數字化探究進入小學科學課堂之我見

鮑峰

【摘 要】人類已進入數字化時代，隨著信息技術不斷發展，我們的思維方式、學習方式和生活方式正在悄悄地改變著。數字化實驗設備參與到小學科學探究，突破了傳統實驗的局限，實現了學習形式、研究方式、分析方法和認識過程的轉變，從而促進學生更深刻地認識科學本質。

【關鍵詞】數字化;探究;小學科學

一、實驗儀器新型化，學習形式由驗證向探究轉變

科學學習要以探究為核心，細看小學生所開展的科學實驗，其實基本都屬于以探究為形式的驗證性實驗。真正的探究性實驗非常少，其原因是小學生現有的水平不太可能有探究性實驗，還有小學生所用的實驗器材相對比較落后，實驗室里的溫度計、測力計這些儀器已經離我們的生活太遠了。如今人類已進入數字化時代，數字化實驗儀器對當今的小學而言并非陌生，有些學生甚至已經對數字化儀器（如電子溫度計）有了一定了解，并已形成了科學前概念。我們需要在小學科學實驗中應用一些全新的實驗儀器來采集數據，根據可見的數字做實驗分析，這樣才能從重視知識傳授的驗證性實驗向重視培養學生科學素養的探究性實驗轉變。

二、數據采集精準化，研究方式由定性向定量轉移

1.變模糊為精準。在小學科學教學中，傳統實驗的數據采集不可避免地受到很多外在因素的干擾，導致測不準。教師引入高科技數字設備后，可以讓數據采集避免人為的干擾，使采集的數據更精準、可靠。數字設備能有效采集傳統實驗室不可能采集到的數據，把傳統實驗室只能定性采集的數據定量化，促使學生更專注于實驗數據的討論與分析。例如“誰先落地”這個探究活動中，傳統實驗導致誤差的因素很多，如松手時間是否同時，物體下落高度，肉眼觀察……而借助光電傳感器就能精準地記錄物體下落時間。實驗中只要安裝兩個光電傳感器，由于光電傳感器對光非常敏感，有物體經過時，測得的數據會突然下降，根據這個原理記錄經過第一個傳感器的時間，即為起點時間，再記錄經過第二個傳感器的時間，即為終點時間，然后自動計算出物體下落時間。

2.化細微為有形。在小學科學教學中，空間上細微過程人眼難以觀察，我們可以借助于顯微鏡實現細致的觀察。時間上的細微變化難以捕捉，難以記錄，成為學生開展探究的一個難點。例如“最大靜摩擦力的測量”，這類實驗往往只能定性研究，或者用多媒體模擬演示。怎樣突破這個難點呢？只要借助一個力傳感器，這個問題就迎刃而解了。實驗時可以用力傳感器拉動小車，一開始小車與桌面是有靜摩擦力的，所以是靜止不動的，但表示拉力大小的曲線在不斷上升，即靜摩擦力也在不斷增加。當小車開始運動的一瞬間，表示拉力大小的曲線到達最高點然后突然下降。曲線最高點所對應的拉力大小就是小車與桌面之間的最大摩擦力。數字化傳感器實時采集數據，記錄數據，實現了時間上細微過程的實驗過程數據自動記錄，可以將細微的現象轉化成明顯的現象，不僅實現了瞬間現象的“可視化”，還實現了數據記錄的連續性。

三、數據處理智能化，分析方法由繁瑣向高效改變

利用數字化技術與實驗教學結合，可以將數據采集器、傳感器和計算機軟件、硬件組成多功能的測量系統，能快速、精確、實時地采集數據，并自動記錄和分析處理。由于大大節省傳統實驗數據的記錄、計算和分析的時間，使實驗分析由繁瑣轉向高效。隨著對科學探究研究的深入，我們越來越多地認識到：真正的探究發生在孩子的頭腦中，著力培養孩子的科學思維力，提升孩子的科學智慧，才是我們課堂的重心，所以在數字化科學課堂上加強對數據的科學解讀，這才是學生科學思維發展的關鍵。數字設備不是課堂的主角，而是絕對的配角，科學教師要充分發揮數字實驗室“實時采集，實時處理”的優點，讓學生在數據梳理的過程中不斷地分析、歸納，得出結論，從而透過數據發現其背后的深刻科學道理，使學生不僅關注于數字化探究中測得的數據，而且更加注重發現數據背后的科學本質，促使學生的科學思維得以升華。

四、實驗結果形象化，認識過程由感性向理性飛躍

1.結果轉化為數字。人類對任何具體事物的認識，都是從感性認識開始的。人通過眼、耳、鼻、舌、身等接觸客觀事物，形成對客觀事物的感性認識。但人類對自然現象的認識不只停留在感性認識階段，還會去尋找其產生、發展的原因和規律，從而由感性認識上升為理性認識。對小學生而言，他們的科學觀察和實驗大多停留在感性認識的階段。例如“聲音”這節課，教學目標是讓學生認識聲音的特征，利用自己的感官分辨出聲音在高低和大小的差異。但通過一番似是而非的分辨，由于學生感官的局限和差異，他們對聲音的高低、大小規律沒能形成一致的結論，難道學生對聲音的認識只能限于此嗎？我們何不借助聲音傳感器來測出聲音的高低、大小，來彌補人類感官的不足呢？數字化儀器在小學科學實驗中的應用，輕松地采集到了豐富的實驗數據，克服了傳統實驗儀器的局限，實現了學生的認識由感性向理性的飛躍。

2.數據轉化為圖形。以圖形的方式認識世界是人類最便捷的認識方式之一，視覺能力是我們獲取世界信息的重要能力。人類進化過程中，人腦最先接觸圖像而后才接觸文字，每一種技術的發明都是人類進步的表現，上述的這種理解世界的認識方式與互動方式產生深刻的變化。對于數字化探究來說，如果僅僅滿足于數據的獲得，顯然難以符合小學生的身心發展特征，難以達到理想的教學效果。相比較簡單的數據，形象的圖形似乎更能符合小學生學習的特點，更能夠有效地激發學生的學習興趣。從另外一個角度看，現在的學生由于從小接觸到各類視覺媒介，對圖形的敏感程度要顯著高于數據和文字。因此在科學教學中，如果將圖形巧妙融于學生的探究活動中，符合小學學段年齡特征，同時能夠有效幫助其認識到事物的表象和內部結構之間的關系，更加深刻地認識科學的本質。

（作者單位：江蘇省蘇州工業園區方洲小學）