 ^[16] 。因此，小学科学的研究对象属于自然、科学、工程技术等范畴。虽然数字化手段越来越完备，但是小学科学教学依然主要是以现实的、直观的观察与实验为主，在基本功能区，学生借助身边易得又易理解的材料研究身边的自然科学现象，进行设计制作等工程技术实践。

　　小学科学研究对象从身边到宇宙、从微观到宏观、从变化缓慢到变化迅速，范围非常广泛。其中，许多现象是肉眼不易观察到的，如细胞结构、果实的形成、声音的产生、热对流、地壳的运动、地日月的相对运动等等。进行这些内容教学时，可先在基本功能区借助工具进行观察，或者借助材料进行模拟实验。之后，借助拓展功能区的虚拟技术资源，特别是基于增强现实技术的场景呈现，教学效果会大大提高。

　　小学科学教学也可以尝试反转课堂式的学习。有些科学课需要较多资料的支撑，如多样的动植物、动植物对环境的适应、水的用途、安全用电、资源、能源、环境保护等等。这类课可以先让学生利用拓展功能区的资源进行学习，然后再在基本功能区进行展示与交流。

　　可以利用分析功能区的科学测评资源在教学过程中设置小测评，即时了解学习的进程。如果资源足够丰富，可以支撑单元总结课或阶段复习课。

　　我国的科学技术普及事业正在迅速发展着，国家各个部门积极推动科技力量加强与学校的合作，以促进我国基础教育中科学教育的发展。小学科学教育界在课标制定、教材编制的过程中都需要与科技界合作，有条件地区的小学科学教师会积极寻求社会科普资源的支持。希望科技界、科普界与小学科学教育界的合作更为紧密，围绕小学科学课程，理解科学教育的发展，着眼于未来课堂，能够开发出丰富多样的有利于小学科学教学使用的科普资源。

　　参考文献

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　　[3]韦满.科学普及对青少年创新能力培养的影响及对策思考[J].科技传播，2017（7上）：80-81.

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　　[11]Andrew N.Melrzoff,Patricia K.Kuhl,Javier Movellan,and Terrence J. Sejnowski. Foundation for a New Science of Learning.Science，2010（1）：1-10.

　　[12]李丽.网络环境下开展大数据科普工作的探索.科协论坛，2018（6）：12-14.

　　[13]“科技馆体系下利用网络和信息技术提升科普教育能力的研究”课题组.科技馆体系下利用网络和信息技术提升科普教育能力的研究报告[R].科技馆研究报告集（2006—2015上册），243-265.

　　[14]王翔.大数据时代科普服务供给侧改革——“科普中国+百度”的智慧化供给模式.科技导报，2016，34（12）：46-48.

　　[15]刘智明，武法提，殷宝媛.信息生态视域下的未来课堂——概念内涵及教学体系构建.电化教育研究，2018（5）：40-46.

　　选自中国科普教育论文集（2018年）·课程篇