數字化實驗在小學科學教學中的優勢分析及探討

【摘要】文章首先闡述了在小學科學教學中開展數字化實驗的必要性，以及數字化實驗的優勢，然后主要就數字化實驗在小學科學教學中的實際應用，提出了部分探討性建議。

【關鍵詞】數字化；實驗；科學；教學

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱新課標）對觀察和實驗教學提出了明確要求，指出要“以探究實踐為主要方式開展教學活動”，引導學生發現問題、提出假設、制定計劃，并通過實驗觀察過程與結果，分析得出最終結論。在如今的信息化時代下，為了落實新課標教學要求，提高實驗教學的成效，應將數字化實驗在小學科學教學中的應用作為一項關鍵課題，積極加強研究、探討與實踐。

一、在小學科學教學中開展數字化實驗的必要性

1.順應時代發展趨勢

我國針對各個學科提出了相應的核心素養，它們是學生在學科學習過程當中，必須要形成的素質、掌握的能力。就科學學科來講，其學科核心內容主要包括了四個方面，第一是對待科學在學習、理解和應用上，所表現出來的興趣、動力和正確行為規范；第二是崇尚真理，不僅能夠掌握、應用科學知識及科學方法，同時能夠肯定任何與尊重科學研究成果；第三是客觀、理性的思維，能夠以科學的眼光來看待這個世界中的所有事物，尊重事實及科學依據；第四是勇于探究，能夠對存在的疑問、不解，采取正確、科學的方式進行探索、研究，通過假設、邏輯推理、實驗、觀察、總結等一系列實踐方法，得出結論、檢驗求證。對學生上述這些核心素養的培養，無一例外都需要不同程度地依賴于實驗教學的開展，否則科學教學就會成為“知識灌輸”的課堂，對學生發展并無益處[1]。隨著信息化時代的到來，包括教育、教學在內的各個行業領域都在朝向數字化的方向轉型，學生的認知習慣、認知方式也出現了一定的變化。在這樣的情況下，教師有必要將數字化技術應用到實驗教學中來，開展數字化實驗，以順應時代發展趨勢，迎合學生認知的轉變。

2.落實教育改革要求

信息化是我國教育改革的一個重要方向，2018年4月13日，教育部印發的《教育信息化2.0行動計劃》，要求加深信息化技術在各學科教學中的深入、有機運用，構建全新的智能化、數字化教學體系，將信息化技術與課堂教學全面的整合起來，通過信息化技術豐富教學的方式、方法，達到提高教學效率與質量的目的[2]。因此，在“教育信息化2.0行動計劃”下，教師應樹立起全新的教育觀點和理念，熟練掌握信息化教學技術能力，將基于信息化技術的數字化實驗有效地應用到科學教學中來，這樣才能更好地落實教育改革要求，推動我國教育現代化、信息化轉型。

3.提高實驗教學成效

實驗是小學科學教學的一個重要環節，它能夠展現、驗證抽象的科學知識，通過直觀、客觀的科學現象，加快、加深學生對科學知識的理解、吸收。同時，實驗也是小學科學教學的一項重要內容，學生在實驗教學中通過觀察、參與和實踐操作，其觀察、質疑、思考與動手解決問題的能力，都可以得到顯著的提升[3]。但在傳統教學條件下，實驗教學的開展限制較大，難以取得理想的教學成效。通過數字化實驗的應用，得益于其技術優勢，可以解決傳統實驗教學面臨的難題，提高科學實驗教學的成效。

二、數字化實驗在小學科學教學中的優勢

1.強化科學教學的趣味性

科學教學必然涉及科學知識，而科學知識對于小學生來講，又會顯得較為枯燥、無聊，難以讓他們產生濃厚的學習興趣。雖然通過開展傳統的實驗教學也能夠降低科學知識的枯燥感、無聊感，但效果較為有限，依然不能充分激發出學生的科學學習興趣和動力。與傳統的實驗教學方式相比較，數字化實驗具有新穎的展示方式，各種屏幕、顯示器，可以使實驗看起來更加具有吸引力，更符合當前小學生的認知習慣、認知傾向[4]。再加上其豐富的互動功能，能夠大大強化科學教學的趣味性，激發出學生強烈的學習興趣，讓學生在興趣的驅使下，以充沛的動力積極、主動地參與到科學學習中來。

2.降低科學教學的抽象性

除了枯燥、無聊之外，科學知識會帶給學生的另一個主觀感受是抽象，甚至可能與他們日常積累到的生活經驗截然相反（如光的顏色）。這就會給傾向于直觀思維、形象思維的小學生帶來不小的學習難度，阻礙他們對科學知識的學習和理解、吸收。通過實驗教學，能夠使抽象的科學知識具象化，便于學生學習。傳統的實驗教學方式在觀察上可能多有不便，學生不一定能夠真正細致地觀察到實驗操作、科學現象，這反而會加深學生的疑惑。而數字化實驗則能夠為學生的實驗觀察創造更好的條件，如可以放大、回放、快放、多角度播放實驗細節，并將實驗過程當中涉及的科學概念、科學知識，同步到實驗畫面上，最大限度降低科學教學的抽象性。

3.增強科學教學的便捷性

由于科學教學不只是單純的知識教學，所以需要進行更多的教學準備，教學過程當中還會涉及很多的開放性、探究性活動，這就會給教師帶來不小的教學壓力，甚至影響正常的教學進度。科學實驗教學的情況更是如此，如教師需要準備實驗器材、進行實驗操作、指導學生進行實驗等，這都需要消耗大量的時間和精力[5]。將數字化實驗應用到科學教學中，可以很好地改善這樣的情況，因為通過計算機、平板電腦、希沃白板、三個助手、DIS數字化實驗系統等工具，教師可以輕松地為學生完成實驗演示，不需要重復地做準備、清理等方面的工作，還可以更加規范地維持課堂秩序，增強科學教學的便捷性，保證高效的教學進度。

三、數字化實驗在小學科學教學中的應用

1.應用數字化實驗為學生進行科學教學導入

如上文所提到的，單純的科學知識容易讓小學生感到枯燥、無聊，在這樣的心理狀態下，學生很難產生學習科學的主觀興趣和動力，從而影響到整堂課的教學成效。為了改變這樣的情況，教師可以應用數字化實驗為學生進行科學教學導入，以此吸引學生的注意力，激發學生的科學學習興趣和探究欲，讓學生能夠積極、主動參與到教學中來，保證課堂教學成效。

如在進行顯微鏡觀察“洋蔥表皮”載玻片教學中，如果教師按照傳統的教學方法，一開課就平鋪直敘、按圖索驥式地對學生展開教學，必然難以激發學生學習興趣和動力，可能導致整堂課都沉悶、沒有活力。而有了數字化實驗的幫助，教師可以設計出一個顯微鏡觀察實驗，提前準備好數字化顯微鏡和若干的細胞標本，開課后先為學生展示看起來平平無奇的標本，然后再將標本置于數字化顯微鏡下，將數字化顯微鏡的圖像投射到大屏幕上。通過調節數字化顯微鏡放大倍數，讓學生逐步看到標本在微觀下的狀態。這樣一來，學生的注意力就會立即集中到實驗身上，并讓他們感受到微觀世界的奇妙，產生進一步的學習興趣和動力，積極、主動地配合課堂教學開展，保證課堂教學成效。

2.應用數字化實驗為學生詳細講解實驗方法

在小學科學實驗教學中，如何指導學生正確進行實驗操作，一直以來都是不小的教學難題。為了解決這一教學難題，教師可以應用數字化實驗為學生詳細講解實驗方法，確保每一個學生都可以掌握正確的實驗方法。

如在“使小電珠發光”的實驗教學中，教師可以先用希沃白板，通過其內置的各種電路科學實驗組件，為學生展示應當如何進行電路連接，以確保燈泡可以安全、正常的照亮。其間，教師還可以故意試錯，進行錯誤的線路和器件連接，讓學生看到錯誤的連接和安裝方式，并不能讓燈泡照亮。緊接著，教師可以提前從多角度錄制實驗操作過程視頻，然后在教學中為學生播放視頻，通過對視頻不同角度的調整，以及對畫面的放大、慢放等控制，讓學生真正詳細地掌握實驗方法，保證學生能夠正確地完成實驗操作。

3.應用數字化實驗為學生大量展示實驗細節

傳統的實驗教學雖然能夠達到用實驗為學生驗證科學知識的目的，但是其中的一些細節依然不能被學生所觀察到，針對這樣的問題，教師可以通過對數字化實驗的應用，來為學生展示更加豐富的實驗細節。

如在使用三棱鏡進行“光的折射”科學知識教學中，教師可以設計一個“光的顏色”的實驗，為學生展示光究竟是由哪些顏色組成的，以及三棱鏡的作用。這個實驗較為簡單，只要有自然的太陽光線與三棱鏡，即可將太陽光分解成為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫各種色彩，不過學生卻不能觀察到光被分解的細節。這個時候，教師就可以利用數字化實驗，通過計算機、平板電腦等，為學生模擬光穿過三棱鏡時被分解的過程和狀態細節，使實驗過程變得更為形象。

4.應用數字化實驗為學生直觀講解科學知識

讓學生能夠正確理解科學概念、科學知識，是科學教學必須要達到的目標之一。不過有的科學概念、科學知識不僅抽象，甚至還是無形的，這顯然就不利于學生的學習、理解。為此，教師可以通過對數字化實驗的應用，來為學生直觀地講解科學知識。

如在有關“運動與摩擦力”的教學中，為了讓學生能夠真正“看到”和理解摩擦力，教師可以采用DIS數字化實驗系統來對學生進行實驗教學。首先將力傳感器接入數據采集器，并與摩擦力實驗器相連，然后選擇不同重量的滑塊，打開摩擦力實驗器電動機電源開關，使滑塊下底板在電動機的牽引下由靜止狀態變為勻速運動狀態。最后再帶領學生一同觀看DIS數字化實驗系記錄下來的摩擦力數據圖，讓學生可以基于摩擦力數據圖，直觀地意識到摩擦力是真實存在的，并通過滑塊重量及摩擦力數據圖的變化，發現物體運動所受摩擦力的大小與其自身重量是存在關系的，滑塊重量越大，摩擦力也越大。

5.應用數字化實驗為學生加速展現實驗過程

在小學科學實驗教學中，有些實驗的過程是相當漫長的，無法在短時間內完成實驗和觀察，但其中所涉及的科學知識又較為重要，是學生必須要學習、掌握的，這就形成了一個不小的教學難題和矛盾。為此，教師可以應用數字化實驗為學生加速展現實驗過程，保證學生能夠在有限的課堂教學時間內，觀察到整個實驗過程。

如在“種子發芽”的實驗教學中，讓學生完成實驗教學顯然是不現實的，然而讓學生觀察到種子發芽的過程，又對于他們的學習至關重要。為此，教師可以采用延時攝影的方式，將種子發芽的實驗過程記錄下來。這樣一來，種子從下播到發芽的整個過程，就可以被壓縮到幾分鐘的時間之內，而且不會遺漏重要細節，使學生能夠真正動態地觀察到種子發芽的全貌。這樣的實驗教學方法，在植物的生長變化等內容的教學中，也是高度適用的。

四、結語

將數字化實驗應用于小學科學教學，既具有高度的必要性，又具有突出的優勢，作為教師應加強相關的教學探索。實踐中，應基于小學科學教學內容，合理、有機地引入數字化實驗，借助其技術優勢，提高實驗教學的成效，讓學生能夠更加直觀、輕松、有序地進行科學學習，實現更好地成長與發展。

【參考文獻】

[1]杜云，劉勇.指向科學素養培養的小學科學實驗教學實踐[J].華夏教師，2023（26）.

[2]尤春來.數字化實驗設備在小學科學探究中的應用解析[J].中小學信息技術教育，2022（11）.

[3]趙偉新.小學科學教學數字化：基本特征與實踐推進[J].上海課程教學研究，2022（09）.

[4]潘時軍.數字化教學手段在科學課堂教學中的運用方法探究[J].考試周刊，2021（60）.

[5]陳小衛.數字化工具在科學實驗教學中應用的案例研究[J].小學教學參考，2021（09）.