U-S合作模式下數字化探究儀器在教學中的應用

◇林 麗（江蘇：常州市新北區(qū)河海實驗小學）

《小學科學課程標準》提到，科學課要積極倡導讓學生親身經歷以探究為主的學習活動，培養(yǎng)他們的好奇心和探究欲，發(fā)展他們對科學本質的理解，使他們學會探究解決問題的策略，為他們終身的學習和生活打好基礎。而數字化實驗教學，可以有效激發(fā)學生的探究興趣，讓學生經歷探究科學的過程，從而培養(yǎng)其探究科學的思維，學會探究的方法。隨著科技的進步，數字化探究儀器在學生探究性學習過程中發(fā)揮著越來越大的作用。

一、數字化探究儀器與U-S 合作模式概述分析

（一）數字化探究儀器

數字化探究儀器是一類新型實驗系統(tǒng)，主要由傳感器、數據采集器、計算機及實驗軟件包（專用軟件、通用軟件）等構成。傳感器是系統(tǒng)的核心，可以測量pH 酸堿度、光強度、氧氣含量等各種數據。而數據采集器則是數字化實驗的“顯示器”，它能夠直接顯示各種測量數據，以數字的形式最直觀地呈現給實驗者，也可以顯示繪制數據趨勢曲線，還可以對實驗設置進行保存，生成實驗模板，并對實驗結果進行保存。

（二）U-S合作模式

U-S 合作模式，即大學和小學在共享的合作理念指導下，通過建立一定的合作機制履行自身角色并進行互動的基本樣式。U-S 合作中的“U”是“univer‐sity”的簡稱，特指大學；“S”是“school”的簡稱，特指小學。因此，本文中的U-S合作模式是指大學與小學在科學資源共享的合作理念指導下，建構多元化合作平臺，以學生發(fā)展為本，以科學實驗為起點，充分利用大學的人力資源、智力資源、場地資源及相關科學技術資源，引導小學生進行科學實驗，提升科學素養(yǎng)，進而改革學校課程。在此過程中，雙方相互配合、相互支持，為實現建立新科學實驗體系和培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的目標而進行合作。

二、數字化探究儀器在小學科學教學中的應用

數字化探究儀器及技術作為現代科學技術手段，已經與實驗教學緊密結合。數字化儀器裝備與小學科學探究性實驗的有機結合，不僅可以讓實驗過程可視化、數據化，有效減少實驗誤差，增強實驗的嚴謹性，而且更加高效化、科學化，可以大幅度提高課堂效率，提高學生學習科學的興趣，增強學生學習科學的主動性。這也體現了現代教育以學生為本、以學生為主體的教育理念。

例如，在《蠟燭燃燒過程的變化》一課中，我們通過數字化傳感技術，將二氧化碳傳感器、相對濕度傳感器和氧氣傳感器等綜合應用，能夠快速測得確切實時的數據，這些數據可以通過“顯示器”，以數據、圖表或曲線表的形式動態(tài)實時地呈現給學生，讓他們直觀理性地認識到蠟燭燃燒過程中確實包含不易看到、不易捕捉到的兩種氣體及水蒸氣的變化。數字化實驗不僅拓寬了學生選擇科學探究工具的視野，也使他們進一步感受了現代信息技術對科學探究的重要影響。

三、數字化探究儀器在小學科學應用中存在的問題

當前，數字化儀器設備及技術在小學科學教學中的應用還處于探索發(fā)展階段，因此在全國范圍普及數字化探究儀器探究教學還存在很多問題。

首先，數字化實驗儀器經費投入較大。目前全國大部分小學，尤其是廣大農村小學還沒有相關經費投入購買數字化儀器，制約了數字化實驗的研究和在教學中的普及應用。其次，數字化實驗在小學科學課堂的使用率不高。我們開展數字化實驗更多是在課外興趣小組或社團活動，在課堂的應用率還不高。這需要數字化實驗器材與傳統(tǒng)實驗器材互補，將數字化實驗和傳統(tǒng)實驗相結合融入小學科學課堂中進行教學，開發(fā)更多符合小學生的數字化探究實驗。最后，小學數字化實驗教材、課例、設計等教學資源還嚴重不足。當數字化實驗進入小學課堂時，我們利用網絡、報刊去搜索數字化實驗方面的資源還比較少。因此我們在推行課改、鋪開數字化實驗的同時，要注意積累經驗、整理資源、構建數字化實驗精品資源庫。

四、數字化探究儀器在小學科學應用的解決方法

首先，通過U-S 合作模式，借用儀器設備，加強人才培養(yǎng)。大學提供可靠的教研技術支持以及數字化探究儀器設備，加大數字化探究儀器及技術的開發(fā)，老師密切聯系教材及教學目標，充分發(fā)掘教學過程中數字化實驗儀器及技術的使用潛能，發(fā)現、開發(fā)能夠切實提高教學效果的產品。

從理論上來說，U-S 合作模式下的科學實驗新體系，能夠豐富科學實驗的相關理論。從實踐上來看，第一，U-S 合作模式有利于操作性地指導老師如何更好地落實科學實驗；第二，通過U-S 合作模式對科學實驗的落實、推進，能夠培養(yǎng)學生科學實踐能力，培育學生科學創(chuàng)新精神，促進學生科學素養(yǎng)的提升；第三，U-S 合作模式的實踐能夠培育學校的品牌特色。學校長期秉持U-S 合作的理念，不斷探究滿足學生科學學習需求的教育理念，是學校育人理念的進一步彰顯，有利于培育學校的品牌特色。

建立科學實驗新體系，幫助學生提升科學素養(yǎng)。多維構建U-S 合作模式下的科學實驗新體系，并在該體系框架下，開展科學實驗活動，讓學生能夠真正走進大學實驗室，利用大學專業(yè)化、多元化的科學教育資源，像科學家一樣進行科學實驗，提高科學素養(yǎng)。

在新體系的基礎上，探索U-S 合作模式下小學科學實驗的實踐路徑、方法策略，提高老師教學指導能力，促進科學實驗的有效開展。

開展U-S 合作模式下科學新體系的實踐路徑探索，并以此建設學校的品牌特色。

其次，做好教學設計。數字化實驗設備不是課堂的主角，而是絕對的配角。老師在充分發(fā)揮數字化實驗優(yōu)勢的同時，要做好教學設計，培養(yǎng)學生對實驗數據的分析力度，發(fā)現規(guī)律，獲得對科學概念深入有效的理解，從而促進學生的思維發(fā)展。

在小學科學探究教學中引入數字化探究儀器，能夠提高實驗可視化程度，拓展實驗探究范疇，為學生提供更加真實的實驗探究環(huán)境，從而拓寬學生的實驗視野，激發(fā)學生的興趣，更有利于學生的探究性學習及小學科學教學。數字化探究儀器在小學科學中的應用優(yōu)勢明顯，但也存在因投入不足導致設備不完善，實驗課程偏少而資源利用率不高，數字化實驗教材、課例、設計等教學資源不足的實際問題。通過U-S 合作模式，可以有效整合多方資源，充分發(fā)揮數字化探究儀器在小學科學的實際作用，只有這樣才能讓小學科學課真正發(fā)揮其積極作用。