數字化實驗器材在科學課堂運用的“生長點”

紀棟棟

我們都知道，人類的發展和進步是建立在工具和手段的進步之上的，從而應用于教學領域的技術手段也在不斷更新，人們不斷地運用各種工具和儀器延伸著自己器官的感知范圍和準確度。數字化實驗器材就是其中的一種，它們擔負著信息采集的任務，提升我們人類的“五官”的能力。然而現實情況是，我們科學老師對數字化實驗器材的心路歷程是從“激動”到“被動”再到“不動”。這么好的器材到最后是被“冷落”的，很少看到我們科學老師在日常教學中去使用數字化實驗器材。因此筆者試圖通過傳統課堂與數字化課堂的比較來尋找數字化實驗器材給科學課堂帶來的“生長點”，摒棄原來“不會用”“麻煩”“不會選擇用”的認識，發揮數字化實驗器材的真正價值。

生長點一：方法便捷化——實驗方案做得到

在傳統課堂中，我們有技裝科統一配備的實驗器材，可以解決大部分日常教學的實驗。但我們每一個實驗需要我們自己去搭配，并且根據器材來設計實驗方案。但是很多實驗需要的器材要很多，操作起來麻煩，測量也需要花費很長的時間，并且需要合適的環境，有很大的局限性，降低了實驗效率。

在數字化課堂，我們不需要去搭配器材，都有配套的實驗器材針對特定的科學問題，體現出專業性。對實驗現象數據的收集也顯得快速、直觀，并且實驗過程簡單便捷，提高了實驗效率。

比如小學蘇教版科學四上第二單元中“不同顏色的吸熱實驗”的研究。在“傳統課堂”中學生先準備兩只同樣大小的紙盒，接著各剪一塊同樣大小的紙板，涂上不同的顏色，然后把紙板放在紙盒上，再把它們放在陽光下曬，等待10分鐘后用溫度計測量盒子里的溫度，看看哪個紙盒溫度高，從而得出不同顏色的物體吸熱性能不同。但這個實驗會受天氣影響，因為需要陽光的照射，并且要等待10分鐘去測量溫度上的差別，實驗效率不高。

在“數字化課堂”中，學生只要組裝實驗器材，按步驟連接電腦，記錄數據，生成曲線圖，分析得出結論。此實驗當中，數字化實驗器材可以自己加熱，同時開始加熱，同時結束，測量也是同時進行。數據之間沒有了時間差的問題，數據可靠性高，實驗現象明顯，并且實驗數據和曲線繪制自動生成，方便直觀，操作簡單，提高了效率。

生長點二：過程精準化——變量控制辦得到

科學實驗中，對實驗變量的控制非常苛刻，直接關系到實驗的成功與否。而傳統實驗中，很多的實驗變量由于條件的限制，只能人為地盡最大努力去控制，有的時候不夠客觀，顯得不夠“科學”，從而讓實驗有所誤差。這些誤差讓實驗結果失之毫厘差之千里，學生就沒有辦法得出相應的結論，影響學生的認知。

數字化實驗能夠相對好地控制變量，操作過程由機械自主完成，所有的實驗步驟以我們最理想的狀態進行，可以把原來會有的誤差盡量排除在外。并且數據收集更精確，減少主觀干擾，所得數據更“科學”，提高實驗成功率。

以蘇教版四年級下冊第四單元研究“摩擦力大小與接觸面光滑程度的關系”的實驗為例，“傳統課堂”中，我們自己找合適的材料改變“接觸面光滑程度”，通過手動拉測力計拖動滑塊，測量拉力大小。這個過程中看似簡單，但測量拉力大小時誤差很大，特別是勻速拉測力計的技巧，學生很難掌控;另外“克服靜摩擦的力”和“運動中的摩擦力”的交叉干擾，對孩子讀取測力計上的數值有難度。

“數字化課堂”學生組裝實驗器材，按步驟連接電腦，后面物體的拉動與測量都由實驗器材自動完成，并且自動記錄實驗數據，學生直觀地分析數據就能得出摩擦力大小與接觸面光滑程度的關系。

生長點三：結果顯性化——關鍵證據看得到

在小學科學學習中，我們在課堂中經常要讓學生經歷“提出問題——做出假設——尋找證據——得出結論”四個環節，從而認識科學知識，建立科學概念。這四個環節中尋找證據就顯得尤為重要。此過程需要學生動手去探究，通過實驗來收集數據，但這些數據更多的是學生實驗過程中觀察到的現象。換句話說是要在有證據的前提下讓學生完成此實驗，并且看到相應的實驗結果。但是很多時候我們的傳統實驗很難或者無法完成實驗，更何況讓學生看到實驗結果。

現在有了數字化實驗儀器，我們就可以很輕松地完成實驗，數據也可以很快地被測出來。實驗中需要的數據已能直接顯示在電腦上，學生一目了然，很方便地就能分析看到的實驗結果。

例如蘇教版四年級上冊第一單元《空氣中有什么》，這節課要探究空氣里面二氧化碳和氧氣的含量。“傳統課堂”我們會先把固定蠟燭的玻璃片輕輕放進水槽中并點燃蠟燭，接著用去掉底的飲料瓶罩在蠟燭上，然后立即蓋上瓶蓋，擰緊。做完這些后讓學生仔細觀察蠟燭及瓶中水位的變化。學生可以看到蠟燭熄滅了，瓶內的水面上升了。學生根據這個現象可以知道蠟燭燃燒時燃燒了瓶內的一部分空氣，約瓶子內空氣的五分之一，這些空氣是支持燃燒的。這樣的結論看似有用，但是學生還是不知道這些消耗的空氣是什么，占了多大比例。剩下的空氣又是什么，學生也沒有辦法知道。

“數字化課堂”中，學生根據說明把數字化實驗器材安裝好，接著點擊開始測量，電腦上就會顯示出空氣的成分及其所占比例。而且通過測量，學生還會發現氧氣和二氧化碳的含量，在不同的環境中（甚至還能測水中的含氧量）含量都是不一樣的，不是教科書中描述的那樣氧氣一定就占到空氣成分的21%的標準答案。

結語

在用“科技”工具來研究“科學”的探索改革路上，數字化實驗教學還在探究和嘗試階段，并已經有了一些成效。但使用先進技術的同時，也應注意到它的局限性，在比較中才能辯證地看到其問題。因此，數字化實驗還有很長的路需要走，我們一線老師要主動學習新技術以適應未來不斷更新的教學要求，同時在自己的課堂上勇于創新與實踐，認真思考和反思實驗教學的優化，不論是傳統實驗還是數字化實驗，都應用“科學”的方式研究科學。符合學生認知，有利于提升學生科學素養的實驗才是有效的實驗教學，才是值得推廣的實驗教學，讓我們為了這個目標繼續努力吧！

【作者單位：南京市瑯琊路小學? 江蘇】