數字化實驗點亮科學課堂

長沙市天心區沙湖橋小學 黃佳妮

數字化時代已然到來，教育也要與時俱進。隨著教學方式的不斷創新，數字化實驗逐漸被引入課堂，如何讓傳統教學方式與現代新興技術在科學課堂中開出并蒂蓮花，值得我們深思。

一、數字化實驗讓科學課堂更具說服力

數字化實驗是指在小學科學課堂上運用實時測量、數據采集分析和智能控制等先進技術，將實驗過程中一些不可見或者難以觀察的實驗現象利用信息技術來呈現。

（一）實驗過程“可視化”

在傳統實驗中，學生動手操作并用肉眼觀察現象，會受到不少客觀因素的影響，導致實驗結果出現偏差。

比如《聲音的高與低》一課中教材實驗是：學生撥動鋼尺使其振動，通過觀察鋼尺振動的快慢（即振動頻率），判斷鋼尺振動快慢對音調的影響。由于物體振動速度快、振動幅度小，學生很難通過肉眼直接觀察到明顯的實驗現象。

圖1 學生通過撥動鋼尺探究振動頻率對音調的影響

為此，我將聲音傳感器靠近振動物體，用波形圖表示音調的變化幅度：當音調變高時，傳感器振動頻率變快，所呈現的波形圖內的曲線變化幅度大；當音調變低時，傳感器振動頻率變慢，所呈現的波形圖內的曲線變化幅度小。

將抽象的振動“可視化”后，學生只需觀察波形圖內的曲線變化便可知振動頻率對音調的影響。

圖2 用電腦顯示音調變化幅度的波形圖

（二）采集數據“智能化”

傳統實驗往往受時間、空間的影響較大，而數字化實驗工具可以設置系統自動采樣、連續采樣、定時采樣等多種數據采集模式，實現數據采集智能化。

比如在教《天氣》一課時，教師通常采用口述或者播放視頻的方式讓學生了解天氣的變化以及各類天氣的特點，學生無法獲得深刻的感知。

我借助數字化實驗工具運用PBL 教學模式開展教學，讓學生在不同的天氣情況或者同一天的不同地點手持風力傳感器、濕度傳感器、PM2.5傳感器等傳感設備采集風力、濕度、PM2.5 等數據，分析不同天氣的特點，這樣不僅簡化了實驗過程，還提高了學生的參與度。

（三）實驗測量“精準化”

數字化實驗工具可以用精確的數字來呈現實驗現象。在教科版小學六年級下冊第二單元“物質的變化”《小蘇打與白醋的變化》一課中，氧氣和二氧化碳都是無色無味且肉眼不可見的氣體，傳統的實驗是通過檢測氣體能否讓燃燒的蠟燭熄滅或者讓澄清的石灰水變渾濁來驗證二氧化碳是否生成。而蠟燭燃燒所產生的二氧化碳較少，且空氣中也有二氧化碳，導致實驗現象不明顯，無法證明氧氣減少了。

圖3 用點燃的蠟燭檢測小蘇打與白醋反應是否生成不支持燃燒的氣體

借助數字化實驗工具中的含氧量傳感器、二氧化碳傳感器及溫度傳感器能有效避免這些外界干擾。在實驗前，我將含氧量傳感器和二氧化碳傳感器放入瓶中，測得瓶內氧氣和二氧化碳的含量，實驗后再檢測一次，通過比對反應前后兩種氣體量的變化得出結論。

數字化實驗工具將抽象的實驗現象轉換成具體的實驗數據，幫助學生更好地理解實驗原理，加強學生記憶。

圖4 用傳感器檢測小蘇打與白醋反應后瓶內氣體含量的變化

圖5 學生操作集成電路

二、數字化實驗工具應用的意義

隨著數字化實驗的不斷發展，數字化信息工具已經滲透課堂，小學科學實驗課堂會更高效、更深入、更有趣。運用數字化實驗工具可以有效拓展科學探究的領域，激發學生探究的積極性和主動性，提高課堂實驗效率，給學生留出更多時間和精力思考、創新。

三、數字化實驗帶來新挑戰

數字化實驗雖然科技含量高，實驗現象可視化，但也帶來新挑戰。

（一）器材價格高

購入一套能滿足45 名學生的班級實驗教學的數字化實驗工具起碼需15 萬元，這遠遠高于購買傳統實驗器材的費用。

（二）器材損耗大

數字化實驗器材都是由微小的零件、芯片和集成電路組裝而成，小學生好奇心重且操作不熟練，導致材料損耗率高，維護費用高。

（三）簡單問題復雜化

數字化實驗操作便捷，易弱化學生的實驗操作能力，教師盲目使用數字化實驗工具，會降低學生的參與度。

因此，科學教師要提升對數字化實驗的認知，科學地使用數字化實驗工具，讓數字化實驗點亮科學課堂。