數(shù)字化中小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

一、相關(guān)背景（略）

二、數(shù)字化中小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

數(shù)字化中小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室包括硬件環(huán)境與軟件環(huán)境。前者主要指實(shí)驗(yàn)室、數(shù)字化技術(shù)儀器（如數(shù)據(jù)采集器與各類(lèi)傳感器）和計(jì)算機(jī)等；后者特指教師、學(xué)生和教學(xué)內(nèi)容（如教科書(shū)和專(zhuān)著）。

（一）、硬件環(huán)境的建設(shè)

1、中小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室

中小學(xué)科學(xué)常識(shí)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，首先實(shí)驗(yàn)室面積大小必須符合教育部（2002）102號(hào)頒發(fā)的《城市普通中小學(xué)校校舍建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》86㎡；其二實(shí)驗(yàn)設(shè)施設(shè)備要符合中小學(xué)教學(xué)的特點(diǎn)，符合中小學(xué)生活動(dòng)的特點(diǎn)；其三實(shí)驗(yàn)儀器符合中小學(xué)生認(rèn)知的規(guī)律、吸引學(xué)生的好奇；其四實(shí)驗(yàn)室的管理要方便教學(xué)、方便學(xué)生觀察、使用。

2、數(shù)字化信息技術(shù)儀器

數(shù)字化信息技術(shù)儀器主要包括數(shù)據(jù)采集器與傳感器（探頭）。前者主要用于采集并儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；后者可根據(jù)探究需要測(cè)定的參數(shù)（如溫度、濕度、光強(qiáng)、pH值、溶解氧濃度、電導(dǎo)率、氣壓、電流、電壓等）而自行選擇；同時(shí)，這些儀器的輕巧與便攜還為學(xué)生進(jìn)行戶(hù)外探究提供了可能——如學(xué)生可以帶上溶解氧傳感器、pH傳感器和電導(dǎo)率傳感器與數(shù)據(jù)采集器，在河邊進(jìn)實(shí)時(shí)定量測(cè)定河水的有關(guān)常數(shù)和進(jìn)行水質(zhì)分析?；驹O(shè)備儀器包括以下：數(shù)據(jù)采集器、軟件、實(shí)驗(yàn)教程、中小學(xué)入門(mén)包、溫度傳感器、光傳感器、聲音傳感器、電壓傳感器、電流傳感器、聽(tīng)診器傳感器、pH傳感器、相對(duì)濕度傳感器、氧氣傳感器等

3、計(jì)算機(jī)

將計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集器、傳感器聯(lián)用時(shí)，傳感器可以精確地測(cè)量與傳遞實(shí)驗(yàn)中所測(cè)定的各種實(shí)驗(yàn)參數(shù)，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將通過(guò)數(shù)據(jù)采集器轉(zhuǎn)到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)經(jīng)由配套軟件將數(shù)據(jù)以表格和圖像的形式呈現(xiàn)，并進(jìn)行分析處理。例如將溫度傳感器與pH傳感器置于盛有少量水的燒杯中，隨著固體氫氧化鈉固體的加入，計(jì)算機(jī)屏幕上將分別出現(xiàn)兩條逐漸上升的實(shí)驗(yàn)曲線，并且在表格中實(shí)時(shí)顯示溫度與pH值的變化數(shù)據(jù)?？梢?jiàn)，利用基于計(jì)算機(jī)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，能使傳統(tǒng)教學(xué)中的定性實(shí)驗(yàn)得以量化驗(yàn)證。

（二）軟件環(huán)境的建設(shè)

1、教師（略）

2、學(xué)生

學(xué)生在數(shù)字化化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中起著主體性作用。在傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生較多時(shí)候處于被動(dòng)狀態(tài)，而數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室要求學(xué)生改變以往過(guò)多依賴(lài)教師的學(xué)習(xí)方式，如學(xué)生應(yīng)能在新的學(xué)習(xí)環(huán)境中，大膽借助手持技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)從多渠道獲得所需信息，敢于對(duì)書(shū)本質(zhì)疑，樂(lè)于動(dòng)手探究等等。當(dāng)然，學(xué)生利用信息技術(shù)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，是具備一定條件的：學(xué)生必須具有獨(dú)立自主學(xué)習(xí)的精神、具有善于獲取知識(shí)的能力和能掌握適合自己特點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求的學(xué)習(xí)策略[12]。此外，手持技術(shù)儀器能快速測(cè)定并以數(shù)據(jù)和圖表的形式呈現(xiàn)整個(gè)探究過(guò)程，有助于學(xué)生通過(guò)對(duì)圖像變化趨勢(shì)的觀察與理解及時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或建立新的實(shí)驗(yàn)假設(shè)，并在每一次修訂實(shí)驗(yàn)方案或控制探究變量的過(guò)程中不斷思考自己的預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)事實(shí)不吻合的具體原因，從而導(dǎo)致更深層次的探索世界的能力。

3、教學(xué)內(nèi)容

數(shù)字化中小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)同樣需要有合適的教學(xué)內(nèi)容支撐。科學(xué)課程的內(nèi)容要滿(mǎn)足社會(huì)和學(xué)生雙方面的需要。應(yīng)選擇貼近兒童生活的、符合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的、適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要的和有利于為他們的人生建造知識(shí)大廈永久基礎(chǔ)最必需的內(nèi)容。這些內(nèi)容需加強(qiáng)科學(xué)各領(lǐng)域之間的有機(jī)聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)知識(shí)、能力和情感態(tài)度與價(jià)值觀的整合?？茖W(xué)課程應(yīng)具有開(kāi)放性。這種開(kāi)放性表現(xiàn)為課程在學(xué)習(xí)內(nèi)容、活動(dòng)組織、作業(yè)與練習(xí)、評(píng)價(jià)等方面應(yīng)該給教師、學(xué)生提供選擇的機(jī)會(huì)和創(chuàng)新的空間，使得課程可以在最大程度上滿(mǎn)足不同地區(qū)、不同經(jīng)驗(yàn)背景的學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的需要。這種開(kāi)放性還表現(xiàn)為，要引導(dǎo)學(xué)生利用廣泛存在于學(xué)校、家庭、社會(huì)、大自然、網(wǎng)絡(luò)和各種媒體中的多種資源進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)，將學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)置于廣闊的背景之中，幫助他們不斷擴(kuò)展對(duì)周?chē)澜缈茖W(xué)現(xiàn)象的體驗(yàn)，并豐富他們的學(xué)習(xí)經(jīng)歷。科學(xué)課程的評(píng)價(jià)應(yīng)能促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展。評(píng)價(jià)既要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的結(jié)果，更要關(guān)注他們學(xué)習(xí)的過(guò)程。評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)該是多元的，要包括科學(xué)素養(yǎng)的各個(gè)方面；評(píng)價(jià)方法應(yīng)該是多樣的；評(píng)價(jià)主體則應(yīng)包括教師、學(xué)生、家長(zhǎng)等。

三、學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)

1、讓學(xué)生自己選擇科學(xué)探究的問(wèn)題。問(wèn)題的提出是科學(xué)探究的開(kāi)始，也是學(xué)生探究興趣的所在。只有學(xué)生自己選定的問(wèn)題，學(xué)生才有極大的興趣去進(jìn)行研究。老師要積極地鼓勵(lì)學(xué)生大膽地提問(wèn)題，要給學(xué)生提供一個(gè)具良好的問(wèn)題環(huán)境，讓學(xué)生有問(wèn)題可提；2、重視學(xué)生的探究過(guò)程。探究既是科學(xué)學(xué)習(xí)的目標(biāo)，又是科學(xué)學(xué)習(xí)的方式。親身經(jīng)歷以探究為主的學(xué)習(xí)活動(dòng)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要途徑。因此教師必須重視學(xué)生的探究過(guò)程。學(xué)生提出了問(wèn)題只是萬(wàn)里長(zhǎng)征走完了第一步，這接下來(lái)的一步就是讓學(xué)生帶著問(wèn)題和猜想去進(jìn)行觀察、實(shí)驗(yàn)，去搜集相應(yīng)的信息。學(xué)生應(yīng)針對(duì)自己要研究的問(wèn)題設(shè)計(jì)好觀察和實(shí)驗(yàn)的方法和步驟，選取觀察的對(duì)象和實(shí)驗(yàn)的器材等。教師在這個(gè)過(guò)程中要充分做好學(xué)生的助手作用，為學(xué)生提供相應(yīng)的器材，為學(xué)生的探究出謀劃策，提供給學(xué)生一些可行的建議、方法及注意的事項(xiàng)等等。學(xué)生在進(jìn)行觀察、實(shí)驗(yàn)時(shí)要充分發(fā)揮小組的作用，注意分工合作，使學(xué)生自主愉快地進(jìn)行探究活動(dòng)；3、關(guān)注學(xué)生的評(píng)價(jià)。在科學(xué)課的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)問(wèn)題作了詳細(xì)的敘述。標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào)“科學(xué)課程的評(píng)價(jià)應(yīng)能促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展”。因此，科學(xué)課不僅要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，更重要的是關(guān)注他們的學(xué)習(xí)過(guò)程。學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)中，他們對(duì)自然事物的觀察、發(fā)現(xiàn)以及提出問(wèn)題的能力；在實(shí)驗(yàn)中的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手操作能力；對(duì)觀察、實(shí)驗(yàn)中各種信息的搜集、整理、分析、推理、歸納、總結(jié)、質(zhì)疑、交流、評(píng)議等能力的提高；在情感、價(jià)值觀等方面的發(fā)展等過(guò)程中都體現(xiàn)了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。這些方面都是評(píng)價(jià)學(xué)生的重要方面，這是單純以一紙?jiān)嚲硭荒荏w現(xiàn)的。只有注重了過(guò)程的評(píng)價(jià)，才能有一個(gè)好的結(jié)果。另外，評(píng)價(jià)的方法也應(yīng)該是多種多樣的。不只是考試這一種形式。例如：在平時(shí)為學(xué)生建立一個(gè)成長(zhǎng)的紀(jì)錄本，及時(shí)記錄學(xué)生的各種變化，從發(fā)展變化的程度上反映學(xué)生的成績(jī)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽等形式來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>