數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中的應(yīng)用

尤志津

小學(xué)科學(xué)是一門以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的學(xué)科，在數(shù)字化時(shí)代，小學(xué)科學(xué)的數(shù)字化學(xué)習(xí)將表現(xiàn)出怎樣的特征，呈現(xiàn)出何種魅力是值得我們思考和實(shí)踐的重點(diǎn)。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠直接將測(cè)得的物理量以數(shù)據(jù)表格、坐標(biāo)圖像等形式呈現(xiàn)，具有可視性、直觀性的特點(diǎn)，配合手持分析儀使用還具有戶外拓展性。下面主要以案例形式探討數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中的應(yīng)用。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集不可避免地受到很多外在因素的干擾，導(dǎo)致測(cè)不準(zhǔn)。數(shù)字化探究儀器利用簡單的數(shù)字化技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，可以將數(shù)據(jù)集的時(shí)間大大縮短，能快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地采集數(shù)據(jù)，讓學(xué)生將更多的時(shí)間用到分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論中去，提高實(shí)驗(yàn)本身的精確度和可信度，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

案例一：探究一杯熱水變涼的規(guī)律

在蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)《冷熱與溫度》一課中，連續(xù)測(cè)量一杯熱水10分鐘溫度的變化，繪制圖像，探討溫度變化的規(guī)律。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)：學(xué)生在教師的統(tǒng)一計(jì)時(shí)下（每2分鐘記錄一次溫度），學(xué)生使用溫度計(jì)連續(xù)測(cè)量水溫，由于學(xué)生讀取溫度計(jì)不及時(shí)，最后整理數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)熱水降溫的規(guī)律有幾種：（1）有的呈現(xiàn)先快后慢的規(guī)律；（2）有的呈現(xiàn)均勻下降的規(guī)律；（3）甚至有的出現(xiàn)了時(shí)快時(shí)慢的無規(guī)律現(xiàn)象。教師這時(shí)只能告訴學(xué)生.熱水降溫規(guī)律只有一種：先快后慢。

在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課堂上，使用了溫度傳感裝置，給每個(gè)小組在實(shí)驗(yàn)探究室中配備電腦（或平板電腦），安裝數(shù)字化實(shí)驗(yàn)所需的專用軟件，可以實(shí)時(shí)顯示溫度的變化（也可以記錄下2分鐘時(shí)的瞬時(shí)溫度）。學(xué)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(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來繪制圖像，最終都能得出熱水降溫呈現(xiàn)先快后慢的規(guī)律。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)使實(shí)驗(yàn)效果更明顯

數(shù)字化儀器在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，輕松地采集到了豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的局限，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的認(rèn)識(shí)由感性向理性的飛躍。數(shù)字化設(shè)備在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中的應(yīng)用，可以讓學(xué)生觀察到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器無法觀察到的真實(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)過程、探究對(duì)象，有利于學(xué)生建立對(duì)實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí)，從而激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究興趣，利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

案例二：利用紫甘藍(lán)水檢測(cè)物品的酸堿性

在蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)《變色花》一課中，利用紫甘藍(lán)水檢測(cè)物品的酸堿性。學(xué)生利用紫甘藍(lán)水進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生們能檢測(cè)出部分物品的酸堿性，白醋會(huì)看到明顯的變紅的現(xiàn)象，而小蘇打能看出讓紫甘藍(lán)變綠的現(xiàn)象。但對(duì)于一些如洗衣液、沐浴露、洗滌精等生活中的常用物品不易分辨。利用廣泛PH試紙來進(jìn)行測(cè)試，但效果也不是特別的明顯。學(xué)生們對(duì)很多身邊物品的酸堿性并沒有直觀的感知。利用PH傳感器進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，可以直接測(cè)出物質(zhì)的pH酸堿度，從而判定物質(zhì)的酸堿性。在課后，學(xué)生有的利用PH傳感器對(duì)生活中其他物質(zhì)（如水果蔬菜等）的PH進(jìn)行測(cè)量，判定酸堿性，并比較不同物質(zhì)酸堿性的強(qiáng)弱。

三、數(shù)字化拓展實(shí)驗(yàn)使實(shí)驗(yàn)形式多樣化

科學(xué)的學(xué)習(xí)要以探究為核心，細(xì)看小學(xué)生所開展的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，其實(shí)基本都屬于以探究為形式的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。真正的探究性實(shí)驗(yàn)非常少， 是原因小學(xué)生現(xiàn)有的水平不太可能有探究性實(shí)驗(yàn)，還有小學(xué)生所用的實(shí)驗(yàn)器材相對(duì)比較落后。全新的實(shí)驗(yàn)儀器來采集數(shù)據(jù)，根據(jù)可見的數(shù)字做實(shí)驗(yàn)分析，這樣才能從重視知識(shí)傳授的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向重視培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的探究性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變。

案例三：探究影響擺快慢的因素

在蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)《擺》一課中，在探究影響擺快慢因素的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生對(duì)計(jì)時(shí)和松開擺錘不能同步，常常會(huì)出現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)論相悖的結(jié)果。往往對(duì)于錯(cuò)誤的結(jié)果會(huì)再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，雖然最終同樣獲取了結(jié)果，但在課堂上浪費(fèi)了大量的時(shí)間。在利用力學(xué)傳感器（限于條件，沒有專用傳感器）完成該實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以無視擺錘松開的時(shí)間，只需要在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)15s的圖像進(jìn)行分析就可以了，使實(shí)驗(yàn)的難度大大降低，結(jié)果的準(zhǔn)確性卻大大增加。

四、數(shù)字化探究儀器可以彌補(bǔ)普通實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不足

小學(xué)科學(xué)課上，大多數(shù)教師因使用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)器材，往往會(huì)碰到許多微小的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象學(xué)生難以發(fā)現(xiàn)、學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)后整理的數(shù)據(jù)與理論上的數(shù)據(jù)存在出入、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯或模糊不清讓學(xué)生產(chǎn)生困惑等問題。數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)在更新測(cè)量、分析工具的同時(shí)，顯著地提升了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，有利于學(xué)生構(gòu)建正確的科學(xué)知識(shí)。

案例四：案例四：探究固體的熱脹冷縮

在蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)《加熱與冷卻》一課中，探究固體的熱脹冷縮現(xiàn)象。選擇銅球和一個(gè)鐵環(huán)的實(shí)驗(yàn)裝置，期待的實(shí)驗(yàn)效果是：銅球加熱前可以穿過鐵環(huán)，加熱后發(fā)現(xiàn)不能穿過鐵環(huán)，冷卻后銅球又可以穿過鐵環(huán)。但實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是：不管學(xué)生加熱多久，總是有幾個(gè)小組的銅球可以穿過鐵環(huán)，也有幾個(gè)小組的銅球不能穿過鐵環(huán)。學(xué)生們的意見不一，教師只能告訴學(xué)生們這些器材設(shè)計(jì)規(guī)格不是特別精密，實(shí)驗(yàn)中存在一些誤差。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)采用一套固體熱脹冷縮感應(yīng)設(shè)備，然后對(duì)銅絲進(jìn)行加熱，屏幕上很明顯地呈現(xiàn)出銅絲的粗細(xì)變化，數(shù)據(jù)直觀地顯示出來，再將銅絲放入冷水中，銅絲的直徑也不斷地變化。學(xué)生們?cè)诖诉^程中直觀感受到了固體的熱脹冷縮現(xiàn)象。

五、結(jié)語

在設(shè)計(jì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)原理、方法要科學(xué)，實(shí)驗(yàn)要符合小學(xué)科學(xué)教學(xué)規(guī)律，遵循小學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，避免使實(shí)驗(yàn)復(fù)雜化，這樣才能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該圍繞實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)，針對(duì)教材中的重難點(diǎn)，不能因?yàn)橐桃馐褂脭?shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備而改變探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的主旨；要正確地認(rèn)識(shí)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要能夠使學(xué)生更易于接受，使得數(shù)字化實(shí)驗(yàn)更直觀。

總之，在信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的大環(huán)境中，教師要充分利用數(shù)字化優(yōu)勢(shì)，巧妙地將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備參與到小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)作用，體現(xiàn)其獨(dú)特價(jià)值，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)將更“科學(xué)”。

【作者單位：句容市華陽實(shí)驗(yàn)小學(xué) 江蘇】