信息技術在小學科學實驗教學中的有效應用研究

李文娟 李勝男 賴洲揚

1.長沙師范學院初等教育學院 湖南長沙 410100；2.砂子塘附屬吉聯小學 湖南長沙 410100

從20世紀90年代起，互聯網逐漸進入人們的生活，并潛移默化地影響著各個領域的發展[1]。面對信息技術新浪潮，我國教育部積極響應，2010年頒發的《國家中長期教育改革規劃綱要(2010—2020年)》將教育信息化納入國家信息化發展的整體戰略，提出“加快教育信息基礎設施建設”“信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視”的要求[2]。從此，信息技術的運用正式成為我國教育領域中的重要課題。2017年教育部頒布新的《義務教育小學科學課程標準》，把小學科學課程的起始年級調整為一年級，并強調要強化實踐教學環節，特別是要重視實驗教學[3]。2022年最新頒布的《義務教育科學課程標準(2022年版)》指出，可利用信息技術創設虛擬情景，讓學生體會實驗探索的樂趣[4]。

信息技術網絡化、智能化特點在小學科學實驗教學中有著激發學生的學習興趣、縮短實驗周期、打破空間局限、降低實驗風險等優勢。在實驗教學中應用信息技術能豐富實驗教學的內涵及形式，提高實驗教學的效率與質量，但我國當下小學信息化實驗教學的效果并不理想。故筆者在文獻中梳理前人成果基礎上，綜合信息技術在教育領域的實際應用情況和小學科學實驗教學的需求，提出將信息技術應用于小學科學實驗教學的有效方法，并結合現行教科版小學科學教科書中的內容來舉例探討信息技術在小學科學實驗教學中的有效應用。

一、信息技術在小學科學實驗教學應用中存在的問題

(一)信息技術硬件設施不完備

多媒體教學一體機是我國學校教育中最重要及最常見的信息技術硬件設施。近年來，全國各地的學校大都已經完成多媒體教學一體機的安裝與革新，并普及了多媒體教學一體機的使用方法。然而，隨著多媒體教學一體機的長時間使用，其各部件開始出現問題，如電子白板變色、電腦黑屏、聲音視頻無法播放、投影儀色彩不正等。學校又因無法及時修整和更換導致多媒體教學一體機長期處于一個不完備的情況，使需要視聽結合的信息實驗教學受到影響，難以達到較好的實驗教學效果。

(二)信息技術軟件、資源匱乏

如果硬件設施完備而沒有軟件及相關素材資源支撐，那么信息技術在實驗教學上猶如無米之炊。調研發現，現小學科學實驗教學的資源相對匱乏且陳舊，如在網上搜索地球與宇宙空間領域的相關實驗教學資源，顯示的幾乎都是中學階段的資料，不適用于小學科學實驗教學。物質科學中能進行實驗模擬的軟件更是少之又少。小學科學實驗教學的教案設計資源也遠不如其他主課教案資源豐富，整體來看，小學科學教師在教學中可以借鑒的實驗信息資源較為匱乏。

(三)教師信息技術整合能力欠缺

當前大多數小學教師的信息技術整合能力還有所欠缺，教師在應用多媒體時，往往只會將數據與圖像或文本簡單整合成課件，然后通過投影儀將課件展示給學生。這是信息技術流于形式的使用，不僅沒有激發起學生的學習興趣，還弱化了教師科學語言的表達，忽略了對科學問題深層次的剖析。久而久之，使得學生不愛動腦思考，對科學教材內容沒有框架構建。

(四)師生對信息技術易產生依賴

信息技術一定程度上減輕了實驗教學的難度，因此科學教師也容易對信息技術產生依賴，將可以找到的觀察材料用圖片、視頻代替，將可以切實開展的實驗利用視頻、動畫等來代替，這樣減少了學生貼近自然、動手實踐的機會，違背實驗教學的初衷。與此同時，學生通過信息技術能直接、快速地獲取到信息，這容易使學生對信息技術產生依賴，在對待課外猜想及實驗作業時，學生可以直接在互聯網上查閱資料，這也有悖于注重自主探究能力培養的實驗教學理念。

二、促進信息技術在小學科學實驗教學中有效應用的建議

(一)加大資金投入，加強設施管理

學校信息技術硬件設施不完備，解決這一問題的有效途徑就是增大對教學經費的投入，切實改善小學科學實驗教學的條件。除了完善基本的多媒體硬件設備外，有余力的學校應積極打造適合小學生的智能實驗室。學校還應加強對設施的管理，制定相應管理制度，切實保護好硬件設施，在硬件設施出現問題時技術人員能及時修理或更換，從而保證良好的教學環境[5]。

(二)建立資源庫，豐富信息資源

教育資源共享是如今信息技術教學的重要優勢。建立教育資源共享的信息庫可以提高教師的信息資源開發技能、減少部分教師備課的工作量，為廣大教師帶來更寬廣的教學思路，也可為學生的自主學習創造條件。因此，在小學科學實驗教學資源匱乏的情況下，學校應成立資源開發組，這樣不僅有利于科學教師們的實驗教學，還有利于整個學科的發展。

(三)組織教師培訓，提高信息能力

小學科學教師是整個實驗教學的策劃者和實施者，其教學能力的高低對小學科學實驗教學的整體質量有著重要影響。然而學校的科學教師本就不多，專業出身的小學科學教師更是稀缺。中小學等用人單位要有意識地引進具備科學教育專業背景的教師，開設相關課程，舉辦學術交流、競賽等活動來對科學教師隊伍進行信息技術整合能力的培養，從而使科學教師培養體系形成善性循環。

(四)革新教學理念，正視信息技術

小學科學實驗教學相較于與其他科目的教學更強調實踐性，要求學生憑借豐富的物質材料在探究中發展自我的科學素養。因此，在信息狀態下的模擬實驗不能代替學生真實的觀察與動手，在互聯網上查閱資料解決疑難也不能代替思考。教師要正視信息技術對實驗教學中的輔助地位，還需讓學生知道，互聯網上的信息不一定全都是正確的，遇到不懂的地方要積極地詢問老師，抱著科學的學習態度，善于思考，尊重事實[6]。

三、促進信息技術在小學科學實驗教學中的有效應用案例

(一)動靜結合，激發興趣

在實驗教學中的課堂導入環節，教師可以根據學生不同階段的心理、性格特點，靈活地選擇信息技術手段，充分發揮學生在課堂教學中的主觀能動性，為學生提供相對融洽的虛擬學習情境。例如，在教科版五年級上冊《雨水對土地的侵蝕》一課中，教師便可以先展示土地被雨水侵蝕的照片，在展示照片的同時還可以播放不同的下雨聲，這樣動靜結合，創造情境，讓學生有更真實地感受。隨后播放大自然中雨水對土地侵蝕的視頻，讓學生更加直觀地感受雨水對土地的侵蝕作用。在此基礎上，教師引導學生回憶生活中雨水侵蝕土地的各種現象，進而引起學生的思考，激發學生的學習興趣。

(二)放大再現，深入觀察

小學科學課程平均每個班級每周僅開展兩節課，因此科學實驗的教學時間非常有限。對于周期長、難以在課堂時間上完成的實驗，可以使用信息技術剪輯科學實驗過程，讓學生在有限的時間里觀察到完整的實驗過程，從而提升實驗效率。例如，在三年級上冊《水能溶解》的實驗教學中，水溶解小蘇打的時間較長，且效果也不明顯。對于這類實驗，教師可提前拍攝實驗微視頻并采取信息剪輯技術加快水溶解小蘇打的進度，縮短演示實驗的時間，為學生的實踐預留出更多的時間。在《水能溶解》的拓展部分，教科書要求探討生活中常見物質在水中的溶解能力。為此，教師可以在課堂時間有限、材料有限的情況下，準備不同物質溶解的視頻，讓學生更好地掌握身邊常見物質在水中的溶解情況，并根據眾多實驗現象總結出經驗。

(三)虛擬仿真，體驗過程

小學階段的某些科學實驗需要用電及接觸明火，由于小學生好奇心強、且注意力不容易集中，很難遵守每一條實驗安全規則，對于安全隱患較高的實驗，教師可以采用虛擬仿真技術來輔助教學。與此同時，真實的實驗過程往往不可逆，因操作錯誤而重復實驗，不僅浪費實驗材料還耗費時間，虛擬仿真實驗技術能很好地解決這一問題。在各種虛擬仿真實驗軟件中，NOBOOK虛擬實驗室是包含小學科學實驗的模擬實驗軟件。以四年級下冊《點亮小燈泡》這一課為例，教師可引導學生按照NOBOOK虛擬實驗室的規則連接電路，操作成功則軟件界面出現點亮標識，連接錯誤，則會發出警告。虛擬仿真技術可為學生帶來實驗教學現代化、科技化的體驗，降低了實驗風險，節約了材料、時間的成本，切實提高了實驗教學的課堂效率。

(四)模擬動畫，理解原理

小學科學物質科學、地球與宇宙科學領域都存在著較為抽象的知識。這些抽象的知識往往是從動態現象中總結出來的，其不斷變化的過程很難讓學生理解其中的原理。如果能利用信息技術將動態的實驗現象做成可操控的動畫，給予學生不斷反復、定點地觀察，就可以幫助學生分解其中的變化過程、更好地理解相關原理。教師可利用PPT自帶的動畫功能完成簡易的動畫展示過程，在下圖中展示了利用PPT系統自帶的動畫功能制作成功的《光和影》實驗原理圖。

《光和影》動畫課件頁面圖

對于較難在PPT中進行動畫模擬的地球與宇宙科學領域的知識，可以借助由微軟公司研發的“萬維天文望遠鏡”(WorldWide Telescope，以下簡稱WWT)完成。WWT不僅可以提供較為真實的天文數據及素材，還能直接制作動畫。以六年級下冊《日食與月食》為例，由于日食、月食現象在生活中不常見，且形成原因較為復雜，教師難以通過口述的方式讓學生對其中的原理進行充分理解。可用WWT來模擬各星球的運動，展現天體的實際運動軌跡，可以將日食和月食的產生過程直觀地展現在學生的眼前，從而有助于學生理解日食、月食形成的原因。

(五)同步直播，實時展示

實驗教學的展示交流環節常常因為需要來回搬動展示作品而占用課堂時間，教師可以通過希沃授課助手軟件來實現課堂實時投屏直播。當作品需要進行靜態展示時，教師用手機拍照直接投到屏幕上即可，當作品需要進行動態演示時，教師可選擇“屏幕同步”中的“手機屏幕同步”，使手機與電腦桌面同步，再進入“直播”模式，實現手機所拍攝的內容實時投放在大屏幕上。這樣同步直播，實時展示，使得同學們都不需要離開自己的座位就能進行有效的展示和交流，既達到較好地分享交流效果，又保證了課堂秩序。希沃授課助手除了可以投屏外，還可以對課件進行操控。選擇“課件演示”模式，教師即可通過手機、平板對課件進行操控，這樣教師就方便和同學們交流互動。

(六)處理數據，發現規律

科學實驗有助于學生形成嚴謹的科學態度，教師要引導學生形成用數據說話的實驗觀。一般情況下，學生將實驗數據記錄在自己的課本或者實驗記錄單上，這樣會使教師在收集和處理數據上耗費較多的時間。這時，教師可在PPT課件上提前做好一個表格，讓完成實驗的小組派代表上臺匯報給老師，甚至可以讓高年級的學生派代表自行在課件上登記。當實驗時間一到，數據便能直接展現在屏幕上，從而節約課堂時間，提高實驗教學效率。如果學生需要通過觀察較多數據來發現、總結規律時，教師便可提前準備好一個Excel文件，在學生填完數據后直接對數據進行處理，使實驗數據更直觀地呈現出來。如六年級上冊《電磁鐵的磁力(一)》中，探究“電磁鐵磁力與線圈圈數關系”，教師可以填入各小組的線圈數及所吸大頭針的平均數，然后將數據轉化為折線圖，這樣更有利于學生發現線圈數量和磁力大小的關系。

結語

在互聯網快速發展的時代背景下，信息技術已成為小學科學實驗教學中的重要輔助。然而研究發現信息技術運用于實驗教學的過程中存在著許多問題，如硬件設施不完備、軟件資源匱乏、教師信息技術整合能力不足、師生對信息技術易產生依賴。對應這些問題，筆者提出相應的改進建議，并從教師信息技術整合能力角度出發，結合現行小學科學教科書中的教學案例提出了信息技術在小學實驗教學中有效應用的具體策略，希望能推動信息技術在小學科學實驗教學中的實施與應用，全面推進小學科學實驗的創新與發展。