數(shù)字技術(shù)：優(yōu)化小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)的利器

胡 林

作者單位：江蘇省江陰市青陽實驗小學(xué)

小學(xué)科學(xué)課程是一門重視實踐的基礎(chǔ)性課程，它把綜合性探究活動作為學(xué)生學(xué)習(xí)的重要方式，強調(diào)在教師的組織和支持下，讓學(xué)生主動參與。教師應(yīng)在學(xué)生參與科學(xué)探究的過程中進行點撥，讓學(xué)生開動腦筋，積極進行科學(xué)探究。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)字教育技術(shù)逐漸進入課堂，直觀形象的多媒體圖片、視頻、網(wǎng)絡(luò)資源、學(xué)習(xí)軟件等成為學(xué)生進行科學(xué)探究的重要方式。數(shù)字技術(shù)與科學(xué)實驗教學(xué)的有機融合，是逐步培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、分析能力和解決問題能力的最佳方式，是當(dāng)今小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)的最佳模式[1]。

一、運用數(shù)字技術(shù)，激發(fā)實驗興趣

興趣在學(xué)習(xí)中的重要性不言而喻，興趣促使學(xué)生去追求知識、探索知識的奧秘。蘇霍姆林斯基曾說：“如果老師不想方設(shè)法使學(xué)生產(chǎn)生情緒高昂和智力振奮的內(nèi)心狀態(tài)，就急于傳授知識，不動感情的腦力勞動就會帶來疲倦。沒有歡欣鼓舞的心情，沒有學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)習(xí)就會成為學(xué)生的負擔(dān)?！币虼?，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)根據(jù)小學(xué)生的特點，運用信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，通過聲音、錄像、動畫等直接作用于學(xué)生的多種感官，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，豐富教學(xué)內(nèi)容，活躍課堂氣氛，調(diào)動學(xué)生求知的自覺性和積極性[2]。

例如，在蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級下冊“橡皮泥在水中的沉浮”一課的教學(xué)中，為了更好地吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的實驗興趣，筆者運用了“烏鴉喝水”這個故事的動畫視頻導(dǎo)入新課，讓學(xué)生邊看邊思考問題：“烏鴉為什么能喝到水呢？”為學(xué)生理解后續(xù)教學(xué)中出現(xiàn)的“物體排開的水量”這一概念做鋪墊。教師可以找一些類似的動畫作為導(dǎo)入。動畫具有直觀性、形象性和生動性，能刺激學(xué)生的感官，激發(fā)他們探究的興趣。同時，它能在短時間內(nèi)呈現(xiàn)與本課學(xué)習(xí)主題相關(guān)的內(nèi)容，讓學(xué)生的注意力聚焦[3]。

二、妙用數(shù)字技術(shù)，突破實驗難點

（一）實驗前，明確要點

教師應(yīng)在信息技術(shù)的支持下，明晰實驗方法，辨析實驗要點，讓實驗前的指導(dǎo)和準(zhǔn)備落到實處。如在蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級下冊“摩擦力的秘密”一課的教學(xué)中，教師組織學(xué)生研究“摩擦力的大小與什么有關(guān)”。學(xué)生用測力計測量拉動一個木塊用多少力。學(xué)生第一次用測力計測量力的大小，教師應(yīng)讓其明確操作要點，可用手機將操作演示投影到大屏幕上，學(xué)生通過觀看短片明確操作方法。實驗前，教師還可以圖片的形式出示操作方法的步驟，讓學(xué)生進一步明確該怎么操作。

（二）實驗中，突破盲區(qū)

在科學(xué)課堂中，利用數(shù)字技術(shù)能夠清晰地呈現(xiàn)實驗過程，能有效突破傳統(tǒng)演示實驗過程中學(xué)生對細微實驗現(xiàn)象的觀察盲區(qū)。例如，在蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級下冊“物體的形狀改變以后”一課中，在探究形變微小的玻璃瓶彈性這一難點時，筆者做了演示實驗。為了讓學(xué)生更清晰地看到玻璃管中水位的變化，筆者借助實物展臺和電子白板將實驗過程完整地呈現(xiàn)在電子屏幕上，放大聚焦現(xiàn)象。學(xué)生對形變微小的玻璃瓶彈性有了深刻的認識，突破了教學(xué)難點。在交流環(huán)節(jié)，借助視頻中的圖片截取，有針對性地進行分析，使學(xué)生打破思維瓶頸，思維順應(yīng)發(fā)展，更好地理解實驗過程[4]。

（三）實驗后，展示過程

在小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中，交流環(huán)節(jié)肯定是在對實驗現(xiàn)象的觀察、分析的基礎(chǔ)上進行的。尤其對于周期長的實驗，通過圖片、視頻的形式將主要實驗現(xiàn)象進行收集整理，有機展示，對于實驗分析交流特別重要。例如，在蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級下冊“鐵釘生銹了”一課中，學(xué)生為了研究鐵釘生銹的原因，進行了對比實驗。這個實驗觀察時間長，學(xué)生在最后交流時，僅憑記憶和文字，交流匯報明顯不實。為了彌補這一不足，教師可以將學(xué)生拍攝的實驗現(xiàn)象圖片整理成PPT 課件，學(xué)生作交流匯報時，圖文結(jié)合，循序漸進，清晰地呈現(xiàn)鐵釘生銹的過程、鐵釘生銹速度的變化特點，包括表面的鐵銹加速內(nèi)部鐵的生銹這樣的難點，也在信息技術(shù)的支持下變得更容易理解。

三、運用數(shù)字傳感技術(shù)，提高定量實驗的精準(zhǔn)性

小學(xué)科學(xué)中包含一些復(fù)雜的定量實驗。對于小學(xué)生來說，定量實驗操作起來比較煩瑣。如果實驗失敗，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)無疑是不利的。教師可以在定量實驗課上運用數(shù)字傳感技術(shù)輔助教學(xué)，這樣可以讓學(xué)生順利做好實驗，并且印象深刻。此外，數(shù)字傳感技術(shù)可以把實驗數(shù)據(jù)精確地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，可以培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)思維。但是，教師在使用數(shù)字傳感技術(shù)時要注意以下問題。第一，數(shù)字傳感技術(shù)相關(guān)的儀器比較昂貴，教師在課堂上要讓學(xué)生小心操作，避免產(chǎn)生不必要的破壞。第二，數(shù)字傳感技術(shù)相關(guān)的儀器在推出時是面向市場的，而教材中的實驗是純理論的，所以數(shù)字傳感設(shè)備在有些情況下并不能完成、佐證所有的實驗內(nèi)容。教師應(yīng)有選擇地使用[5]。

四、巧用數(shù)字技術(shù)，提高實驗效率

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師的板書、教具的演示、實驗數(shù)據(jù)的計算等，往往占用了一節(jié)課中不少的時間，學(xué)生沒有足夠的時間完成實驗，實驗數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致實驗誤差較大。實驗過程中運用數(shù)字技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集和匯總分析，可以在較短的時間內(nèi)完成對實驗數(shù)據(jù)的分析，并通過圖表的形式直觀呈現(xiàn)在學(xué)生面前，以便給學(xué)生充足的實驗時間，提高實驗效率。

在蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級上冊“冷熱與溫度”一課的教學(xué)中，連續(xù)測量一杯水溫度變化的規(guī)律時，由于首次使用水銀溫度計測量水溫，學(xué)生操作時還不夠熟練，所以課上來不及完成測量，而且讀數(shù)時誤差較大，最終熱水降溫的規(guī)律只能由教師總結(jié)歸納。數(shù)字溫度計的加入，使操作簡單方便，讀數(shù)零誤差，給數(shù)據(jù)分析提供了充分的時間和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，熱水降溫變化規(guī)律的得出也就水到渠成。后來，筆者還嘗試運用了帶有計時功能的溫度傳感器，它可以根據(jù)需求設(shè)置不同的時間間隔，異組異質(zhì)（1 分鐘間隔、2 分鐘間隔）開展實驗，自主獲取溫度數(shù)據(jù)，自動生成熱水降溫曲線圖，更直觀地展示出熱水降溫的變化規(guī)律。

實驗中，運用數(shù)字技術(shù)手段，可以幫助師生節(jié)省時間，降低實驗操作難度，彌補了傳統(tǒng)實驗中更關(guān)注定性實驗，忽略定量實驗的不足，引導(dǎo)學(xué)生更多地關(guān)注定量分析。同時，讓學(xué)生學(xué)會如何借助先進的儀器設(shè)備、數(shù)字技術(shù)，做好定量分析，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)、認識規(guī)律，從而提高實驗教學(xué)效率。

五、利用數(shù)字技術(shù)，拓寬實驗時空

數(shù)字技術(shù)把聲、光、形、色融于一體，動靜結(jié)合，直觀形象，充分調(diào)動了學(xué)生的多種感官，打破了原有課堂時空的制約，延伸和拓寬了教學(xué)時空，解決了教師難以講明白、課堂無法實現(xiàn)、學(xué)生難以聽懂的問題，從而有效實現(xiàn)了精講，幫助學(xué)生更快、更容易、更生動地理解教學(xué)內(nèi)容。

在蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級上冊“晝夜交替”一課的教學(xué)中，筆者先利用靜態(tài)圖片展示太陽東升西落、晝夜交替等現(xiàn)象，學(xué)生思維受到限制，不易明白現(xiàn)象背后的規(guī)律。于是，筆者搜索了大量的動態(tài)視頻代替靜態(tài)的畫面，有機結(jié)合展示，學(xué)生思維變得順暢活躍，跨越了理解障礙，很容易就理解了晝夜交替等現(xiàn)象都是由地球的自轉(zhuǎn)形成的。在隨后的教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)涉及宇宙的知識大多枯燥、艱澀、難懂，學(xué)生沒有直觀的體驗很難理解。流行的VR 眼鏡可以給學(xué)生帶來直觀的體驗，科學(xué)課堂實現(xiàn)了學(xué)習(xí)時空的拓展，原本很難理解的宇宙知識變得有趣易學(xué)，這些都是數(shù)字技術(shù)帶給科學(xué)課堂的改變。

六、運用App，提高自主探究的有效性

運用App 進行教學(xué)活動，不僅能夠突破時間和空間的限制，而且能將教學(xué)實驗以更加直觀形象的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前。同時，App 上有豐富的學(xué)習(xí)資源，學(xué)生可以運用App 來進行自主學(xué)習(xí)，從而促使學(xué)生更加積極主動地進行小學(xué)科學(xué)的探究活動。但是，教師也不宜過度運用App，教學(xué)的本質(zhì)是師生、生生的互動過程，而過度使用App 無疑會讓師生在“精神上”分離。同時，大部分App 為了搶占市場，都或多或少地帶有一定的娛樂性質(zhì)，會分散學(xué)生的注意力，導(dǎo)致事與愿違。

例如，在教科版小學(xué)科學(xué)四年級上冊“聲音的傳播”一課的教學(xué)中，包含“聲音在固體中的傳播”環(huán)節(jié)。在實驗中，筆者指導(dǎo)學(xué)生利用“分貝儀”App，實驗的效果非常好。在信息化時代下，教師應(yīng)該充分利用手機上的相關(guān)App，讓自己的課堂豐富多彩。

七、適用數(shù)字技術(shù)，提升實驗素養(yǎng)

隨著《全民科學(xué)素質(zhì)行動計劃綱要》的實施，一個全新的概念——“公民科學(xué)素質(zhì)”，逐漸走進人們的生活。《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，小學(xué)科學(xué)課程以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨，而提升科學(xué)素養(yǎng)的核心任務(wù)之一就是提升實驗素養(yǎng)。過去機械化的實驗操作、技能訓(xùn)練，束縛了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展，如今伴隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展、教學(xué)數(shù)字化手段的提高，學(xué)生的科學(xué)探究意識、實驗?zāi)芰?、科學(xué)素養(yǎng)得到了熏陶、培養(yǎng)和提升[6]。

（一）運用數(shù)字技術(shù)，提升學(xué)生實驗操作技能

俗話說，“少成若天性，習(xí)慣成自然”。因此，在學(xué)生開始實驗時就要讓學(xué)生學(xué)到規(guī)范的操作，避免讓不規(guī)范的操作成了習(xí)慣。為了達到這個目的，在日常實驗教學(xué)中，可以充分發(fā)揮數(shù)字技術(shù)的作用，讓學(xué)生對實驗操作的正確方法、步驟有明確的認知。明辨對錯，分清先后，明確要求，學(xué)生就能將正確的操作規(guī)范牢記在心，掌握正確的操作技能。

在講授蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級下冊“橡皮泥在水中的沉浮”一課時，讓學(xué)生通過實驗觀察并記錄橡皮泥放入水中后水面的變化情況。由于水面變化幅度較小，學(xué)生讀數(shù)又不規(guī)范，很容易出現(xiàn)較大誤差，影響實驗效率。這時，筆者就及時用高拍儀捕捉學(xué)生實驗時錯誤讀數(shù)的畫面，將它呈現(xiàn)在屏幕上，通過直觀展示仰視和俯視兩種不規(guī)范的讀數(shù)方法，讓學(xué)生知道仰視和俯視時讀數(shù)會出現(xiàn)誤差，使學(xué)生認識到自己讀數(shù)時的錯誤，從而教給學(xué)生正確規(guī)范的平視的讀數(shù)方法。這一過程也讓學(xué)生意識到實驗時操作要規(guī)范，否則就會采集到與實際數(shù)據(jù)誤差較大的實驗數(shù)據(jù)，影響實驗結(jié)果。

（二）運用數(shù)字技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度和求真的科學(xué)精神

科學(xué)精神包括勤奮、堅持、嚴謹、質(zhì)疑、求真、冷靜、客觀、創(chuàng)新、不畏困難、不唯書、不唯上、不唯古、不被現(xiàn)象所迷惑、思考問題不停留表面等，教師可以通過有目的地運用數(shù)字技術(shù)使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得到培養(yǎng)和熏陶。在日常教學(xué)中，很多教師更習(xí)慣于接受符合常規(guī)的實驗數(shù)據(jù)與結(jié)論，但在具體的實際操作中，往往會出現(xiàn)一些與已有實驗結(jié)論不相符的結(jié)論與數(shù)據(jù)。教師如果能將這些異常數(shù)據(jù)進行羅列和呈現(xiàn)，組織學(xué)生進行分析、思考，讓學(xué)生探討實驗發(fā)生“異常”的原因，則會使學(xué)生對實驗的操作規(guī)范、步驟安排有更為明晰的感知。在這個過程中，學(xué)生會很自然地養(yǎng)成嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度。

總之，信息時代的到來為科學(xué)教學(xué)注入了新的動力，數(shù)字技術(shù)作為輔助教學(xué)手段與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相結(jié)合，互相補充和完善，為小學(xué)科學(xué)教學(xué)帶來了新的方式方法，確保了學(xué)生形象思維和抽象思維的同步培養(yǎng)，為科學(xué)實驗教學(xué)提供了新型的學(xué)習(xí)資源環(huán)境和方法，提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。因此，教師還要不斷探索，挖掘潛力，讓數(shù)字技術(shù)在小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中發(fā)揮更大的作用。