巧用數(shù)字化工具 輕叩科學實驗之門

李婷

【摘? 要】教育部辦公廳印發(fā)的《2017年教育信息化工作要點》明確指出：“要 “構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個性化、終身化的教育體系，建設(shè)‘人人皆學、處處能學、時時可學的學習型社會。”因此，越來越多的研究者開始關(guān)注怎樣應(yīng)用數(shù)字化工具改進課堂教學質(zhì)量。數(shù)字化工具應(yīng)用在小學科學實驗教學中，是教學手段變革的大勢所趨。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化工具;小學科學;實驗教學

中圖分類號：G623? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：0493-2099（2021）23-0051-02

【Abstract】The "Key Points of Education Informatization Work in 2017" issued by the General Office of the Ministry of Education clearly pointed out： "To "build a networked， digital， personalized， and lifelong education system， build a "learning for everyone， learning everywhere， A learning society where you can learn from time to time. "Therefore， more and more researchers are beginning to pay attention to how to apply digital tools to improve the quality of classroom teaching. The application of digital tools in the scientific experiment teaching of elementary schools is a general trend in the reform of teaching methods.

【Keywords】Digital tools; Elementary school science; Experimental teaching

一、數(shù)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(xiàn)實世界的認知中發(fā)揮了重要作用。內(nèi)爾塞西安（Nersessian）甚至聲稱“科學學習的中心是實踐經(jīng)驗”。科學實驗是完善科學認知的重要手段，是提高科學素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是整合小學科學教育四大目標的主要途徑。但是在目前，數(shù)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(shè)的局限性

“校校通”工程的建設(shè)，使我國建立校園網(wǎng)的學校數(shù)量快速增長，但有些學校只注重硬件環(huán)境建設(shè)，而忽視應(yīng)用軟件和數(shù)字化教學資源的開發(fā);重基礎(chǔ)設(shè)施的投入，而不注重這些設(shè)使的使用效果，大量的投入并沒有帶來對應(yīng)的產(chǎn)出，導(dǎo)致學校資源的嚴重浪費。

（二）教師應(yīng)用的局限性

現(xiàn)代化教育技術(shù)的應(yīng)用成為評定一節(jié)優(yōu)課的標準，人們普遍認為一節(jié)整合課的技術(shù)難度越大，整合的效果就越好，人們往往更多地關(guān)注課件當中信息技術(shù)的含量。教師在參加優(yōu)課比賽或者公開課時會充分利用現(xiàn)代化工具，但日常上課時，大多數(shù)的媒體教學設(shè)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(xiàn)代工具的應(yīng)用主要是針對初、高中的物理、化學、生物三門學科，而關(guān)于數(shù)字化工具在小學科學中的應(yīng)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(shù)字化工具的使用越發(fā)得到重視。但眾多教育軟件彼此獨立，系統(tǒng)之間缺乏互操作，各類信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)無法得到共享與使用，常常一個機構(gòu)內(nèi)部的不同科室都無法進行正常的數(shù)據(jù)共享，信息孤島現(xiàn)象越來越嚴重。

二、數(shù)字化工具應(yīng)用的領(lǐng)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(lǐng)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(nèi)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(guī)范地開展。因此，我們應(yīng)更好地地利用數(shù)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(shù)字化工具在模擬實驗中的應(yīng)用

小學科學課程中有一些知識是抽象的，所用的術(shù)語也很抽象，例如，“雨、雪”的形成，“力”的概念，“能量的轉(zhuǎn)換”“日食、月食”的成因等。數(shù)字化工具的應(yīng)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(lǐng)域中的有關(guān)現(xiàn)象、事物和規(guī)律，具有時間和空間的復(fù)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(nèi)置的內(nèi)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(nèi)容。這樣的一個三維宇宙不僅能夠激發(fā)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(nèi)化和應(yīng)用。

（二）數(shù)字化工具在控制實驗中的應(yīng)用

隨著新課程的實施，課程的設(shè)計對學生動手實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)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(jù)生活中的體驗，提出電磁鐵的磁力大小與鐵釘?shù)拇笮∨c長短、粗細等因素有關(guān)。傳統(tǒng)的實驗是使用電磁鐵吸引大頭針，根據(jù)大頭針的數(shù)量判定電磁鐵磁性的強弱，但學生操作起來容易手抖而導(dǎo)致實驗不準確，同時數(shù)大頭針也會浪費一定的時間。而引入磁感應(yīng)傳感器，通過可視化的磁感應(yīng)強度數(shù)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(shù)的大小發(fā)現(xiàn)區(qū)別、促進思考，大大激發(fā)學生的體驗興趣。

（三）數(shù)字化工具在理想實驗中的應(yīng)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(jù)觀察的事實和生活經(jīng)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(shù)學方法進行邏輯推理，從而用多媒體來輔助表達。

（四）數(shù)字化工具在觀察實驗中的應(yīng)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(fā)現(xiàn)學生喜歡觀察，但對實驗現(xiàn)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(gòu)造。但直接解剖或用放大鏡觀察花的各部分結(jié)構(gòu)時，各細小結(jié)構(gòu)如雄蕊、雌蕊很難觀察清楚，甚至會被忽略，導(dǎo)致學生無法正確認知各種花的結(jié)構(gòu)。而體式顯微鏡可以更清晰地向?qū)W生展示花朵各部分結(jié)構(gòu)，使學生更準確地區(qū)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(yōu)秀的實驗過程和結(jié)果進行展示交流。

三、數(shù)字化工具應(yīng)用的意義

（一）提升學生的科學素養(yǎng)

受傳統(tǒng)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(zhì);重動手、輕思維的假探究活動現(xiàn)象。利用數(shù)字化教學資源可以擴展實驗教學內(nèi)容，涉及更多的知識領(lǐng)域，激發(fā)學生的想象力和創(chuàng)造力。數(shù)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(guī)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(yè)發(fā)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(wù)，是一個既現(xiàn)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(shè)計與研究切入，梳理出教材中適合使用數(shù)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(yōu)秀的教學設(shè)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(shù)字化工具的探究實驗，教師還需要學習許多的相關(guān)理論、文獻資料和數(shù)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(fā)生著很大的變化，數(shù)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(shù)字化技術(shù)日新月異的發(fā)展和教師能力的提升，數(shù)字化的科學實驗資源庫將不斷地得到完善和發(fā)展，對培養(yǎng)多學科領(lǐng)域的人才起到不可替代的作用。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2017.

（責任編輯? 李? 芳）