科技賦能下的實驗創(chuàng)新路徑

〔摘 要〕 21世紀，科技迅猛發(fā)展，小學(xué)科學(xué)教育正經(jīng)歷一場深刻的變革。人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的興起，不僅對我們的日常生活產(chǎn)生了深遠影響，也為教育領(lǐng)域帶來前所未有的創(chuàng)新機會。作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與實踐能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，小學(xué)科學(xué)實驗的傳統(tǒng)模式正遭遇挑戰(zhàn)并經(jīng)歷重塑。科技的融入為小學(xué)科學(xué)實驗注入新活力，開辟探索未知、激發(fā)創(chuàng)造力的全新途徑。本文分析科技賦能下小學(xué)科學(xué)實驗創(chuàng)新原則以及意義，論述科技賦能下小學(xué)科學(xué)實驗創(chuàng)新路徑。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué)；科技賦能；實驗教學(xué)；創(chuàng)新

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標(biāo)識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2025） 04 080-082

小學(xué)教育體系中，科學(xué)課程作為基礎(chǔ)課程，肩負著啟蒙科學(xué)思維、培養(yǎng)未來人才的重要使命。然而，傳統(tǒng)科學(xué)實驗大都是以文字講解或教師主導(dǎo)為主，實驗過程單一，許多實驗學(xué)生無法直觀理解。而科技賦能時代背景下，諸多新式科技手段融入課堂，小學(xué)科學(xué)實驗形態(tài)、內(nèi)容也在逐步變化。因此，積極探索科技賦能下小學(xué)科學(xué)實驗創(chuàng)新路徑，對于推動科學(xué)教育發(fā)展、培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)的新時代學(xué)生具有重大意義。

一、科技賦能下的小學(xué)科學(xué)實驗創(chuàng)新原則

（一）學(xué)生主體原則

在創(chuàng)新實施小學(xué)科學(xué)實驗的過程中，所有科學(xué)實驗的設(shè)計與執(zhí)行均需以學(xué)生需求、興趣及能力為基石，確保學(xué)生在實驗過程中保持主動探索與積極思維的狀態(tài)。尤其在科技賦能的當(dāng)下，教師應(yīng)立足實際，借助現(xiàn)代科技手段，打造更為生動、直觀的實驗環(huán)境，以期更有效地激發(fā)學(xué)生的探究興趣與學(xué)習(xí)欲望。同時，運用這些技術(shù)手段時，必須緊密貼合學(xué)生的認知特征與學(xué)習(xí)需求，確保學(xué)生在享受科技樂趣的同時，能夠真正成為實驗活動的主體，積極參與、主動思考，避免淪為被動接受知識的工具。

（二）合理適度原則

在科技賦能的語境下，合理適度原則要求我們在技術(shù)的先進性與教育的適宜性之間尋找一個恰當(dāng)?shù)钠胶恻c。具體而言，一方面，我們應(yīng)積極采納那些能顯著提升實驗效果、增強學(xué)生學(xué)習(xí)體驗的技術(shù)工具，如數(shù)據(jù)傳感器、智能分析軟件等，以使實驗過程更加精確、高效；另一方面，我們也必須警惕技術(shù)的過度使用或不當(dāng)使用，將原本簡單的實驗過程復(fù)雜化，或是用技術(shù)演示取代學(xué)生的實際操作，從而削弱實驗的教育價值。

二、科技賦能下的小學(xué)科學(xué)實驗創(chuàng)新意義

（一）持續(xù)激發(fā)學(xué)生興趣

在小學(xué)科學(xué)實驗中，科技的融入帶來顯著的變革，借助諸如虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）等前沿科技手段與工具，為學(xué)生創(chuàng)造更加直觀且富有活力的實驗體驗。《中國教育現(xiàn)代化2035》政策文件著重指出，需革新服務(wù)供給模式，憑借現(xiàn)代信息技術(shù)加速人才培養(yǎng)模式改革。而科技賦能下的實驗創(chuàng)新正是對該政策精神的鮮活實踐。科技的應(yīng)用使實驗過程更加妙趣橫生且易于學(xué)生理解，進而促使學(xué)生對科學(xué)保持持久的興趣，為實現(xiàn)終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

（二）豐富科學(xué)實驗內(nèi)容

傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)實驗常受限于資源、時間與空間，而科技的融入則極大地拓展了實驗的范疇。借助云計算、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)，學(xué)生能夠接觸到更為多元化的實驗項目，甚至有機會進行跨學(xué)科的綜合性實驗探索。如借助遠程實驗室平臺，學(xué)生能夠觀察并參與遠離本地的科學(xué)實驗，這無疑極大地豐富了學(xué)習(xí)內(nèi)容。《關(guān)于深化教育體制機制改革的意見》著重指出，應(yīng)鼓勵學(xué)校開設(shè)多樣化的課程，實施多元化的教學(xué)方式。而科技賦能下的實驗內(nèi)容創(chuàng)新正是對這一政策導(dǎo)向的積極回應(yīng)，它不僅增加了實驗的多樣性與深度，還能有效促進學(xué)生創(chuàng)新思維與問題解決能力的培養(yǎng)。

（三）助力學(xué)科素養(yǎng)形成

在小學(xué)科學(xué)課堂的教學(xué)實踐中，科技的融入對學(xué)生提出更高的能力要求，具體體現(xiàn)在信息素養(yǎng)、技術(shù)創(chuàng)新以及問題解決能力上。在科技賦能的實驗環(huán)境中，學(xué)生需掌握利用科技工具進行實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)分析及結(jié)果展示的技能。這要求他們不僅要有堅實的科學(xué)知識基礎(chǔ)，還需具備良好的邏輯思維能力與創(chuàng)新意識。

三、科技賦能下的小學(xué)科學(xué)實驗創(chuàng)新路徑

（一）使用打印技術(shù)，快速制作實驗器材

在教育信息化大潮的推動下，科技的力量正以前所未有的速度重塑教育領(lǐng)域，小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)亦深受其影響。在以往科學(xué)課堂上，實驗教學(xué)常受限于器材籌備與觀察條件，而今，科技的融入正為這一傳統(tǒng)領(lǐng)域帶來深遠變革。正如《關(guān)于加強和改進中小學(xué)實驗教學(xué)的意見》所指出的，需充分利用信息技術(shù)手段，豐富實驗教學(xué)資源。其中，打印技術(shù)扮演變革中的關(guān)鍵角色。借助3D打印或常規(guī)打印技術(shù)，教師能高效、精確地制作出滿足實驗需求的器材模型。這不僅大幅縮減了傳統(tǒng)手工制作的時間成本，還顯著提升了器材的精準度與可復(fù)制性。更為關(guān)鍵的是，打印技術(shù)的應(yīng)用為實驗教學(xué)開辟了新路徑，它激勵教師探索更多樣化的實驗設(shè)計方案，同時也極大地激發(fā)學(xué)生對科學(xué)實驗的興趣與創(chuàng)造力。

以“光的傳播”實驗為例，教師在計算機上完成器材模型設(shè)計后，利用3D打印機便能迅速、精確地制作出所需的小孔板與光源支架。這一過程不僅大幅度節(jié)省了時間，還能保證器材的一致性和精確性，為實驗的順利進行奠定堅實基礎(chǔ)。在實驗過程中，學(xué)生使用這些打印出的器材，能夠更直觀地觀察到光通過小孔后的傳播軌跡。他們可以通過調(diào)整光源位置和角度，清晰地觀察到光線在不同條件下的傳播狀況，進而深化對光的直線傳播原理的理解。這種直觀且生動的實驗方式，不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與度，還能培養(yǎng)他們的觀察力與實驗操作能力。尤為重要的是，打印技術(shù)的應(yīng)用進一步激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力與創(chuàng)新思維。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生能夠自行設(shè)計并打印實驗器材，體驗從設(shè)計到實現(xiàn)的完整流程。他們可以嘗試不同的設(shè)計方案，探究器材結(jié)構(gòu)對實驗結(jié)果的影響，從而在實踐中不斷鍛煉和提升自身的科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。

（二）使用數(shù)字圖像工具，輔助實驗觀察記錄

信息化時代背景下，科技與教育的深度融合正逐步成為驅(qū)動教育現(xiàn)代化的核心動力。小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)，作為培育學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與實踐能力的關(guān)鍵途徑，同樣在科技賦能下展現(xiàn)出新的活力。《中國教育現(xiàn)代化2035》明確指出，需加速信息化時代的教育變革進程。在此宏偉規(guī)劃引領(lǐng)下，數(shù)字圖像工具作為信息技術(shù)的一項具體應(yīng)用，正逐漸融入小學(xué)科學(xué)實驗的領(lǐng)域。利用數(shù)字圖像工具，學(xué)生能夠以更加便捷、精確的方式捕捉實驗現(xiàn)象，記錄實驗流程，進而深化對科學(xué)原理的理解與掌握。

針對“植物細胞觀察”科學(xué)實驗，傳統(tǒng)教學(xué)方法主要依賴于顯微鏡的直接觀察。然而，受觀察者視力、經(jīng)驗以及顯微鏡調(diào)節(jié)技巧的限制，學(xué)生通常難以獲取清晰且全面的細胞圖像。引入數(shù)字圖像工具后，這一狀況得到顯著改善。教師可以將顯微鏡與計算機連接，利用專業(yè)的圖像采集軟件，實時將細胞圖像傳輸至電腦屏幕。如此，學(xué)生不僅能在大屏幕上清晰地觀察到植物細胞的放大圖像，還能通過軟件調(diào)整對比度、亮度等參數(shù)，使細胞結(jié)構(gòu)更加清晰可見。在實驗過程中，學(xué)生可自由調(diào)整觀察角度和放大倍數(shù)，對細胞的不同部位進行細致觀察，并通過比較不同細胞之間的結(jié)構(gòu)差異，深入理解細胞多樣性和功能特化的概念。此外，學(xué)生還能使用智能手機或數(shù)碼相機拍攝實驗過程中的關(guān)鍵圖像，如細胞分裂的不同階段，以便在實驗后進行更深入的分析和討論。由此可知，結(jié)合數(shù)字圖像工具的實驗方式，不僅提升了觀察的準確性和效率，還培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)應(yīng)用能力和科學(xué)探究精神。

（三）使用簡易傳感器，實時獲取實驗數(shù)據(jù)

在當(dāng)前科技迅猛發(fā)展的背景下，簡易傳感器的運用無疑為小學(xué)科學(xué)實驗的創(chuàng)新開辟一條嶄新途徑。設(shè)想一下，學(xué)生在進行科學(xué)實驗時，能夠利用手中的傳感器及時且準確地獲取實驗數(shù)據(jù)。這樣的體驗無疑會極大地激發(fā)他們的探究熱情與科學(xué)素養(yǎng)。依據(jù)《教育部關(guān)于增強與改進中小學(xué)實驗教學(xué)的指導(dǎo)意見》，我們深刻認識到實驗教學(xué)在培育學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力方面的重要性。而簡易傳感器的采用，正是對這一理念的具體踐行，它不僅使實驗過程更為科學(xué)、嚴謹，還使學(xué)生在動手操作的過程中，深刻領(lǐng)悟到數(shù)據(jù)背后的科學(xué)原理，進而培養(yǎng)其數(shù)據(jù)分析能力和科學(xué)思維習(xí)慣。

例如，在講解“水結(jié)冰”科學(xué)實驗時，教師可以將傳感器置于待觀測的水體中，并利用其與電腦或手機App的連接，實時地記錄并展示水溫變化的數(shù)據(jù)。當(dāng)水溫下降至冰點時，學(xué)生不僅能直接觀察到水結(jié)冰的現(xiàn)象，還能通過數(shù)據(jù)圖表精確地把握這一轉(zhuǎn)變的瞬間，增強實驗的趣味性和互動性，使學(xué)生在數(shù)據(jù)分析的過程中深化對凝固現(xiàn)象的理解。簡易傳感器的運用極大地推動了小學(xué)科學(xué)實驗的創(chuàng)新發(fā)展。教師可以指導(dǎo)學(xué)生依據(jù)實時數(shù)據(jù)繪制水溫變化曲線，分析不同條件下水結(jié)冰速度的差異，甚至引導(dǎo)學(xué)生探究添加不同物質(zhì)對水結(jié)冰過程的具體影響。此外，教師還可以利用傳感器收集的數(shù)據(jù)組織課堂討論，引導(dǎo)學(xué)生思考水為何在0℃時會結(jié)冰，從而進一步拓寬學(xué)生的科學(xué)視野。借助這樣的實驗創(chuàng)新，簡易傳感器不僅成為小學(xué)科學(xué)實驗的重要工具，更成為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神的重要載體。

（四）使用視頻模擬，展示復(fù)雜實驗過程

談及小學(xué)科學(xué)實驗，人們通常會聯(lián)想到學(xué)生于教室內(nèi)動手操作的情景。然而，面對某些復(fù)雜或潛藏安全風(fēng)險的實驗環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)教學(xué)方法常顯捉襟見肘。此時，一個自然而然的問題是：如何讓學(xué)生在確保安全的前提下，直觀地觀察到這些實驗現(xiàn)象呢？答案或許寓于視頻模擬實驗中。借助高清視頻技術(shù)，學(xué)生能夠身臨其境般觀察到那些在現(xiàn)實中難以觸及或存在安全隱患的實驗現(xiàn)象，如激烈的化學(xué)反應(yīng)、宏大的天體運行等。

以磁鐵的性質(zhì)中“測量比較磁鐵力的大小”實驗為例，針對“磁鐵間吸引力的具體量值、吸引與排斥的機制，以及磁場分布對這些力的影響”等復(fù)雜議題，教師可借助專業(yè)的物理仿真軟件，在視頻中清晰展現(xiàn)不同極性磁鐵相遇時，其磁場如何相互作用，進而引發(fā)吸引或排斥現(xiàn)象，并可通過模擬的測量工具，直觀地呈現(xiàn)這些力的大小變動。更進一步，視頻可融入磁場分布的模擬，利用色彩差異標(biāo)示磁場的強弱與方向，輔助學(xué)生構(gòu)建對磁場概念的直觀理解。為增加實驗的探究性和互動性，視頻還能模擬不同條件（諸如磁鐵間距、尺寸、形狀變化）下的磁鐵力測量過程，引導(dǎo)學(xué)生觀察、記錄數(shù)據(jù)，并分析影響磁鐵力大小的各種因素。在課堂上，學(xué)生觀看這些視頻，不僅能直觀觀察到磁鐵的吸引與排斥過程及其力的測量，還能在教師指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)運用科學(xué)方法測量與比較磁鐵力的大小，探索不同條件下磁鐵相互作用的規(guī)律。此外，教師可借助視頻模擬實驗，引導(dǎo)學(xué)生深入思考更多相關(guān)問題，如“如何精確測定磁鐵的吸引力”“磁場強度與距離之間存在怎樣的關(guān)系”“磁場在實際生活中有哪些應(yīng)用”等，激勵學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于解決實際問題，設(shè)計簡易實驗方案，驗證理論預(yù)測，從而培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)、實踐能力和創(chuàng)新思維。

科技賦能時代背景下，教育教學(xué)也隨之發(fā)生一系列變化，尤其是在小學(xué)科學(xué)課堂上，依托各類新興技術(shù)，可以給予學(xué)生更加真實、生動的學(xué)習(xí)體驗。而作為科學(xué)教師，更應(yīng)立足實際探索科學(xué)賦能創(chuàng)新點，秉持學(xué)生主體、合理適度等原則，引入打印技術(shù)、數(shù)字圖像、簡易傳感器、視頻實驗等方式，對科學(xué)實驗進行創(chuàng)新，持續(xù)激發(fā)學(xué)生探索欲望和創(chuàng)造力，培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)及創(chuàng)新能力的新時代人才。

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