巧用數字化工具 輕叩科學實驗之門

■宿遷市蘇州外國語學校 李 婷

一、數字化工具在小學科學實驗教學中的局限性

毫無疑問，實驗課程在科學教育和現實世界的認知中發揮了重要作用。內爾塞西安(Nersessian)甚至聲稱“科學學習的中心是實踐經驗”。科學實驗是完善科學認知的重要手段，是提高科學素養的重要環節，是整合小學科學教育四大目標的主要途徑。但是在目前，數字化工具在小學科學實驗教學中仍有一定的局限性。

（一）學校建設的局限性

“校校通”工程的建設，使我國建立校園網的學校數量快速增長，但有些學校只注重硬件環境建設，而忽視應用軟件和數字化教學資源的開發；重基礎設施的投入，而不注重這些設使的使用效果，大量的投入并沒有帶來對應的產出，導致學校資源的嚴重浪費。

（二）教師應用的局限性

現代化教育技術的應用成為評定一節優課的標準，人們普遍認為一節整合課的技術難度越大，整合的效果就越好，人們往往更多地關注課件當中信息技術的含量。教師在參加優課比賽或者公開課時會充分利用現代化工具，但日常上課時，大多數的媒體教學設備僅作為電子黑板使用，且使用率低。

（三）資源整合的局限性

目前，現代工具的應用主要是針對初、高中的物理、化學、生物三門學科，而關于數字化工具在小學科學中的應用研究較少。隨著新一輪課程改革的啟動，“課程資源”的概念被提出，數字化工具的使用越發得到重視。但眾多教育軟件彼此獨立，系統之間缺乏互操作，各類信息系統之間的數據無法得到共享與使用，常常一個機構內部的不同科室都無法進行正常的數據共享，信息孤島現象越來越嚴重。

二、數字化工具應用的領域

小學科學課程是一門實踐性課程，探究活動是學生學習科學的重要方式。因此，在小學科學教育領域，科學實驗占有著極其重要的地位，它既是學生獲取科學知識、形成科學認識的重要方法，又是學生科學學習的主要內容。但一直以來，由于各種原因，小學科學課的實驗不能正常、規范地開展。因此，我們應更好地地利用數字化工具，幫助參與者獲得更多視覺、聽覺等感官信息，使其有身臨其境的感覺，以彌補實際教學中的缺憾。

（一）數字化工具在模擬實驗中的應用

小學科學課程中有一些知識是抽象的，所用的術語也很抽象，例如，“雨、雪”的形成，“力”的概念，“能量的轉換”“日食、月食”的成因等。數字化工具的應用可以幫助教師和學生解決這些重、難點問題。例如，在《地球與宇宙》科學領域中的有關現象、事物和規律，具有時間和空間的復雜性，小學生無法做到直接有效地觀測，這時只需要下載一個“星圖APP”軟件，這款軟件不僅有精致的畫面和逼真的模型，內置的內置GPS和超高的計算能力還能定位每顆行星當前的位置。在軟件里可以看到超過120,000顆星星，可探索的3D太陽系、全部88個星座、梅西耶天體等內容。這樣的一個三維宇宙不僅能夠激發學生的學習興趣和熱情，更能促進學生對抽象知識的理解、內化和應用。

（二）數字化工具在控制實驗中的應用

隨著新課程的實施，課程的設計對學生動手實驗能力的培養十分重視。而控制變量法是常用的探索、分析和解決科學問題的重要方法。例如，《電磁鐵的磁力》中，學生會根據生活中的體驗，提出電磁鐵的磁力大小與鐵釘的大小與長短、粗細等因素有關。傳統的實驗是使用電磁鐵吸引大頭針，根據大頭針的數量判定電磁鐵磁性的強弱，但學生操作起來容易手抖而導致實驗不準確，同時數大頭針也會浪費一定的時間。而引入磁感應傳感器，通過可視化的磁感應強度數值直接判斷磁性的強弱，能讓單一的感受變得多元化，使學生直接從數的大小發現區別、促進思考，大大激發學生的體驗興趣。

（三）數字化工具在理想實驗中的應用

很多科學方法、科學思維存在于人的頭腦中，不能用實驗演示，僅用語言又難以描述。依據觀察的事實和生活經驗，運用已掌握的科學知識，在頭腦里進行理論猜想和邏輯推理，主要是運用猜想提出公理，然后運用數學方法進行邏輯推理，從而用多媒體來輔助表達。

（四）數字化工具在觀察實驗中的應用

在小學科學課程中的觀察項目有43項，其中要求“初步學會”的有26項，要求“學會”的有17項，分別在低、中、高年級中安排，可見，觀察實驗在科學學習中的重要性。然而，實際教學后，我發現學生喜歡觀察，但對實驗現象的觀察很難做到細致、全面。

例如，《各種各樣的花》中要求學生課通過解剖、觀察油菜花、南瓜雌雄花等，了解花的基本構造。但直接解剖或用放大鏡觀察花的各部分結構時，各細小結構如雄蕊、雌蕊很難觀察清楚，甚至會被忽略，導致學生無法正確認知各種花的結構。而體式顯微鏡可以更清晰地向學生展示花朵各部分結構，使學生更準確地區分完全花和各種不完全花。同時，體式顯微鏡具有保存圖片、錄像、測量等其他功能，可以將優秀的實驗過程和結果進行展示交流。

三、數字化工具應用的意義

（一）提升學生的科學素養

受傳統教學理念和實踐的影響，小學科學實驗教學中普遍存在重知識、輕探究；重形式、輕實質；重動手、輕思維的假探究活動現象。利用數字化教學資源可以擴展實驗教學內容，涉及更多的知識領域，激發學生的想象力和創造力。數字化工具主要可以完成力、熱、聲、光、電等各類實驗，提高測量的精度和速度，完成常規儀器難以完成的實驗。同時，實驗效率更高，能讓學生把更多的時間和精力留在觀察、思考、交流、整理和反思上。

（二）促進教師的專業發展

目前，許多一線科學教師很多還是兼職的，他們對教材的研究水平還有一定差距，如何讓他們勝任科學新課程的教學任務，是一個既現實又迫切需要解決的新課題。基于此，我們提出本課題，意在從小學科學探究性實驗教學的設計與研究切入，梳理出教材中適合使用數字化工具進行教學的演示實驗和學生分組實驗，并且形成優秀的教學設計、教學范例提供給教師，使教師特別是一些兼職的教師可以更好地理解和操作這些實驗，這將在很大程度上提高科學實驗教學的效果。為了更好地理解和把握教材中適合使用數字化工具的探究實驗，教師還需要學習許多的相關理論、文獻資料和數字化工具的使用方法。

新的教育背景下，科學實驗類型和方法正在發生著很大的變化，數字化科學實驗必定會成為科學教育的重要組成部分。在今后的教學實踐中，隨著數字化技術日新月異的發展和教師能力的提升，數字化的科學實驗資源庫將不斷地得到完善和發展，對培養多學科領域的人才起到不可替代的作用。