談數字化工具在科學實驗教學中的應用
——以《變色花》一課的教學為例

江蘇宿遷市湖濱新區余娟學校（223800）陳小衛

對于小學科學而言，數字化工具的引入有效解決了傳統實驗探究當中難以完成的任務，極大地提升了實驗操作的精準性以及科學性。當前，如何更好地應用數字化工具開展科學實驗教學，仍然是小學科學教師應當思考的問題。作為科學教師，應不斷總結經驗、推陳出新，借助數字化工具真正打造高效的小學科學課堂。

《變色花》是蘇科版教材六年級上冊《物質在變化》單元的內容，也是筆者2018年參加江蘇省優質課評比的課題。當初之所以選定這個課題，源于自己教學的一點感悟：當上完本課后，學生用自制的酸堿指示劑檢測弱酸、弱堿性液體時，發現這些液體無法使紫甘藍汁變色，導致學生誤以為這些液體是中性物質。后來，筆者通過對教材進行解讀及查閱相關的文獻資料，對本課的教學內容、教學方法、材料選用等方面做了大膽的嘗試。首先，用榨汁機制取的紫甘藍汁檢測常見液體的酸堿性；其次，用PH筆檢測弱酸、弱堿性液體的酸堿性；最后，通過對比、分析、交流，總結出液體酸堿性的科學概念及酸堿性強弱規律。

【教學過程】

教學片段一：用紫甘藍汁檢測常見液體的酸堿性

實物出示：白醋、肥皂水、紫甘藍汁（用榨汁機制取而成）

師：老師這里有一杯紫甘藍汁，看一看它是什么顏色？

生：紫色。

師：如果用滴管取一些紫甘藍汁滴入白醋中，會怎樣呢？誰愿意來試一下？紫甘藍汁發生了什么變化？

生：哇！紫甘藍汁變紅了。

師：如果再用滴管取一些紫甘藍汁滴入肥皂水中，又會怎樣呢？誰再來試一下？紫甘藍汁又會發生什么變化？

生：紫甘藍汁變成了綠色。

（課件出示雪碧、洗潔精、龍井綠茶、蘇打水、石灰水、檸檬水這6種常見液體的圖片，其中雪碧、龍井綠茶、蘇打水、檸檬水為飲料產品）

師：它們中哪些能像白醋一樣使紫甘藍汁變紅呢？哪些能像肥皂水一樣使紫甘藍汁變綠呢？大家想研究嗎？

生（異口同聲）：想。

（學生動手操作和觀察）

師：實驗完成的小組，請根據紫甘藍汁的顏色變化給這6種液體分類。哪位同學愿意匯報一下你們組的實驗結果？

生1：讓紫甘藍汁變紅的液體有雪碧、檸檬水、蘇打水，讓紫甘藍汁變綠的液體有洗潔精、石灰水、龍井綠茶。

（學生邊匯報，教師邊把液體圖片貼入“紅”、“綠”相對應的欄目中）

師：有不同意見嗎？

生2：我認為龍井綠茶沒讓紫甘藍汁變綠，因為龍井綠茶本身就是綠色的。

生3：蘇打水沒讓紫甘藍汁變成紅色，應該是變成淡紫色。

師：你們可以把蘇打水使紫甘藍汁變化的顏色，同檸檬水、雪碧使紫甘藍汁變化的顏色對比一下。

生：顏色的確不同。

師：我們把使紫甘藍汁顏色變化不明顯的龍井綠茶、蘇打水單獨放在一列。（教師貼圖片）我們根據紫甘藍汁的顏色變化情況，將以上的6種液體分成了三類?？茖W上把像雪碧、檸檬水這樣能使紫甘藍汁變紅色的物質叫酸性物質；像洗潔精、石灰水這樣能使紫甘藍汁變綠色的物質叫堿性物質；像紫甘藍汁這樣能夠分辨出物質的酸性和堿性，所以我們把它稱為酸堿指示劑。

（教師板書）

師：那么，沒有使紫甘藍汁變色的蘇打水、龍井綠茶到底是什么物質呢？酸性？堿性？還是別的物質？先思考2分鐘。

師：誰來說一說？

生4：蘇打水和龍井綠茶應該是中性物質，我在科普書上看到，物質分為酸性物質、堿性物質和中性物質。

生5：我認為蘇打水和龍井綠茶應該是酸性物質，因為它們和雪碧、檸檬水一樣都是飲料。

生6：不對。龍井綠茶應該是堿性物質，因為龍井綠茶的主要成分是茶葉，茶葉里含有茶堿。

生7：我認為龍井綠茶是酸性物質，感覺它還是有些變紅色的，可能是被自身的顏色遮擋住了。

生8：蘇打水應該是堿性物質，我在電視中看過關于蘇打水的介紹，說它是一種弱堿性水，多喝對人體有好處。

教學片段二：用PH筆檢測常見液體的酸堿性

師：老師這里有一個比較精密的儀器——PH筆，如果把它放入液體中，顯示屏內會出現液體酸堿度的數值，我們把這個數值叫作pH酸堿度。下面，我們來認識一下PH筆的基本構造和使用方法。（課件出示）

師：每檢測一種液體，PH筆的這些使用步驟都要重復一次，使用過的清洗劑也要及時更換。大家還有不明白的地方嗎？

生：沒有。

師：請材料員到臺前重新領取一組實驗材料，組長把實驗桌上的材料放入抽屜內。用PH筆檢測一下蘇打水和龍井綠茶的酸堿性，并記錄好數據。

（學生動手探究）

師：請記錄員把你們組測得的數據填入這個統計表內。

液體pH酸堿度統計表

師：看了這些數據，你們有什么發現？

生9：每組測得的蘇打水和龍井綠茶的pH酸堿度有些不一樣。

師：相差大嗎？

生10：不大。蘇打水的pH酸堿度都在7.5左右，龍井綠茶的pH酸堿度都在6.2左右。

師：這種微小的誤差在科學上是允許的。還有別的發現嗎？

生11：蘇打水的pH酸堿度大于龍井綠茶的pH酸堿度。

師：如果把它們的pH酸堿度與數字7進行比較呢？

生12：蘇打水的pH酸堿度大于7，龍井綠茶的pH酸堿度小于7。

師：科學家規定，pH酸堿度小于7的物質是酸性物質；pH酸堿度大于7的物質是堿性物質；pH酸堿度等于7的物質是中性物質。所以蘇打水是什么物質？龍井綠茶是什么物質？

生13：蘇打水是堿性物質，龍井綠茶是酸性物質。

師：想不想用PH筆再來驗證一下雪碧、檸檬水這兩種酸性物質的pH酸堿度是否真的小于7？同時，也驗證一下洗潔精、石灰水這兩種堿性物質的pH酸堿度是否真的大于7。

生：想！

（學生動手實驗，教師用手機拍取數據，并利用手機、電腦同屏軟件出示數據）

師：雪碧、檸檬水的pH酸堿度小于7嗎？

生：小于7。

師：洗潔精、石灰水的pH酸堿度大于7嗎？

生：大于7。

師：我們再來仔細觀察這些數據，看還有沒有什么新的發現。

生14：石灰水的pH酸堿度最大。

生15：檸檬水的pH酸堿度最小。

生16：酸性物質的pH酸堿度不一樣，堿性物質的pH酸堿度也不一樣。

師：這些不同的pH酸堿度中又蘊含著怎樣的科學知識呢？請看大屏幕——科學小知識。

屏幕顯示：pH酸堿度的應用范圍在0～14之間，相同條件下，酸性物質，pH酸堿度越小，酸性越強；堿性物質，pH酸堿度越大，堿性越強。（學生默讀）

師：這6種液體中誰的酸性最強？生：檸檬水。

師：誰的堿性最強？

生：石灰水。

【處理與優化】

從以上教學過程我們不難看出，數字化工具PH筆的介入與使用，不僅彌補了紫甘藍汁無法檢測弱酸、弱堿性物質的缺陷，讓實驗中獲得的數據更精確、解釋更有說服力，還凸顯了以下幾個亮點。

1.借助數字化工具，培養學生創造性思維

小學科學的教學目標之一便是培養學生的科學素養以及良好的創新能力。因而，教師要注重小學科學中實驗部分的教學，并借助數字化工具的引入與使用，讓實驗更具有科學性、趣味性。同時，還可以借助數字化工具創設情境，讓學生主動參與實驗，高效完成傳統實驗所不能夠完成的探究活動。另外，教師應讓學生成為實驗課的主體，讓學生來改進和拓展傳統實驗，借助數字化工具進行創新，以此獲得更多的實驗體會，加深對此部分知識的理解，有效培養學生的創造性思維。

例如，當學生使用紫甘藍汁無法檢測蘇打水和龍井綠茶的酸堿性時，教師及時提出問題：“那么，沒有使紫甘藍汁變色的蘇打水、龍井綠茶到底是什么物質呢？酸性？堿性？還是別的物質？”由此引發學生思考，并讓他們嘗試解釋，從而讓學生利用原有知識經驗暴露出科學前概念，發生思維碰撞。這時，教師引入數字化工具——PH筆，讓學生發散思維進行操作，通過傳感器顯示的數字，清晰呈現實驗現象，并讓學生記錄、匯總數據，從縱向與橫向兩個方面對數據進行分析，最終建構起“pH酸堿度小于7的物質是酸性物質，酸性物質的pH酸堿度越小，酸性越強；pH酸堿度大于7的物質是堿性物質，堿性物質的pH酸堿度越大，堿性越強；pH酸堿度等于7的物質是中性物質”這一新的科學結論。這樣能夠細化實驗結果，也能夠在操作過程中培養學生的創造性思維。

2.借助數字化工具，變革科學實驗思路

數字化工具，作為一項信息技術含量極高的工具，是由多種類型的傳感器以及相關的數據采集器所構成。借助對實驗數據的采集，可以將實驗過程中的變量數字化、可視化，同時有效簡化實驗操作步驟，獲得深刻的實驗體驗感，讓學生更加樂于參與小學科學實驗。這樣可提升學生收集信息、處理信息的能力，培養學生的綜合科學素養，真正實現小學科學實驗教學的巨大變革。

例如，在教學片段二中，教師借助數字化工具能夠優化之前課程實驗的操作步驟以及操作思路，也能夠有效鍛煉學生的實驗操作能力，變革傳統的小學科學教學思路。具體而言，即通過PH筆將實驗數據可視化，讓學生在操作過程當中觀看到穩定、清晰、直觀的實驗現象，真正理解與掌握這部分的理論知識，提升自身的科學素養。

3.通過數字化工具，優化科學實驗方案

在傳統的小學科學實驗教學過程中，實驗活動器材的準備過程十分繁瑣，而且受時間、空間等因素限制，無法使實驗結果完全在當前的情況下得以呈現，而借助數字化工具可以改變傳統實驗的弊端，進一步優化實驗效果。

如進行本課的教學時，筆者刪除了教材上用紫甘藍制作酸堿指示劑這一內容，直接為學生提供用榨汁機制取的紫甘藍汁，并適時增添用PH筆檢測身邊常見液體的酸堿性這一環節。原因有三：一是本課的教學重點是辨別身邊常見物體的酸堿性，并發現物質變化是有規律的。自制紫甘藍汁耗時長，學生如果操作不當，還會把實驗桌上弄得到處是水，嚴重影響對物質酸堿性的進一步探索。而使用榨汁機制取紫甘藍汁易操作、耗時短，大大提高了課堂教學效率。二是用榨汁機制取的紫甘藍汁中的花青素含量較高，實驗時現象明顯（但仍然無法檢測弱酸和弱堿性液體）。三是借助數學化工具的應用來優化當前的實驗方案。PH筆具有精確、智能、易于操作等優點，將其運用在教學中，既能降低實驗的難度，提高實驗的效率，讓學生有更多的時間和精力整理、分析、交流實驗現象與數據，完成對新知識的自主建構，又有利于把定性實驗轉化為定量實驗，創新實驗的方法，讓學生通過操作能夠“看得見”液體酸堿性，以及不同的液體酸堿性強弱是不同的。

總之，將數字化工具應用在小學科學教學中，能有效改進傳統實驗，促進學生高效完成實驗任務，對實驗結論進行深入的探究，實現提升學生科學素養的目標。