數字技術：優化小學科學實驗教學的利器

胡 林

作者單位：江蘇省江陰市青陽實驗小學

小學科學課程是一門重視實踐的基礎性課程，它把綜合性探究活動作為學生學習的重要方式，強調在教師的組織和支持下，讓學生主動參與。教師應在學生參與科學探究的過程中進行點撥，讓學生開動腦筋，積極進行科學探究。隨著信息技術的發展，現代數字教育技術逐漸進入課堂，直觀形象的多媒體圖片、視頻、網絡資源、學習軟件等成為學生進行科學探究的重要方式。數字技術與科學實驗教學的有機融合，是逐步培養學生觀察能力、分析能力和解決問題能力的最佳方式，是當今小學科學實驗教學的最佳模式[1]。

一、運用數字技術，激發實驗興趣

興趣在學習中的重要性不言而喻，興趣促使學生去追求知識、探索知識的奧秘。蘇霍姆林斯基曾說：“如果老師不想方設法使學生產生情緒高昂和智力振奮的內心狀態，就急于傳授知識，不動感情的腦力勞動就會帶來疲倦。沒有歡欣鼓舞的心情，沒有學習的興趣，學習就會成為學生的負擔。”因此，在教學過程中，教師應根據小學生的特點，運用信息技術創設學習情境，通過聲音、錄像、動畫等直接作用于學生的多種感官，激發學生的學習興趣，豐富教學內容，活躍課堂氣氛，調動學生求知的自覺性和積極性[2]。

例如，在蘇教版小學科學五年級下冊“橡皮泥在水中的沉浮”一課的教學中，為了更好地吸引學生的注意力，激發他們的實驗興趣，筆者運用了“烏鴉喝水”這個故事的動畫視頻導入新課，讓學生邊看邊思考問題：“烏鴉為什么能喝到水呢？”為學生理解后續教學中出現的“物體排開的水量”這一概念做鋪墊。教師可以找一些類似的動畫作為導入。動畫具有直觀性、形象性和生動性，能刺激學生的感官，激發他們探究的興趣。同時，它能在短時間內呈現與本課學習主題相關的內容，讓學生的注意力聚焦[3]。

二、妙用數字技術，突破實驗難點

（一）實驗前，明確要點

教師應在信息技術的支持下，明晰實驗方法，辨析實驗要點，讓實驗前的指導和準備落到實處。如在蘇教版小學科學四年級下冊“摩擦力的秘密”一課的教學中，教師組織學生研究“摩擦力的大小與什么有關”。學生用測力計測量拉動一個木塊用多少力。學生第一次用測力計測量力的大小，教師應讓其明確操作要點，可用手機將操作演示投影到大屏幕上，學生通過觀看短片明確操作方法。實驗前，教師還可以圖片的形式出示操作方法的步驟，讓學生進一步明確該怎么操作。

（二）實驗中，突破盲區

在科學課堂中，利用數字技術能夠清晰地呈現實驗過程，能有效突破傳統演示實驗過程中學生對細微實驗現象的觀察盲區。例如，在蘇教版小學科學四年級下冊“物體的形狀改變以后”一課中，在探究形變微小的玻璃瓶彈性這一難點時，筆者做了演示實驗。為了讓學生更清晰地看到玻璃管中水位的變化，筆者借助實物展臺和電子白板將實驗過程完整地呈現在電子屏幕上，放大聚焦現象。學生對形變微小的玻璃瓶彈性有了深刻的認識，突破了教學難點。在交流環節，借助視頻中的圖片截取，有針對性地進行分析，使學生打破思維瓶頸，思維順應發展，更好地理解實驗過程[4]。

（三）實驗后，展示過程

在小學科學實驗教學中，交流環節肯定是在對實驗現象的觀察、分析的基礎上進行的。尤其對于周期長的實驗，通過圖片、視頻的形式將主要實驗現象進行收集整理，有機展示，對于實驗分析交流特別重要。例如，在蘇教版小學科學六年級下冊“鐵釘生銹了”一課中，學生為了研究鐵釘生銹的原因，進行了對比實驗。這個實驗觀察時間長，學生在最后交流時，僅憑記憶和文字，交流匯報明顯不實。為了彌補這一不足，教師可以將學生拍攝的實驗現象圖片整理成PPT 課件，學生作交流匯報時，圖文結合，循序漸進，清晰地呈現鐵釘生銹的過程、鐵釘生銹速度的變化特點，包括表面的鐵銹加速內部鐵的生銹這樣的難點，也在信息技術的支持下變得更容易理解。

三、運用數字傳感技術，提高定量實驗的精準性

小學科學中包含一些復雜的定量實驗。對于小學生來說，定量實驗操作起來比較煩瑣。如果實驗失敗，對于學生的學習無疑是不利的。教師可以在定量實驗課上運用數字傳感技術輔助教學，這樣可以讓學生順利做好實驗，并且印象深刻。此外，數字傳感技術可以把實驗數據精確地呈現在學生面前，可以培養學生嚴謹的科學思維。但是，教師在使用數字傳感技術時要注意以下問題。第一，數字傳感技術相關的儀器比較昂貴，教師在課堂上要讓學生小心操作，避免產生不必要的破壞。第二，數字傳感技術相關的儀器在推出時是面向市場的，而教材中的實驗是純理論的，所以數字傳感設備在有些情況下并不能完成、佐證所有的實驗內容。教師應有選擇地使用[5]。

四、巧用數字技術，提高實驗效率

在傳統教學中，教師的板書、教具的演示、實驗數據的計算等，往往占用了一節課中不少的時間，學生沒有足夠的時間完成實驗，實驗數據不夠準確，導致實驗誤差較大。實驗過程中運用數字技術進行數據采集和匯總分析，可以在較短的時間內完成對實驗數據的分析，并通過圖表的形式直觀呈現在學生面前，以便給學生充足的實驗時間，提高實驗效率。

在蘇教版小學科學四年級上冊“冷熱與溫度”一課的教學中，連續測量一杯水溫度變化的規律時，由于首次使用水銀溫度計測量水溫，學生操作時還不夠熟練，所以課上來不及完成測量，而且讀數時誤差較大，最終熱水降溫的規律只能由教師總結歸納。數字溫度計的加入，使操作簡單方便，讀數零誤差，給數據分析提供了充分的時間和準確的數據，熱水降溫變化規律的得出也就水到渠成。后來，筆者還嘗試運用了帶有計時功能的溫度傳感器，它可以根據需求設置不同的時間間隔，異組異質（1 分鐘間隔、2 分鐘間隔）開展實驗，自主獲取溫度數據，自動生成熱水降溫曲線圖，更直觀地展示出熱水降溫的變化規律。

實驗中，運用數字技術手段，可以幫助師生節省時間，降低實驗操作難度，彌補了傳統實驗中更關注定性實驗，忽略定量實驗的不足，引導學生更多地關注定量分析。同時，讓學生學會如何借助先進的儀器設備、數字技術，做好定量分析，幫助學生發現、認識規律，從而提高實驗教學效率。

五、利用數字技術，拓寬實驗時空

數字技術把聲、光、形、色融于一體，動靜結合，直觀形象，充分調動了學生的多種感官，打破了原有課堂時空的制約，延伸和拓寬了教學時空，解決了教師難以講明白、課堂無法實現、學生難以聽懂的問題，從而有效實現了精講，幫助學生更快、更容易、更生動地理解教學內容。

在蘇教版小學科學五年級上冊“晝夜交替”一課的教學中，筆者先利用靜態圖片展示太陽東升西落、晝夜交替等現象，學生思維受到限制，不易明白現象背后的規律。于是，筆者搜索了大量的動態視頻代替靜態的畫面，有機結合展示，學生思維變得順暢活躍，跨越了理解障礙，很容易就理解了晝夜交替等現象都是由地球的自轉形成的。在隨后的教學過程中，筆者發現涉及宇宙的知識大多枯燥、艱澀、難懂，學生沒有直觀的體驗很難理解。流行的VR 眼鏡可以給學生帶來直觀的體驗，科學課堂實現了學習時空的拓展，原本很難理解的宇宙知識變得有趣易學，這些都是數字技術帶給科學課堂的改變。

六、運用App，提高自主探究的有效性

運用App 進行教學活動，不僅能夠突破時間和空間的限制，而且能將教學實驗以更加直觀形象的形式展現在學生面前。同時，App 上有豐富的學習資源，學生可以運用App 來進行自主學習，從而促使學生更加積極主動地進行小學科學的探究活動。但是，教師也不宜過度運用App，教學的本質是師生、生生的互動過程，而過度使用App 無疑會讓師生在“精神上”分離。同時，大部分App 為了搶占市場，都或多或少地帶有一定的娛樂性質，會分散學生的注意力，導致事與愿違。

例如，在教科版小學科學四年級上冊“聲音的傳播”一課的教學中，包含“聲音在固體中的傳播”環節。在實驗中，筆者指導學生利用“分貝儀”App，實驗的效果非常好。在信息化時代下，教師應該充分利用手機上的相關App，讓自己的課堂豐富多彩。

七、適用數字技術，提升實驗素養

隨著《全民科學素質行動計劃綱要》的實施，一個全新的概念——“公民科學素質”，逐漸走進人們的生活。《義務教育小學科學課程標準》指出，小學科學課程以培養學生科學素養為宗旨，而提升科學素養的核心任務之一就是提升實驗素養。過去機械化的實驗操作、技能訓練，束縛了學生科學素養的發展，如今伴隨著數字技術的不斷發展、教學數字化手段的提高，學生的科學探究意識、實驗能力、科學素養得到了熏陶、培養和提升[6]。

（一）運用數字技術，提升學生實驗操作技能

俗話說，“少成若天性，習慣成自然”。因此，在學生開始實驗時就要讓學生學到規范的操作，避免讓不規范的操作成了習慣。為了達到這個目的，在日常實驗教學中，可以充分發揮數字技術的作用，讓學生對實驗操作的正確方法、步驟有明確的認知。明辨對錯，分清先后，明確要求，學生就能將正確的操作規范牢記在心，掌握正確的操作技能。

在講授蘇教版小學科學五年級下冊“橡皮泥在水中的沉浮”一課時，讓學生通過實驗觀察并記錄橡皮泥放入水中后水面的變化情況。由于水面變化幅度較小，學生讀數又不規范，很容易出現較大誤差，影響實驗效率。這時，筆者就及時用高拍儀捕捉學生實驗時錯誤讀數的畫面，將它呈現在屏幕上，通過直觀展示仰視和俯視兩種不規范的讀數方法，讓學生知道仰視和俯視時讀數會出現誤差，使學生認識到自己讀數時的錯誤，從而教給學生正確規范的平視的讀數方法。這一過程也讓學生意識到實驗時操作要規范，否則就會采集到與實際數據誤差較大的實驗數據，影響實驗結果。

（二）運用數字技術，培養學生嚴謹的實驗態度和求真的科學精神

科學精神包括勤奮、堅持、嚴謹、質疑、求真、冷靜、客觀、創新、不畏困難、不唯書、不唯上、不唯古、不被現象所迷惑、思考問題不停留表面等，教師可以通過有目的地運用數字技術使學生的科學素養得到培養和熏陶。在日常教學中，很多教師更習慣于接受符合常規的實驗數據與結論，但在具體的實際操作中，往往會出現一些與已有實驗結論不相符的結論與數據。教師如果能將這些異常數據進行羅列和呈現，組織學生進行分析、思考，讓學生探討實驗發生“異常”的原因，則會使學生對實驗的操作規范、步驟安排有更為明晰的感知。在這個過程中，學生會很自然地養成嚴謹的實驗態度。

總之，信息時代的到來為科學教學注入了新的動力，數字技術作為輔助教學手段與傳統實驗教學相結合，互相補充和完善，為小學科學教學帶來了新的方式方法，確保了學生形象思維和抽象思維的同步培養，為科學實驗教學提供了新型的學習資源環境和方法，提升了學生的科學素養。因此，教師還要不斷探索，挖掘潛力，讓數字技術在小學科學實驗教學中發揮更大的作用。