小學科學實驗教學的數字技術介入及可視化研究

陸新麗 胡林

摘? 要：當今社會，科技發展是以信息科技發展為先導的，數字技術的發展已成為當今科技發展的一個重要標志，科技的發展離不開數字技術的發展。而小學科學課程中，數字技術的介入，為學生在科學課堂中的發展增加了更多的可能。在實驗教學中，數字技術的介入更是直接將學生的科學探究變得更為可視、直觀，有利于學生獲得豐富的直觀感知，讓學生的思維發展有理可依、有序可循，讓學生的思維訓練更為有效，科學能力更為高效發展。

關鍵詞：實驗教學;數字技術;可視化

小學科學課程學習中，科學探究是主要的學習方式，學生的科學探究與數字信息技術有眾多聯系點，課堂實驗教學中，有效利用數字技術的直觀性、多元性、靈動性等特點，為學生的實驗認知創設更為適宜的學習環境，讓學生在有學習困難時，通過數字技術的介入，使實驗更為直觀、可視，讓學生在這樣優化的實驗中獲得更為豐富的感知，促進學生更全面、更深入的認知，獲得更為有效的實驗技能訓練，孕育更為科學的思維發展基礎，讓學生的科學素養及探究能力在數字技術介入下實現全面升級。

在此，筆者對小學科學實驗教學的數字技術介入及可視化路徑進行了一定的研究，力求通過數字技術的介入及可視化，促成可視化的觀察，豐富經歷性的感知，提升科學素養。

路徑一：數字技術介入，讓實驗現象可視

（一）看清，讓學生在清晰觀察中思考

小學生的科學學習崇尚“眼見為實”，可在具體教學中，很多實驗現象是微觀變化累積形成的宏觀表象，從微觀到宏觀的過程中，學生有著巨大的認知鴻溝，這就需要我們適時地運用數字技術地介入，突破學生看不清的微觀觀察，讓學生把看不清的看清，在看不清的微觀觀察中實現看得清、看的明。

例如我們都知道，在教學物理變化與化學變化的初步認識時，最本質的理解是“新物質”的產生，而蠟燭燃燒是經典的認識“是否有新物質產生”的最便捷的實驗之一。但筆者在實際教學中發現，學生對蠟燭火焰上方的鐵片“變黑了”這一現象的感知存在偏差，部分學生認為是蠟燭燃燒產生的“黑煙”，部分學生認為是鐵片被烤焦而發黑。此時，常規的引導方式是引導學生觀察黑灰的分布的區域、特點，再用小刀刮一刮，可以看到“黑灰”，我們還可以告知學生“黑灰”即蠟燭燃燒產生的“碳”。但仍有一部分學生堅持，黑灰是被刮下來的烤焦的“鐵”，此時，我們將“電子顯微鏡頭”對準鐵片“黑煙”聚集區域，學生在數字技術的介入下，直觀地看到“黑色的小顆粒一點一點聚集、堆積，直至整片發黑”，讓學生在肉眼看不清、搞不明、有混淆的“黑煙”和“烤焦的鐵”中，不再會有“烤焦的鐵”這一感知，完全是“蠟燭燃燒產生黑煙”的直接觀察和科學認知。

（二）看全，讓學生在宏觀架構中探索

人類獲得的90%的信息來源于眼睛，但人眼有局限，很多現象我們都無法看全，但是，利用數字技術的介入，就可以將學生觀察螞蟻的活動變得更為深入和全面。

例如，學生除了觀察螞蟻身體的結構，我們還可以讓學生觀察電子顯微鏡下的螞蟻，電子顯微鏡的應用，讓學生可以將螞蟻的身體結構特征看的更全，讓螞蟻的肢體活動的特點及規律看得更明白，對螞蟻的觀察興趣更強烈。

看透，讓學生在現象本質間體悟

在小學階段，學習的科學知識，進行的科學探究中，都特別強調“親身經歷”，但在實際教學中，從“親身經歷”到“真實感知”再到“科學認知”，存在著一定的障礙。借助數字技術的介入，就可以突破這一障礙。

例如“聲音的傳播”的認知中，學生要通過實驗發現“聲源振動產生聲音”、“固體振動引起空氣振動傳播聲音”這兩步，前一現象是顯而易見的，后一現象卻很難明顯觀察到，因此，筆者借鑒了一些實驗改進方案，借助強光筆和反光膜，讓學生在各種不同的聲源振動下，看到空氣振動引起的反光膜振動，并通過強光筆，將振動現象放大，學生在一只強光筆的介入下，對“固體振動引起空氣振動傳播聲音”有了直觀、深刻的感知。

此外，我們學習音量的大小時，借助手機的揚聲器功能，不僅可以保障實驗音量的一致，還能讓學生對聲音的大小一目了然。

路徑二：數字技術介入，讓實驗過程可視

（一）長期觀察凝縮——高效

小學生的科學觀察，大多是短時的實驗觀察，但在很多情況下，長期觀察是必要的，例如學生在學習《太陽與影子》一課時，學生利用指南針確定方位擺好日影記錄紙后，要做到每小時記錄一次時有很大困難的，但在無風的陽臺，利用網格紙，放上手機延時攝影，學生的日影觀察記錄就可以輕松獲得。在延時攝影中，我們可以看到自己的日影觀察裝置在一天中呈現的日影運動變化，學習收獲更多。六年級觀察霉時，利用手機的延時攝影，也能讓學生看到霉菌生長的全過程，對于部門霉變的食物是否可食用學生也有明確的直觀感知，有了準確強烈的判斷。

（二）瞬時觀察重復——強化

學生的實驗觀察中，生物觀察是難點，生物的很多行為是瞬時完成的，但利用數字技術，卻可以讓這些瞬時完成的動作可重復觀察。例如觀察蝸牛的爬行，觀察蝸牛的吃食，都可以利用手機的顯微攝影功能，讓小型動物瞬時完成的動作可以重復觀看。

（三）巨型現象建模——理解

人類的浩瀚的宇宙，不過是一粒微塵，微觀的觀察學生有障礙，宇宙的運動這樣宏大的現象觀察更是無法實現。但是，在數字技術的介入下，我們可以運動FLASH進行模擬，讓學生通過對日地的模擬運動的觀察，了解日地的運動規律。

參考文獻

[1]? 楊繼國.數字技術支持下的小學科學觀察實驗教學策略[J].科學大眾（科學教育），2018（07）：60.

課題名稱：本文系無錫市教育科學“十三五”規劃2018年度教師教學研究專項課題“小學科學實驗教學的數字技術介入及可視化研究”研究成果，課題編號A/E/2018/012