例談數字化探究儀器在小學科學實驗課中的應用

蔣波

[摘要]小學科學實驗課堂上，大多數教師因使用傳統的實驗設備和器材，往往會碰到許多微小的實驗現象學生難以發現、學生自主實驗后整理的數據與理論上的數據存在出入、實驗現象不明顯或模糊不清讓學生產生困惑等問題。這種情況下，許多教師常用的做法往往是將書中描述的實驗現象或者相關結論告訴學生，敷衍了事。本文通過教學實踐探討這種情況下數字化探究儀器的應用方法及優勢。

[關鍵詞]小學科學實驗 數字化探究儀器 傳統實驗設備

一、引入數字化探究儀器釋疑實驗爭議數據

數字化探究儀器因其精密性高，穩定性強，在實驗中往往起到關鍵性的作用。如在蘇教版小學科學四年級《冷熱與溫度》一課，教材中有這樣一個實驗，連續測量一杯熱水10分鐘降溫時的溫度變化，并能發現其中的規律。A教師在課堂中使用常規的紅液溫度計進行實驗，在教師的統一計時下（每2分鐘記一次溫度），學生連續測量水溫，最后整理數據時發現熱水降溫的規律有幾種，既有先快后慢的規律，也有沒有規律的情況，更有均勻下降的規律。教師在面對學生實驗數據時顯得手足無措，匆忙中只好亮出自己的結論：熱水降溫規律只有一種——開始降得快后來降得慢。出現不同規律的原因是因為實驗中操作的失誤。學生們只好在被動中接受教師給出的結論。B老師在執教這節課時，使用了溫度傳感裝置，并給每小組配置平板電腦配合電腦軟件實時顯示溫度的變化。學生通過精確的溫度傳感裝置，清晰地看到溫度的變化，并得到了準確的數據，最終都得出了熱水降溫有先快后慢的趨勢。同樣的實驗，B老師使用數字化探究設備，讓學生對于溫度細小的變化都能準確地捕捉到，從而解決了學生使用傳統實驗設備所產生的爭議數據的問題。

再如蘇教版小學科學六年級《節約能源與開發新能源》一課中，有這樣一個對比實驗：對比白熾燈與熒光燈哪個發光效率高。A老師這個實驗中，一般會選擇相同功率的兩只白熾燈和熒光燈，然后在相同的條件下，讓學生感覺發光的效果。實驗中學生只能通過感覺去分辨，結果許多學生對哪個發光的效率更高難以判斷。有的說是白熾燈，有的說是熒光燈。此時傳統的實驗方式已經使學生對實驗結論產生了爭議。而B老師在此處引入了能顯示熱量的數字化傳感器，然后指導學生將數字化傳感器分別放在白熾燈與熒光燈兩側，然后隨著電源接通，電腦軟件上顯示著亮度值與發光輻射距離兩個數值。隨著時間的推移，學生看著電腦上的數據并討論，不一會就得到了結論：熒光燈發光效率更高，因為亮度值更大，發光輻射的距離更遠。同樣的實驗，B老師通過引入數字化的探究儀器，學生很容易的感知以前用傳統儀器無法直觀感受到的現象。將現象由感性的認知上升到理性的數據分析，更能激發學生的科學探究熱情，培養了學生嚴謹的科學探究態度。

二、引入數字化探究儀器使實驗效果更加明顯

蘇教版小學科學六年級《變色花》一課，有一個實驗環節：利用紫甘藍汁檢測自己帶的物品的酸堿性。A教師按照課本的要求，制作了紫甘藍汁。學生利用紫甘藍汁進行檢測，實驗中學生們能檢測出部分物品的酸堿性，如白醋會看到明顯的變紅的現象；如小蘇打也能看出讓紫甘藍變綠的現象。但對于一些如可樂、洗發水、洗潔精等就不那么容易分辨了。這時教師利用PH試紙來進行測試，但效果也不是特別的明顯。學生們對身邊物品的酸堿陛并沒有直觀的感知。B教師在這個環節中，引入了數字化PH測試儀，可以明確測出物質的酸堿性，在課堂中，學生一旦使用紫甘藍汁和PH試紙無法測試時，教師就讓他們使用數字化PH測試儀進行檢測，學生很快就能發現相應的酸堿陛。課堂效率得到提高，學生也收獲了成功。

使用數字化探究設備，可以幫助學生觀察到難以觀察到的實驗現象，從而激發學生的實驗探究興趣，獲得科學素養的提升。

三、引入數字化探究儀器拓展探究的多樣性

蘇教版小學科學四年級《小車的運動》一課，有一個實驗環節：有哪些因素影響小車的運動速度？課堂中，學生通過討論列舉出幾種因素如：拉力的大小、小車的載重量大小、輪子的多少，都可能會影響到小車的運動。面對這么多的假設，A教師是這樣處理的，利用傳統器材如秒表、線、鐵圈，讓學生根據自己喜歡研究的問題進行研究，結果每一小組研究的都不一樣，最終結論就花樣很多，看似百花齊放，其實每個小組探究的只是自己研究的一塊，對其他小組研究的不甚了解，也不關注，最后反而失去了實驗的初衷。B教師是這樣處理的：規定學生一個因素一個因素的利用傳統器材去實驗去研究。由于時間關系，一節課的時間學生只能研究一個問題。教師只好將其他因素留給學生課外去探究。學生大多帶著遺憾離開了課堂。而C教師則在本課中引入光電門感應設備，不采用傳統的秒表記錄的方式，把計算的時間交由電腦完成，自動繪制時間表。學生很快就能看到實驗結果，然后能得出自己的結論。學生們興致盎然地一個因素一個因素去探究，一節課下來，學生利用數字化感應設備完成了多種因素的探究，收到了很好的效果。

適當的引入數字化探究設備，可以在一節課的時間中，讓學生經歷多種科學探究。豐富學生的經歷，提升學生的科學素養。

四、在普通探究設備無法完成實驗時引入數字化探究儀器

蘇教版小學科學四年級《加熱與冷卻》一課，有這樣的探究環節：探究固體的熱脹冷縮現象。A教師選擇銅球和一個鐵環的實驗裝置，期待的實驗效果是：把銅球加熱后發現不能穿過鐵環，冷卻后銅球就可以穿過鐵環。實際教學效果卻是：不管學生加熱多久，總是有幾個小組的銅球可以穿過鐵環。接著冷卻后，也有幾個小組的銅球無法穿過鐵環。學生們的意見不一，教師只好告訴學生們這些器材質量不好，事實是固體有熱脹冷縮的特性。而B老師則采用一套固體熱脹冷縮感應設備，然后對銅絲進行加熱，設備上很明顯地顯示出銅絲的粗細變化，加熱時銅絲的直徑在不停地變化，數據直觀地顯示出來，接著再將銅絲放入冷水中，銅絲的直徑也在不停地變化。學生們在此過程中感受到了固體的熱脹冷縮現象。

綜上所述，在小學科學實驗過程中，當使用傳統設備無法幫助我們更好地進行實驗觀察的情況下，使用數字化探究設備可以幫助我們更仔細地觀察到現象，得到正確的結論。