契合·整合·融合：將信息技術應用于科學教學

科學課程標準在科學課程資源開發與利用中提到，教師要善于選擇與組合各種適宜自身教學實際的課程資源，創設真實教學情境，利用信息技術輔助手段，如虛擬仿真實驗、數字化實驗等，讓學生比較直觀便捷地學習相關知識。將信息技術應用于科學教學，可以讓實驗效果更為顯著，幫助學生觀察到可視化的實驗現象，使實驗分析更加精確。

一、契合學習需求，現象從抽象到可視

教師要基于學生的認知起點，契合他們的學習需求，利用信息技術為他們的學習提供真實的場景。一方面能夠突破時空的局限性，增強空間感知能力，另一方面能使學生進入真實情境，激發他們的學習興趣。

1.捕獲現象，再現真實情境

3D演示動畫能夠突破傳統實驗的局限性，為學生提供嶄新的學習情境，如地震、火山噴發等自然現象的再現，細胞的運動、宇宙大爆炸等微觀和宏觀層次的再現。五年級“地球表面的變化”單元的學習是以探究式學習為主，多元學習方式相融合，體現基于真實情境問題猜測地表變化的成因，通過模擬實驗、圖文資料等學習方式，搜集證據，關聯記錄，形成概念以及對問題的解釋。3D演示動畫能夠從不同空間角度呈現地球表面的變化過程，如利用Mozaik3D軟件播放全息演示動畫，讓學生有交互式體驗、學會空間表述，提升科學課堂的效率（如圖1）。

在《火山噴發的成因及作用》一課中，汲取生活情景的真實要素，可以從生活中發生的實時新聞中選擇。火山噴發的成因比較抽象，教師可以給學生布置具體的學習任務，讓他們觀看相關的3D全息演示動畫，以三維空間視角觀察火山噴發的現象，從而將實驗材料與自然因素、實驗現象與自然現象、所得證據與解釋問題建立聯系，逐項進階。學生發現火山噴發和之前學習的地震災害都處于板塊邊緣地帶，同時也了解到后火山噴發有間歇泉、噴氣孔等現象產生。以地球表面的變化為邏輯線，學生在探究活動中認識地球的地形地貌是地球內外因素共同作用形成的。

2.揭開暗箱，增強課堂體驗

在四年級“聲音”和“呼吸與消化”單元中，教材以圖片形式展示耳朵、呼吸器官、消化器官的結構，對學生來說，構建這些器官與功能對應的關系有一定的難度。教師利用3D演示動畫，能夠讓學生從不同的空間視角清楚地觀察到不同器官之間的位置關系，揭開身體暗箱，增強他們的空間感知能力，激發其學習興趣。

在《食物在身體里的旅行》一課中，教師以物體在身體里經歷哪些器官為驅動問題，借助VR技術，讓學生能夠清晰地觀察到食物經過口腔、食道、胃、小腸、大腸等器官，并且對于這些器官的順序和在人體內的位置都有明確的認知。同時，這也讓學生發現消化器官和其他器官也緊密連接在一起，并不是孤立存在的，每個器官都有相對應的功能。

3.立體呈現，突破時空限制

六年級“宇宙”單元要求學生基于事實經驗建構模型。受制于時空限制，針對這些內容的教學，教師可以利用數字化實驗改進傳統課堂，通過三維立體動態展示，將觀察整個宇宙由“不可能”變為“可能”。結合三維立體圖像、視頻、動畫等多媒體資源，動態地再現宇宙科學的現象和過程，使原來靜態的科學內容變得立體而生動，讓學生沉浸到宇宙世界之中。通過觀察、記錄、推測、建模、研討、閱讀等方式，教師引導學生一步步地探索宇宙。在信息技術的支持下，學生能夠更加互動化、個性化地學習宇宙相關知識。

二、整合技術資源，效果從細微到顯著

將信息技術與科學整合，將微視頻用于實驗教學，能使復雜、抽象的實驗知識更直觀、立體，使學生更容易理解事物的本質規律。在科學課堂上利用慢鏡頭、延時攝影、GIF動畫等多樣化展示，能放大實驗效果，便于學生交流互動。

1.慢鏡頭解決觀察難點

在三年級《物體在斜面上運動》一課實驗探究活動中，在教師指導下，學生有目的地系統觀察，發現“滾動”和“滑動”的不同的運動情況。另外，教師積極搭建技術支架，利用慢鏡頭視頻強化運動的特點，讓學生如實記錄現象，深入研究。

在實驗過程中，由于小立方體和小球的運動速度過快，不利于學生觀察物體與斜面的接觸面是否改變，教師可以拍攝慢鏡頭視頻。慢鏡頭能夠讓學生清晰地觀察到立方體始終只有一個面和斜面接觸，而小球和斜面的接觸面是在不斷變化的。這樣使物體的運動軌跡形象化，直觀展示抽象的科學知識，讓學生更好地理解和接受實驗教學。按物體的運動形態來分，滾動可分成平動和轉動，本課涉及的“滾動”是平動和轉動相結合（如圖2）。學生畫出物體的運動路線，是他們從實物模型抽象為心智模型的認知過程。

2.延時攝影解決記錄難點

一些科學實驗觀察課程，如《鳳仙花開花了》《種子發芽實驗》《觀察綠豆芽的生長》《蠶的一生》等課程，在40分鐘有限的課堂上往往不具備觀察條件，難以展現動植物的變化。這些觀察活動一般是放到課后讓學生觀察，但他們難以捕捉全過程的細節。由此，教師可以利用延時攝影，在視頻編輯中調整播放速度，讓學生能夠在課堂上短時間內對研究對象整個變化過程進行細致觀察和記錄，提升課堂效率。

3.GIF動畫解決操作難點

GIF動畫通過有趣的動態、聲音和特效吸引學生，提高他們的學習積極性。[1]例如，在《做一個指南針》一課中，通過任務的明確，讓學生了解到指南針的結構并掌握其工作原理，知道指南針最關鍵的部分是磁針。把鋼針變成磁針的方法，對于二年級學生來說略有難度，因此，教師在GIF動畫里加上特殊符號和聲音提醒：按住鋼針的一端，用條形磁鐵的一個磁極沿同一方向摩擦鋼針，用力多摩擦幾次，注意不能來回摩擦，也不能把整根鋼針都摩擦（編者注：此問題可參考本刊2022年第8期卷首文章）。

三、融合思維發展，分析從粗略到精確

實驗是科學探究的重要途徑，要通過科學實驗得出正確的科學結論，關鍵在于獲取實驗證據的準確性。要獲得科學的實驗數據，讓學生的思維從定性到定量，教師可以借助數字化實驗、虛擬實驗和相關手機App軟件。在科學課堂中將其與信息技術深度融合，能突破傳統課堂中的教學難點，使學生直觀觀察到實驗現象，獲取準確的實驗數據，實現實驗結果的分析從粗略到精確。

1.有形數據，定量分析

數字化實驗是將傳感器和計算機連接，在實驗過程中進行定量采集和數據處理，并通過相關軟件系統，將實驗數據的大小和變化趨勢多樣化呈現。針對一些傳統課堂無法獲取、連續快速變化數據的實驗，利用數字化實驗能夠快速、準確地持續檢測，如溫度傳感器、聲波傳感器、力傳感器、光電門傳感器、微電流傳感器、心電圖傳感器指標的測量，讓數據從無形到有形。[2]同時，通過對研究對象的數量特征、數量關系和數量變化的分析，學生能夠更高效地分析問題、充分研討并得出科學結論。

在五年級《哪個傳熱快》一課中，學生運用比較和歸納的方法從實驗證據中發現物體導熱性能的差異。利用數字化實驗能更加科學地獲得實驗證據，讓熱在銅、鋁、鐵等金屬材料中傳導的溫度可視化，幫助學生完成對比實驗。在研究銅、鋁、鐵的導熱快慢時，教師可以出示溫度傳感器，利用微視頻指導學生連接儀器設備，用酒精燈同時給3種不同的金屬加熱，設置計算機每10秒記錄一次溫度，讓他們重點關注屏幕中的數據變化。利用數字化實驗的折線圖功能，讓實驗結果變得可視和定量。學生根據折線圖就能分析出在相同的條件下，不同材料制成的物體，導熱性能不同。

2.捕捉變化，產生關聯

在指導學生進行科學探究時，教師可以利用Star Walk、Stellarium、實時溫度計、形色等手機App軟件輔助教學，讓學生的科學學習更加形象化、情境化、多元化和智能化。

在四年級《聲音的高與低》一課中，學生常混淆聲音高低和聲音強弱的影響因素。在傳統實驗探究課中，教師通過敲擊不同水量的水杯或是彈撥小樂器，讓學生用耳朵聽來判斷聲音高低。對于一些學生來說，他們只能區分不同的聲音，很難分辨出哪個聲音高和哪個聲音低，更不用說把物體振動的快慢和聲音的高低關聯起來。這些探究活動只能讓學生對聲音的高低有初步的感性認識。實際上，在敲擊不同水量的杯子時，教師很難確保每次敲擊的力度是相同的，這也影響到了聲音的強弱，使學生對聲音的高低與聲音的強弱產生混淆。在探究活動時，各小組聲音交叉干擾，整節課下來難以達成學習目標。由此，教師可以利用聲音傳感器輔助教學，讓聲音可視化，促進學生建構科學概念。在手機App“數字傳感器”中有“振動分析”和“聲學分析”模塊，針對不同的聲音可以觀察到聲波線條的變化。在課堂上，教師指導學生聽不同頻率的聲音，觀察聲波形態的變化，分析聲音的高低與振動快慢之間的關系。

3.仿真實驗，延伸空間

仿真實驗是在計算機上用仿真軟件輔助或部分替代傳統實驗的軟硬件操作環境，讓實驗者可以像在真實的環境中一樣完成各種實驗項目，從而模擬現實的效果。仿真實驗強調與傳統教學融合，在融合中補充和完善，完成實驗方案的呈現、展示和研討。從單一的接受性學習方式轉變為體驗、研究、發現相結合的學習方式。教師需要分析教材中科學探究內容的特點，尋找數字化教學的實施點和落腳點，幫助學生選擇合適的信息技術工具。

在希沃白板5中有仿真實驗模塊和NB實驗，四年級“電路”單元的教學就能與信息技術充分融合（見表1）。如在學習《簡易單電路》時，可以利用仿真實驗。借助白板筆，學生練習連接簡單電路，當他們把導線正確連接到接線柱上，閉合開關，小電燈泡便會自動發光，電流流動的路徑也會動態呈現。即使學生把導線連接錯誤，也能馬上更改，避免了因短路產生的安全隱患。這樣不僅讓學生的學習過程高效而快捷，延伸了教學空間，也便于教師直觀判斷他們的學習情況，達到事半功倍的效果。

（作者單位：浙江省杭州市臨平區育才實驗小學教育集團荷花小學）

參考文獻

[1]董慧珊.基于微視頻突破實驗教學難點[J].湖北教育（科學課），2022（11）.

[2]李艷.聚焦數字力量 催化教學變革[J].湖北教育（科學課），2020（07）.