數字化實驗教學在小學科學實驗探究中的應用

尤志津

小學科學是一門以培養學生科學素養為宗旨的學科，在數字化時代，小學科學的數字化學習將表現出怎樣的特征，呈現出何種魅力是值得我們思考和實踐的重點。

數字化實驗系統能夠直接將測得的物理量以數據表格、坐標圖像等形式呈現，具有可視性、直觀性的特點，配合手持分析儀使用還具有戶外拓展性。下面主要以案例形式探討數字化實驗在小學科學實驗探究中的應用。

一、數字化實驗使實驗數據更準確

在小學科學教學中，傳統實驗的數據采集不可避免地受到很多外在因素的干擾，導致測不準。數字化探究儀器利用簡單的數字化技術與實驗教學相結合，可以將數據集的時間大大縮短，能快速、準確、實時地采集數據，讓學生將更多的時間用到分析實驗數據，得出實驗結論中去，提高實驗本身的精確度和可信度，使實驗數據更準確。

案例一：探究一杯熱水變涼的規律

在蘇教版小學科學四年級《冷熱與溫度》一課中，連續測量一杯熱水10分鐘溫度的變化，繪制圖像，探討溫度變化的規律。

傳統的實驗：學生在教師的統一計時下（每2分鐘記錄一次溫度），學生使用溫度計連續測量水溫，由于學生讀取溫度計不及時，最后整理數據時發現熱水降溫的規律有幾種：（1）有的呈現先快后慢的規律；（2）有的呈現均勻下降的規律；（3）甚至有的出現了時快時慢的無規律現象。教師這時只能告訴學生.熱水降溫規律只有一種：先快后慢。

在數字化實驗課堂上，使用了溫度傳感裝置，給每個小組在實驗探究室中配備電腦（或平板電腦），安裝數字化實驗所需的專用軟件，可以實時顯示溫度的變化（也可以記錄下2分鐘時的瞬時溫度）。學生通過精確的溫度傳感裝置，清晰地看到溫度的變化，并得到了準確的數據來繪制圖像，最終都能得出熱水降溫呈現先快后慢的規律。

二、數字化實驗使實驗效果更明顯

數字化儀器在小學科學實驗中的應用，輕松地采集到了豐富的實驗數據，克服了傳統實驗儀器的局限，實現了學生的認識由感性向理性的飛躍。數字化設備在小學科學實驗探究中的應用，可以讓學生觀察到傳統實驗教學儀器無法觀察到的真實實驗現象、實驗過程、探究對象，有利于學生建立對實驗的感性認識，從而激發學生的實驗探究興趣，利于學生科學素養的提升。

案例二：利用紫甘藍水檢測物品的酸堿性

在蘇教版小學科學六年級《變色花》一課中，利用紫甘藍水檢測物品的酸堿性。學生利用紫甘藍水進行檢測，實驗中學生們能檢測出部分物品的酸堿性，白醋會看到明顯的變紅的現象，而小蘇打能看出讓紫甘藍變綠的現象。但對于一些如洗衣液、沐浴露、洗滌精等生活中的常用物品不易分辨。利用廣泛PH試紙來進行測試，但效果也不是特別的明顯。學生們對很多身邊物品的酸堿性并沒有直觀的感知。利用PH傳感器進行數字化實驗，可以直接測出物質的pH酸堿度，從而判定物質的酸堿性。在課后，學生有的利用PH傳感器對生活中其他物質（如水果蔬菜等）的PH進行測量，判定酸堿性，并比較不同物質酸堿性的強弱。

三、數字化拓展實驗使實驗形式多樣化

科學的學習要以探究為核心，細看小學生所開展的科學實驗，其實基本都屬于以探究為形式的驗證性實驗。真正的探究性實驗非常少， 是原因小學生現有的水平不太可能有探究性實驗，還有小學生所用的實驗器材相對比較落后。全新的實驗儀器來采集數據，根據可見的數字做實驗分析，這樣才能從重視知識傳授的驗證性實驗向重視培養學生科學素養的探究性實驗轉變。

案例三：探究影響擺快慢的因素

在蘇教版小學科學四年級《擺》一課中，在探究影響擺快慢因素的實驗中，學生對計時和松開擺錘不能同步，常常會出現與實驗結論相悖的結果。往往對于錯誤的結果會再進行實驗，雖然最終同樣獲取了結果，但在課堂上浪費了大量的時間。在利用力學傳感器（限于條件，沒有專用傳感器）完成該實驗時，可以無視擺錘松開的時間，只需要在實驗結束后對15s的圖像進行分析就可以了，使實驗的難度大大降低，結果的準確性卻大大增加。

四、數字化探究儀器可以彌補普通實驗設備的不足

小學科學課上，大多數教師因使用傳統的實驗器材，往往會碰到許多微小的實驗現象學生難以發現、學生自主實驗后整理的數據與理論上的數據存在出入、實驗現象不明顯或模糊不清讓學生產生困惑等問題。數字化探究實驗在更新測量、分析工具的同時，顯著地提升了實驗數據的質量，有利于學生構建正確的科學知識。

案例四：案例四：探究固體的熱脹冷縮

在蘇教版小學科學四年級《加熱與冷卻》一課中，探究固體的熱脹冷縮現象。選擇銅球和一個鐵環的實驗裝置，期待的實驗效果是：銅球加熱前可以穿過鐵環，加熱后發現不能穿過鐵環，冷卻后銅球又可以穿過鐵環。但實際實驗結果卻是：不管學生加熱多久，總是有幾個小組的銅球可以穿過鐵環，也有幾個小組的銅球不能穿過鐵環。學生們的意見不一，教師只能告訴學生們這些器材設計規格不是特別精密，實驗中存在一些誤差。

數字化實驗采用一套固體熱脹冷縮感應設備，然后對銅絲進行加熱，屏幕上很明顯地呈現出銅絲的粗細變化，數據直觀地顯示出來，再將銅絲放入冷水中，銅絲的直徑也不斷地變化。學生們在此過程中直觀感受到了固體的熱脹冷縮現象。

五、結語

在設計數字化實驗時實驗原理、方法要科學，實驗要符合小學科學教學規律，遵循小學生的認知特點，避免使實驗復雜化，這樣才能提高學生的學習興趣；數字化實驗實驗設計應該圍繞實驗教學的目標，針對教材中的重難點，不能因為要刻意使用數字化實驗設備而改變探究實驗活動的主旨；要正確地認識數字化實驗和傳統實驗之間的關系，實驗的設計要能夠使學生更易于接受，使得數字化實驗更直觀。

總之，在信息化實驗教學的大環境中，教師要充分利用數字化優勢，巧妙地將數字化實驗設備參與到小學科學實驗教學中，發揮其優勢作用，體現其獨特價值，小學科學實驗將更“科學”。

【作者單位：句容市華陽實驗小學 江蘇】