實驗教學的數字化轉型

〔摘" "要〕" 科技進步推動著教育變革，數字化浪潮加速了課堂教學形態的重構，科學實驗教學在技術賦能下迎來新的發展機遇。傳統實驗教學存在資源受限、過程抽象、數據不直觀等問題，難以滿足學生對科學探究的深度需求。本文聚焦數字化背景下小學科學實驗教學的新樣態，圍繞情境創設、資源融合、實踐操作與項目化探究展開論述。通過數字化工具的創新應用，推動科學實驗從傳授知識向構建思維轉變，探索信息技術與科學教學深度融合的有效路徑。

〔關鍵詞〕" 小學科學；數字化轉型；實驗教學

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）17" " 0076-03

《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確指出，教師應利用信息技術輔助手段，如數字化實驗等，讓學生比較直觀便捷地學習相關知識。這一要求契合教育現代化的發展趨勢，深刻回應了科學教學實踐對技術賦能的需求。隨著數字化工具的廣泛應用，虛擬仿真、數據可視化與交互式實驗等技術手段構建了更具真實性的課堂情境，更直觀地呈現科學現象，使教學資源更加立體，以充分激發學生的實驗探究能力。

一、情境導入啟興趣，問題驅動助推探究

情境導入在小學科學實驗教學中起到“激發興趣、建構認知、喚醒經驗”的核心作用，數字化工具借助虛擬仿真、動畫模擬等手段，打破傳統課堂時間與空間的局限，為學生創造了直觀、沉浸的學習情境。借助動態情境，學生能夠快速聚焦科學問題，激發好奇心，形成探究驅動力。在實踐中，教師可依托數字化平臺進行多模態情境設計，結合虛擬實驗工具與多媒體資源，呈現具有真實性、動態性、情境化的科學現象。而問題驅動的關鍵在于設計逐層遞進的問題，引導學生循序漸進地分析現象、探究規律、歸納總結。

以教科版科學三年級下冊《月球——地球的衛星》一課為例，教師借助“愛阿仿真實驗平臺”，利用其3D虛擬仿真技術，為學生呈現月球的動態影像。在課堂教學伊始，教師展示月球圍繞地球公轉的3D動畫，平臺呈現月球圍繞地球公轉的3D動態影像，月相從新月、上弦月到滿月的變化依次展示。教師借助畫面導向思考：“月球正面與背面會是一樣的嗎？月球表面的環形山是如何形成的？”問題引發學生對月球未知領域的探究興趣，將注意力集中于科學問題的深入探析。隨后，教師利用平臺的虛擬實驗功能，組織學生開展“模擬制造環形山”的探究實驗。平臺精準設置托盤、細沙和不同大小的虛擬球體等實驗材料，學生在交互界面上選擇球體的尺寸、下落高度和撞擊力度，模擬“隕石”撞擊月球表面時的情境。在球體撞擊沙盤的瞬間，環形山形成的動態過程清晰可見，大小不同、重重疊疊的環形山依次呈現。實驗過程中，平臺實時反饋環形山的直徑、深度及分布規律，教師帶動學生結合觀察到的現象，分析撞擊力與環形山大小的關系，并提出假設：“月球上大量環形山的出現可能與長期的隕石撞擊有關?！?/p>

在虛擬實驗完成后，教師應用平臺內置的數據記錄與可視化工具，將學生實驗中的數據結果轉化為直觀的圖表，呈現不同球體在撞擊過程中形成環形山的直徑與深度對比。教師帶領學生結合平臺資料庫中的“月球小檔案”，了解月球直徑3500千米、年齡約45億年、與地球的平均距離38萬千米等基本參數，并引導學生思考月球無大氣層的特點導致隕石撞擊直接形成環形山。教師再次提出探究性問題：“月球的環境是否適合人類居??？哪些因素限制了人類在月球上生活？”學生基于實驗和資料中的數據，討論月球表面缺乏大氣、水源與氧氣的現象，進一步深化對月球環境特征的認知。

二、多元資源助體驗，虛實結合強調實效

多元資源在數字化小學科學實驗教學中具有“拓展認知、深化體驗、激活思維”的獨特作用，通過數字化工具與實體資源的融合，實現教學資源的豐富性、立體性、動態性。數字化資源包括虛擬實驗平臺、三維仿真模擬、交互式數據采集系統，實體資源涵蓋實驗器材、自然實物與生活素材，兩者在教學中形成“虛實共生”的有機結合，既滿足學生實驗操作的體驗需求，又彌補了單一資源在教學中的局限性。課堂互動依托多屏聯動技術，構建“教師主導、學生探究、資源輔助”的學習環境，激發學生深層思考，優化實驗體驗，推動科學實驗教學向“高效、立體、實證”的新樣態邁進。

在教科版科學四年級下冊《簡易電路》一課的教學中，教師借助“NOBOOK虛擬實驗平臺”的交互式電路仿真實驗功能，將抽象的電路概念轉化為可視化的操作體驗，構建虛實結合的多維實驗教學場景，推動學生在真實操作與數字化仿真中進行深度探究。課堂教學伊始，教師通過平臺資源展示動態場景：一盞家用電燈被點亮，隨即出現電流流動路徑的動畫軌跡，清晰呈現電流在閉合電路中的運行過程，直觀地喚起學生對電路現象的認知興趣。在此情境下，教師提出核心問題：“電流是如何流動的？怎樣才能讓電路中的小燈泡亮起來？”教師帶領學生依托平臺的虛擬實驗功能，進入“簡易電路搭建”模塊，逐步開展電路的虛擬組裝實驗（如圖1所示）。學生在3D仿真環境中，自主選擇電池盒、導線、小燈泡、燈座等元件，利用平臺提供的拖拽功能將各元件連接成回路。連接完成后，平臺實時反饋小燈泡是否點亮的結果，并在虛擬電路圖中動態顯示電流路徑，利用箭頭標示出電流的流動方向。對于連接錯誤的情況，平臺提供“錯誤定位”提示，幫助學生快速調整連接方法。教師在實驗操作過程中帶動學生思考，啟發其進一步探究：“電流在什么情況下能夠持續流動？電路中哪些元件是必備的？”

在虛擬電路實驗的基礎上，教師將學生帶入實體操作階段，借助電池盒、導線、小燈泡與開關等實體材料，引導學生將虛擬電路轉化為真實電路的搭建過程。學生按照虛擬實驗中總結的連接方法，分步完成電路組裝，觀察小燈泡亮起的現象，驗證虛擬實驗的準確性。在此基礎上，教師指導學生加入開關元件，帶動學生動手將開關安裝到電路中，控制小燈泡的亮滅。在開關的開合過程中，學生清晰地觀察到電流在通斷狀態下小燈泡發光與熄滅的變化，初步理解了電路中“閉合”與“斷開”的概念。

三、科學實踐重動手，設計外顯思維過程

科學實踐重動手，在數字化小學科學實驗教學中具有“體驗深化、技能培養、思維驅動”的核心作用，學生通過動手實踐實現對科學現象的感知和理解。在實踐中，實驗設計作為“科學思維的外顯過程”，具有建構邏輯和解決問題的雙重價值。數字化工具賦予實驗設計新的深度，借助虛擬平臺與數據采集技術，學生能夠精準控制實驗變量、可視化呈現現象以及量化分析數據。動手操作與數字化技術的融合，推動學生在實驗過程中形成“提出假設—構建步驟—結果驗證”的完整探究鏈條。

比如，在教科版科學六年級上冊《不簡單的杠桿》一課的教學中，教師利用了“PhET互動仿真實驗平臺”的“平衡探究實驗”模塊。課堂教學伊始，平臺呈現高清動態圖像，展示生活中常見的杠桿工具——撬棍、剪刀、蹺蹺板等的實際使用場景，畫面中動態標示力的作用點與支點位置，讓學生初步感知杠桿在改變力的作用效果方面的功能（如圖2所示）。教師帶動學生觀察現象后提出核心問題：“如何調整物體的位置和重量，使杠桿達到平衡？”問題直指探究核心，逐步構建科學實驗設計的思維路徑。

教師帶領學生進入“平衡探究實驗”模塊，平臺提供可交互的虛擬實驗環境，學生利用鼠標選擇如1kg，2kg，5kg的砝碼，并將其拖拽到杠桿的不同位置。平臺界面實時反饋物體距離支點的力臂長度、物體重量數值及力矩大小等實驗數據，幫助學生精準控制變量，探究力臂與力矩的關系。在實驗過程中，平臺自動生成杠桿的動態平衡狀態，實時展示力矩變化，借助箭頭標示力的作用方向與大小，使杠桿平衡原理的抽象概念逐步具象化。在不斷調整物體質量與位置的過程中，學生進行假設驗證，嘗試不同的擺放組合，記錄杠桿達到平衡時的關鍵數據。平臺內置的數據采集分析功能將實驗過程中記錄的數據量化整理，生成直觀的折線圖與柱狀圖，展現力矩與距離之間的關系，推動學生歸納總結杠桿平衡的規律。

教師在虛擬實驗的基礎上帶動學生進行實體操作，借助木板、三角支點和不同質量的砝碼，復現虛擬實驗中的操作步驟，驗證實驗結論的可靠性。在這一過程中，學生測量砝碼與支點的距離，記錄實際的力臂與力矩數據，將實驗現象與虛擬實驗的結果進行對比分析，探究虛擬與現實實驗的異同點。教師指導學生運用手繪與數字化繪圖工具，精確繪制實驗裝置圖，標注支點、用力點及力臂長度，幫助學生建立杠桿系統的清晰邏輯關系。學生根據實驗數據進一步驗證“力臂長度與力矩大小成正比”的規律，逐步形成科學結論。

四、項目學習探方法，真實任務促進創新

探究項目學習方法在數字化小學科學實驗教學中具有“方法建構、任務驅動、創新培育”的深層作用。項目學習以任務導向為核心，將科學知識與實驗實踐有機結合，借助數字化技術拓展項目情境的真實性，形成動態探究的學習路徑。教師在項目學習設計中，依托任務驅動設定具體而復雜的項目情境。在任務實施過程中，借助虛擬仿真技術再現實驗情境，引導學生分析問題并篩選資源，形成問題鏈與方法鏈系統。在數據采集與實驗操作環節，運用動態反饋工具記錄與分析實驗數據，引導學生基于“變量控制”與“對比分析”優化探究路徑，形成科學解決方案。在呈現成果階段，運用智慧平臺實現數據可視化展示，引導學生對項目結果進行證據論證，推動實驗設計的迭代。

在教科版科學五年級下冊《水的蒸發和凝結》一課的教學中，教師借助“央館虛擬實驗”平臺，設計了一個以“探究水的蒸發和凝結過程”為主題的項目學習活動。該平臺融合了AI，3D，VR等前沿技術，能夠高度還原物理、化學、生物、科學等學科的實驗現象。教師首先帶動學生回顧生活中常見的水蒸發和凝結現象，隨后在平臺上發布項目任務，要求學生設計并完成一個實驗，探究溫度對水蒸發速度的影響。學生通過虛擬實驗功能，選擇不同的水樣和溫度，并在平臺上實時調整實驗參數，如水量、溫度和環境條件，觀察不同設置下水蒸發現象的變化。平臺提供的實時數據采集和反饋功能，使學生能夠清晰地分析實驗數據，理解溫度與水蒸發速度之間的關系。學生在實驗過程中，還可以通過可視化圖表實時查看數據變化，并借助平臺內置的虛擬分析工具，進行更深層次的探討。實驗完成后，學生利用平臺的報告生成工具撰寫實驗報告，總結實驗過程中的觀察，并通過平臺與同伴共享成果。教師借助平臺的實時任務發布與資源管理功能，及時為學生提供反饋，解答疑問，引導學生更好地完善實驗設計。最終，借助平臺內的虛擬實驗室，學生能夠模擬復雜的實驗情境，在數字化環境中充分進行自主探索，深化對水蒸發和凝結現象的理解。

數字化轉型為小學科學實驗教學注入了新的活力，推動課堂結構與教學模式不斷優化。從情境創設到問題驅動，從虛實結合到項目化探究，數字化工具拓展了科學實驗的廣度，使教學資源更豐富，實驗過程更精準，探究路徑更系統。

參考文獻

[1]牛世保.虛擬實驗在小學科學實驗教學中的實踐[J].河南教育（教師教育），2024（9）：32-33.

[2]趙慧聰.聚焦學生思維能力發展的小學科學實驗教學策略[J].亞太教育，2024（10）：35-37.

[3]謝惠敏.基于核心素養的小學科學實驗教學探究[J].華夏教師，2024（13）：78-80.

[4]徐小妍.小學科學實驗教學中實施合作探究策略研究[J].國家通用語言文字教學與研究，2023（9）：173-175.