數字化教學賦能實驗課堂探析

〔摘" "要〕" 數字化賦能教育高質量發展成為歷史主流，基于此背景，文章圍繞數字化教學，探討了其在小學科學實驗教學中的運用。本文梳理了數字化教學賦能小學科學實驗的機制。在此基礎上，從遵循數字化賦能科學實驗的設計原則、創新教學內容優化科學實驗體驗、完善家校合作與數字化教學資源共享平臺、構建數字化科學實驗教學效果評估機制以及積極借鑒數字化實驗教學優秀經驗等方面，探索數字化教學賦能小學科學實驗教學的進路，以期為一線教師提供有益借鑒和參考。

〔關鍵詞〕" 小學科學；數字化教學；科學實驗

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）13" " 0106-03

在數字化時代，“智慧+”已成為社會各領域全面推進改革的重要趨勢。在教育領域，以“數字+教育”更新教學理念、創新教學模式、拓展教學資源，有助于學生在數字化工具輔助下落實核心素養培養。在小學階段，科學學科的獨特育人價值在于培養學生的科學觀念、科學思維、探究實踐和態度責任等。其中，科學實驗是科學教學的重要環節，也是培養學生學科核心素養的關鍵。為此，本文以數字化教學改革浪潮為背景，嘗試探討數字化工具與小學科學實驗的融合機制及其有效進路，賦能教育改革的深度發展。

一、數字化教學賦能實驗課堂的機制

（一）科學實驗與數字化教學的關系

在小學課程體系中，科學實驗是培養學生科學素養的重要途徑。比如通過簡單的植物生長實驗，學生可以直觀觀察水分、陽光對植物生長的影響，進而激發其探索精神與創新思維。更重要的是，科學實驗能夠促進學生批判性、創造性思維的發展。如在進行化學反應實驗時，學生需要觀察、記錄實驗現象，并嘗試解釋實驗結果，而這一過程正是鍛煉學生分析綜合、比較分類、邏輯推理等能力的過程。顯然，這種直接體驗遠比單純的課堂講授更深刻。

數字化教學是現代信息技術與教育深度融合的結果，旨在利用數字技術優化和革新傳統教學方法。皮亞杰的認知發展理論強調了兒童通過與環境互動構建知識的重要性，而數字化教學正是營造這種互動環境的必要元素。數字化教學通過整合多媒體資源，利用網絡平臺和互動工具，有助于學生在個性化和互動的學習環境與體驗中增強教學主體意識，并在此過程中培養學生的學科核心素養。以小學科學實驗為例，通過數字化教學，可以培養學生的科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任等核心素養。總體而言，以數字化教學賦能科學實驗教學，是新課程改革的基本要求，也是落實“學生主體”教學觀的必然選擇。

（二）科學實驗中的數字化工具

在數字化教學浪潮下，虛擬實驗室等軟件的引入為小學科學實驗教學帶來了革命性的變化。借助虛擬實驗室軟件，學生能夠在計算機屏幕上模擬真實的科學實驗，既突破了傳統實驗室的空間和資源限制，也極大地提高了實驗的安全性和可重復性，更能激發學生對科學的探究興趣。

例如，虛擬化學實驗室軟件允許學生在不接觸任何危險化學品的情況下進行化學反應的模擬實驗，也無須擔心化學品的危險性或實驗設備的損壞，從而加深學生對化學反應原理的理解。同時，這種模擬性的科學實驗還能夠提供即時反饋，并通過數據分析幫助教師評估學生的學習效果，從而實現教學策略的靈活調整。例如，虛擬實驗室軟件通常配備有分析模型與數據記錄功能，師生可以通過這些工具記錄實驗數據，分析實驗結果，進而培養科學探究與數據分析能力。此外，模擬軟件的使用還能夠幫助教師根據學生的學習進度與理解程度靈活調整實驗參數，從而實現個性化教學。可見，虛擬實驗室可引導學生在安全的虛擬世界中自由探索并掌握科學知識。

二、數字化教學賦能實驗課堂的策略

（一）遵循數字化賦能科學實驗的設計原則

一方面，要以遵循小學生的認知特點為基本原則。根據皮亞杰的認知發展理論，小學生正處于認知發展的具體運算階段，思維具有直觀性、形象性。在小學科學實驗中嵌入數字化工具，關鍵是要符合小學生的認知發展規律，滿足其對直觀性視覺體驗的需求。因此，在設計教學活動時要重視實驗的過程，引導學生從具體的經驗中抽象出概念。例如，利用科學實驗模擬軟件，可以設計出符合小學生認知水平的互動實驗，如模擬植物生長的過程，讓學生通過調整變量來觀察結果，從而理解因果關系。顯然，這種策略能夠激發學生的好奇心與探究欲，并促進其主動思考、解決問題。

另一方面，教師角色要以轉變為基本原則。在新課程改革視域下，教師的角色已經從傳統的知識傳授者轉變為核心素養的引導者。換言之，學生是教學的主體，教師是教學的組織者。隨著教育技術的飛速發展，教師需要掌握新的教學工具與教學方法，以適應數字化教學環境。體現在小學科學實驗中，即應掌握如何利用數字化工具豐富教學內容、拓展教學形式，以提高學生的參與度。

（二）創新教學內容強化學生科學實驗體驗

為促進數字化教學與小學科學實驗教學的融合，激發學生的創新與實踐能力，關鍵是要根據不同的科學實驗設計數字化支持的科學實驗課程。通過引入模擬軟件、虛擬實驗室、互動式學習平臺，學生能夠突破傳統實驗室的時空局限，從而以更直觀、高效和安全的方式理解科學概念，培養科學思維。同時，數字化工具可以實時記錄學生的實驗數據，并通過數據分析模型幫助學生更直觀地理解科學原理，從科學實驗中獲得更深、更廣、更高維度的理解。例如，在有關植物生長的實驗中，可培養科學的態度與社會責任感，并進一步理解人與自然和諧共處的認知；從物理性和化學性實驗中可培養對宇宙、自然和社會的好奇心，并在此過程中鍛煉想象思維、批判性思維和創新思維等。又如，為引導學生真實體驗月相的變化，就要跳出傳統的教學模式，因為在傳統教學中學生只能通過教師的“主觀”講解或教材介紹理解月相變化及其原因。但是，借助數字化工具開展的智慧課堂教學，可引導學生在虛擬環境中親身體驗實驗的樂趣，如利用VR等技術模擬太陽、地球和月球的相對位置，從而更有價值地理解月相變化的規律。顯然，這種以數字化工具為基礎的教學模式，有助于激發學生的好奇心，進而培養其科學探究意識。

“興趣是最好的老師”，數字化工具的引入符合學生對形象性和直觀性的認知需求，因而是優化學生科學實驗體驗的有力工具。借助互動白板、虛擬實驗室以及在線協作平臺等，學生能夠以直觀和互動的方式沉浸在模擬的和無風險的科學實驗環境中。同時，數字化工具還能夠提供即時反饋，幫助學生及時糾正錯誤，有助于學生增強實驗的獲得感與成就感，進而提高實驗教學效果。因此，將數字化工具運用到科學實驗中，既要考慮兩者融合的可能性，更要重視學生的參與度，即深化學生的實驗學習體驗，為培養其創新與實踐能力奠定基礎。例如，虛擬現實技術或增強現實技術是增強學生體驗的有效工具，能夠讓學生在仿真的環境中進行模擬實驗，這種實驗模式既讓學生有親身體驗感，也滿足了其獵奇心理，對激發其科學探究能力無疑具有重要意義。

（三）完善家校合作與數字化教學資源共享平臺

家庭教育在數字化教學資源的整合中扮演著重要角色，隨著現代信息技術與社會生產生活的深度融合，家庭已成為學生學習科學實驗知識的重要場所。例如，借助科學實驗模擬軟件如PhET提供的互動模型，可幫助學生直觀理解復雜的科學概念，從而提高學習效率；借助虛擬實驗室軟件，學生可以在家長指導下安全地進行化學反應實驗，而無須擔心傳統實驗中可能出現的危險。利用這些資源，家長可以與孩子一起探索科學的奧秘，從而培養其探究能力和創新思維。

由此可見，教育不僅是學校的事，家庭和社會也應共同參與。在數字技術賦能下，學校與家庭的合作模式正成為提升小學生科學實驗教學效果的關鍵。通過建立一個互動性強和資源共享的數字化平臺，家長可以實時了解學生在學校的學習進度與實驗活動，而教師也能通過平臺獲取家長的反饋，從而共同促進學生素養的生成。例如，通過引入“智慧校園”系統，家長可以訪問孩子的實驗報告與課堂表現，甚至可以遠程觀看孩子的科學實驗直播，這不僅增強了家長的參與感，也使家長能夠更好地支持孩子的學習。因此，數字化教學為這種跨界的教育合作提供了更多可能，有助于為學生創造一個體驗性與生成性更強的學習環境。

（四）構建數字化科學實驗教學效果評估機制

在數字化教學環境下，學習效果評估方法從傳統的紙筆測試轉變為多元和動態的評價體系。因此，數據分析是數字化教學過程中的重要環節，通過收集和分析學生在數字化科學實驗平臺上的互動數據，教師可以實時監控學生的學習進度、學習習慣、學習參與度、對科學實驗內容及其蘊含的科學素養的理解程度。例如，借助學習管理系統（LMS）中的數據挖掘技術，可以追蹤學生在虛擬實驗室軟件中的操作記錄，識別出他們在實驗過程中的困難點和興趣點，尤其是在科學概念、科學規律、實踐操作等方面存在的具體問題。例如，通過分析學生在虛擬實驗中的錯誤類型與頻率，教師可以設計出更有針對性的輔導方案。同時，利用數據可視化工具，如儀表盤和圖表，教師可以直觀地展示學生的學習進展與成就，進而提升學生的成就感和自我效能感。

（五）借鑒數字化實驗教學的優秀經驗

國內外關于數字化賦能科學實驗的教學案例不勝枚舉，要積極吸收這些優秀的經驗，將其內化為科學實驗教學的動力和支持。例如，美國的NGSS項目，通過數字化平臺整合了科學、技術、工程、數學（STEM）教育，強調實踐與探究的重要性。在這一框架下，學生通過使用平板電腦與科學模擬軟件進行虛擬實驗，不僅提高了對科學概念、科學規律、科學原理的理解，更增強了問題解決能力。在國內，部分有條件的小學利用增強現實技術，或者引入“互動式科學實驗模擬平臺”，引導學生在虛擬環境中進行化學反應實驗，這種教學方式極大地激發了學生的學習興趣和參與度。這表明，數字化工具的引入不僅能夠豐富教學內容、創新教學方法，還能優化學生的學習體驗，培養其創新思維與實踐能力，最終落實科學核心素養。從學生未來學術發展與職業生涯角度講，數字化科學實驗教學通過提供豐富的互動體驗和創新實驗環境，能夠培養學生的終身學習能力。成功的數字化科學實驗教學依賴于教師的引導、學生的協作、家校的共育以及資源的整合。

需要強調的是，數字化教學是一種工具和手段，甚至是一種有效的載體，但不是目的。在數字化教學的輔助下，學生要被鼓勵思考、質疑和創新，在科學實驗中培養科學探索意識與能力。因此，在開展數字化教學中，切忌為了數字化而數字化，為了娛樂而娛樂。這就需要教師始終遵循“素養導向”教學理念，以培養學生的科學核心素養為根本目標，然后以結果或產出為導向，設計能夠實現教學目標的數字化科學實驗。

三、結語

總之，在小學科學實驗中嵌入數字化工具，契合了小學生的身心發展規律，符合新課程改革關于學生主體的教學觀，有助于教師更好地發揮引導者與組織者的角色，有助于學生在模擬實驗中培養科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任等核心素養。從教師角度講，借助數字化工具開展科學實驗教學，能夠進一步把握數字化工具與學科教學質量之間的關系，并將其作為一種行之有效的教學手段。從學生角度講，在仿真的模擬實驗中開展趣味性的科學實驗，能夠有效提升對科學學科的參與度與探究精神。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]張煜.智慧課堂助力小學科學實驗教學研究：以月相變化為例[J].安徽教育科研，2024（17）：72-74.