數字化轉型為《水遇冷以后》教學注入強大動力

〔摘 要〕 本研究通過對小學科學《水遇冷以后》課程的教學實踐，探索并驗證了數字化傳感器對優化高質量課堂的效果。研究表明，數字化傳感器可以豐富教學內容，創新教學方法，改進教學評價，提高學生的主動性、科學探究能力以及知識理解和遷移能力。具體來說，溫度傳感器實時顯示的溫度變化曲線，讓抽象規律具象化，有利于培養學生學習興趣、觀察分析和小組合作的能力。開放互動的網絡教學平臺，拓寬了學生自主學習的廣度和深度。接下來需要進一步加強教師數字化教學能力建設，開展相關的教學研究，擴大數字化設備特別是傳感器技術在科學教學中的應用，以持續推進小學信息化教學實踐。

〔關鍵詞〕 小學科學；數字化；高質量課堂

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2024） 23 064-066

一、引言

（一）研究背景

國家高度重視數字化轉型對教育的影響，提出并實施了一系列戰略部署，如建設網絡強國等戰略決策，推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合，建設數字中國、智慧社會等。近年來的大規模在線教育實踐，也使我們深刻認識到數字化轉型對教育的重大意義，面對新時代新要求，教育數字化轉型勢在必行，教育數字化轉型的紅利期已來臨。

當前教育數字化轉型面臨諸多難題亟待解決。如：教學資源建設仍不夠，優質數字化資源供給不足，共享和流通機制有待健全；教師數字化教學能力整體較弱，教學方式和思維待轉變，如何在短時間內實現能力建設也是個難題；教學評價方式亟待改革創新，科學的教學質量評價體系的構建迫在眉睫。這些都是當前教育數字化轉型進程中亟待解決的現實問題，需要立足實踐不斷探索完善數字化轉型路徑，以推動教育內涵式發展。

（二）研究意義

本研究立足當下教育數字化轉型的現實需求，針對轉型過程中存在的突出問題，通過調查分析、案例研究等方式，探索適合我國國情的教育數字化轉型路徑。研究將為推進教育數字化轉型提供理論指導和現實借鑒，具有重要的現實意義。

研究可以明確數字化轉型的目標要求和科學路徑。結合國內外成功經驗，明確我國教育數字化轉型的戰略目標，提出切實可行的轉型路徑建議。

研究可以拓寬數字化轉型的應用領域。將數字技術與多樣化教學實踐相結合，不斷拓展和豐富數字教學應用場景，促進教學內容、方式方法、手段等全面數字化轉型。

研究可以提升教育數字化轉型質量。針對實踐中存在的問題和局限，研究可以提出改進轉型質量的對策建議，不斷優化完善數字化轉型進程。

二、數字化賦能下高質量課堂的新特征

（一）教學內容

數字化轉型為教育教學注入了強大動力，推動著教學內容的不斷豐富和更新，內容更加豐富多元化。傳統課堂受時間空間限制，教學內容比較局限。數字技術打破了這些限制，教師可以利用網絡中豐富的教學資源，將更多元的內容引入課堂。如在《水遇冷以后》課堂教學中，教師運用了賽靈格網學3.0系統、平板電腦、實時投屏等數字化設備及內容資源，豐富了水蒸氣凝結、水結冰凝固等教學內容，使知識點更加立體化。

（二）教學方法

數字化轉型極大地豐富和拓展了教學方法，構建了高質量課堂教學新生態。具體來看，數字化賦能下高質量課堂的教學方法主要呈現以下特點。

一是數據收集更加完整科學。傳統課堂主要依賴人工來觀察和記錄實驗數據，精確性較差。而在數字化課堂中，學生可以利用各類傳感器收集實時數據，并由系統自動完成數據分析工作后通過屏幕共享實時數據。

二是教學討論更加高效。數字技術打通了課堂教學的時空局限，教與學的交互討論可以跳出常規課堂，更好地激發學生的主體地位。如賽靈格網學3.0中設置了溫度變化討論區，學生可以在任何時間加入討論，教師進行適時引導，更好地激發學生的學習興趣，提高學習效果。

三是教學手段更加豐富。在數字化課堂中，圖像、語音、視頻等數字化教學手段可以相互促進、融會貫通，構建立體化的教與學交互。綜上所述，數字技術推動教學方法實現由簡單線性到立體互動的躍進，是構建高質量課堂的有力抓手。

三、數字化教學設備優化《水遇冷以后》課堂的應用與效果

（一）應用方案

1.課前準備

為保證數字化傳感器能夠有效地優化《水遇冷以后》這節課的教學效果，我在課前進行了充分準備。明確和深入地分析了本節課的教學目標、內容和重難點，并據此設計了數字化實驗教學方案，具體如下表1所示。

我提前準備好了所需的數字化教學設備，主要包括：溫度傳感器、平板電腦、投影儀等。我檢查了設備功能，確保在課堂教學中能正常應用。我還準備了冰塊、鹽等實驗材料，并精確材料用量，供學生小組開展探究實驗。這些準備工作確保數字化實驗教學得以順利實施。

2.課中使用

在《水遇冷以后》的課堂教學中，我用季節問題引入話題，讓學生思考并預測水的三態變化過程和溫度變化情況。學生提出自己的看法后，我安排他們進行小組探究實驗——利用溫度傳感器觀察并自動記錄水在結冰過程中的溫度變化。學生需要分工合作，正確操作設備，并在平板電腦上自動繪制溫度變化曲線。具體的探究步驟如下表2：

總的來說，在《水遇冷以后》課堂中應用數字化傳感器開展小組探究，實現了教學內容、教學環境、教學方法的有機融合。這不僅使學生加深理解、提高實踐能力，也使我能根據實時反饋調整指導策略，全面提升學教評一致性的效果。

3.課后統計

課后我對數據進行了統計分析，主要內容和效果如下：首先，我整理歸納了學生小組在實驗過程中收集的溫度變化數據。在凝結這個環節中，我們通過猜測等方式來判斷溫度的變化情況，從而收集學生的前概念，通過尋找證據以及數據分析來驗證自己的猜測是否正確，最后得以解決問題。傳統的酒精溫度計能夠記錄溫度，但存在測量時間差、溫度敏感度不夠、易碎等缺點。在數字化條件下，采用溫度傳感器可每隔1分鐘自動記錄并自動生成溫度曲線圖，學生便可以有更多的時間用以分析數據的變化情況，從而提高學習效率，采用溫度傳感器記錄溫度也更符合溫度變化的自然規律，讓科學在生活中真實發生。

（二）教學效果

1.學生主動性提高

在《水遇冷以后》的教學實踐中，數字化傳感器的應用顯著提高了學生的學習主動性，具體表現在以下幾個方面：新穎的數字化設備激發了學生濃厚的好奇心和興趣。小組探究中，學生積極主動地操作溫度傳感器，調整參數，測試連接，確保設備正常工作，平板電腦上顯示的溫度曲線也吸引了學生的注意力。

2.學生探究實踐能力增強

溫度傳感器可以實時顯示數據變化，學生可以通過觀測、比較、找規律等科學探究方法研究水凝固現象，得到豐富的第一手資料。雖然只是一個簡單的溫度測量活動，但對小學生來說是真實的科學探究活動；學生通過學習連接設備，調節參數，制作表格，繪制曲線圖等，硬件操作和軟件應用的能力得到全面提高。數據分析也訓練了查找不同點、比對相同點等基本思維方法。小組合作模式培養了團隊探究的素養。小組成員分工負責設備、記錄、分析、匯報的模式，讓學生在交流和協作中完成探究任務，互相監督、互相幫助，團隊意識和合作精神明顯增強。

3.學生知識理解和遷移能力提高

在《水遇冷以后》的教學實踐中，數字化傳感器的應用顯著增強了學生對水變化規律知識的理解，并促進了知識的遷移應用。主要效果如下：一是直觀的溫度曲線助力概念理解。溫度實時可視，準確反映了水凝固的全過程，學生通過反復觀察討論，深入理解了水結冰的階段性及溫度變化特征，對水三態變化的科學概念也得到了鞏固。二是具體數據支持科學推理。精確的溫度數據讓抽象規律具體化，學生從數據中找出證據，理解凝固釋放熱量的科學原理。三是多樣評價促進遷移應用。網絡平臺的測試檢測了學生對科學概念的掌握程度，生活案例引導學生將知識應用于實際，如水瓶結冰、吃火鍋眼鏡起霧等典型案例，知識遷移的廣度和靈活性都得到提升。可見，數字化傳感器優化的課堂不僅增強了學生對核心知識點的理解，也拓寬了知識遷移的應用面，奠定了科學素養的基礎。

四、對策與展望

（一）加強數字化教學能力建設

本課教學實踐表明，數字化傳感器可以有效優化課堂，但要進一步發揮其應用價值，必須抓好教師數字化教學能力建設，主要對策有：加強數字化教學理念更新。組織教師學習數字教育的理論知識，重構教學理念，以學生為中心，著眼能力和素養培養，充分認識和運用數字化手段的優勢，為教學更新提供理論支撐，擴大數字化教學方法研究。線下可以舉辦數字化教學競賽，評比應用傳感器、平板電腦、賽靈格網學3.0等技術開展科學探究的精品課程，選聘評委給予專業指導，以競賽帶動數字化教學能力的整體提升。

（二）加強課堂教學研究

為更好發揮數字化技術的作用，需要從以下方面加強研究：研發適用的數字化教學模型。結合小學科學教學特點，開發可以標準化操作的數字化課堂教學模型，使之可以復制推廣，如設計通用的探究任務模板、開發配套的教學流程和指導方案等。明確數字化教學的理念主線，提煉總體設計思路，同時處理好傳統教學法與數字化教學法的關系，形成教學方法的更新機制。總結每階段的研究成果，提高研究的積累性。

（三）推廣和應用數字化教學設備

推廣和應用數字化教學設備的建議如下：舉辦示范課活動，邀請專家，選派教師，利用數字化傳感器開展高質量示范課。同步直播，全市教師在線觀摩學習，增加示范課的覆蓋面，提高各學校教師的數字化教學技能。提供設備技術支持。調查各校數字化設備配備與網絡基礎設施情況，重點解決可能制約數字化教學應用的短板。對經濟欠發達學校予以傾斜支持，建立定期檢修、不定期更換的設備維護制度，確保教學需求得到滿足。依托網絡平臺，創建小學科學教學創新聯盟。教師可上傳數字化課堂設計、彼此學習優質資源、開展線上交流研討、協同準備公開課等。形成學習型組織，打造專業化培訓和支持基地，鼓勵教師開展項目合作研究，與高校進行產學研合作，共同申報數字化教學的科研項目。

參考文獻

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