巧用数字化工具 轻叩科学实验之门

■宿迁市苏州外国语学校 李 婷

一、数字化工具在小学科学实验教学中的局限性

毫无疑问，实验课程在科学教育和现实世界的认知中发挥了重要作用。内尔塞西安(Nersessian)甚至声称“科学学习的中心是实践经验”。科学实验是完善科学认知的重要手段，是提高科学素养的重要环节，是整合小学科学教育四大目标的主要途径。但是在目前，数字化工具在小学科学实验教学中仍有一定的局限性。

（一）学校建设的局限性

“校校通”工程的建设，使我国建立校园网的学校数量快速增长，但有些学校只注重硬件环境建设，而忽视应用软件和数字化教学资源的开发；重基础设施的投入，而不注重这些设使的使用效果，大量的投入并没有带来对应的产出，导致学校资源的严重浪费。

（二）教师应用的局限性

现代化教育技术的应用成为评定一节优课的标准，人们普遍认为一节整合课的技术难度越大，整合的效果就越好，人们往往更多地关注课件当中信息技术的含量。教师在参加优课比赛或者公开课时会充分利用现代化工具，但日常上课时，大多数的媒体教学设备仅作为电子黑板使用，且使用率低。

（三）资源整合的局限性

目前，现代工具的应用主要是针对初、高中的物理、化学、生物三门学科，而关于数字化工具在小学科学中的应用研究较少。随着新一轮课程改革的启动，“课程资源”的概念被提出，数字化工具的使用越发得到重视。但众多教育软件彼此独立，系统之间缺乏互操作，各类信息系统之间的数据无法得到共享与使用，常常一个机构内部的不同科室都无法进行正常的数据共享，信息孤岛现象越来越严重。

二、数字化工具应用的领域

小学科学课程是一门实践性课程，探究活动是学生学习科学的重要方式。因此，在小学科学教育领域，科学实验占有着极其重要的地位，它既是学生获取科学知识、形成科学认识的重要方法，又是学生科学学习的主要内容。但一直以来，由于各种原因，小学科学课的实验不能正常、规范地开展。因此，我们应更好地地利用数字化工具，帮助参与者获得更多视觉、听觉等感官信息，使其有身临其境的感觉，以弥补实际教学中的缺憾。

（一）数字化工具在模拟实验中的应用

小学科学课程中有一些知识是抽象的，所用的术语也很抽象，例如，“雨、雪”的形成，“力”的概念，“能量的转换”“日食、月食”的成因等。数字化工具的应用可以帮助教师和学生解决这些重、难点问题。例如，在《地球与宇宙》科学领域中的有关现象、事物和规律，具有时间和空间的复杂性，小学生无法做到直接有效地观测，这时只需要下载一个“星图APP”软件，这款软件不仅有精致的画面和逼真的模型，内置的内置GPS和超高的计算能力还能定位每颗行星当前的位置。在软件里可以看到超过120,000颗星星，可探索的3D太阳系、全部88个星座、梅西耶天体等内容。这样的一个三维宇宙不仅能够激发学生的学习兴趣和热情，更能促进学生对抽象知识的理解、内化和应用。

（二）数字化工具在控制实验中的应用

随着新课程的实施，课程的设计对学生动手实验能力的培养十分重视。而控制变量法是常用的探索、分析和解决科学问题的重要方法。例如，《电磁铁的磁力》中，学生会根据生活中的体验，提出电磁铁的磁力大小与铁钉的大小与长短、粗细等因素有关。传统的实验是使用电磁铁吸引大头针，根据大头针的数量判定电磁铁磁性的强弱，但学生操作起来容易手抖而导致实验不准确，同时数大头针也会浪费一定的时间。而引入磁感应传感器，通过可视化的磁感应强度数值直接判断磁性的强弱，能让单一的感受变得多元化，使学生直接从数的大小发现区别、促进思考，大大激发学生的体验兴趣。

（三）数字化工具在理想实验中的应用

很多科学方法、科学思维存在于人的头脑中，不能用实验演示，仅用语言又难以描述。依据观察的事实和生活经验，运用已掌握的科学知识，在头脑里进行理论猜想和逻辑推理，主要是运用猜想提出公理，然后运用数学方法进行逻辑推理，从而用多媒体来辅助表达。

（四）数字化工具在观察实验中的应用

在小学科学课程中的观察项目有43项，其中要求“初步学会”的有26项，要求“学会”的有17项，分别在低、中、高年级中安排，可见，观察实验在科学学习中的重要性。然而，实际教学后，我发现学生喜欢观察，但对实验现象的观察很难做到细致、全面。

例如，《各种各样的花》中要求学生课通过解剖、观察油菜花、南瓜雌雄花等，了解花的基本构造。但直接解剖或用放大镜观察花的各部分结构时，各细小结构如雄蕊、雌蕊很难观察清楚，甚至会被忽略，导致学生无法正确认知各种花的结构。而体式显微镜可以更清晰地向学生展示花朵各部分结构，使学生更准确地区分完全花和各种不完全花。同时，体式显微镜具有保存图片、录像、测量等其他功能，可以将优秀的实验过程和结果进行展示交流。

三、数字化工具应用的意义

（一）提升学生的科学素养

受传统教学理念和实践的影响，小学科学实验教学中普遍存在重知识、轻探究；重形式、轻实质；重动手、轻思维的假探究活动现象。利用数字化教学资源可以扩展实验教学内容，涉及更多的知识领域，激发学生的想象力和创造力。数字化工具主要可以完成力、热、声、光、电等各类实验，提高测量的精度和速度，完成常规仪器难以完成的实验。同时，实验效率更高，能让学生把更多的时间和精力留在观察、思考、交流、整理和反思上。

（二）促进教师的专业发展

目前，许多一线科学教师很多还是兼职的，他们对教材的研究水平还有一定差距，如何让他们胜任科学新课程的教学任务，是一个既现实又迫切需要解决的新课题。基于此，我们提出本课题，意在从小学科学探究性实验教学的设计与研究切入，梳理出教材中适合使用数字化工具进行教学的演示实验和学生分组实验，并且形成优秀的教学设计、教学范例提供给教师，使教师特别是一些兼职的教师可以更好地理解和操作这些实验，这将在很大程度上提高科学实验教学的效果。为了更好地理解和把握教材中适合使用数字化工具的探究实验，教师还需要学习许多的相关理论、文献资料和数字化工具的使用方法。

新的教育背景下，科学实验类型和方法正在发生着很大的变化，数字化科学实验必定会成为科学教育的重要组成部分。在今后的教学实践中，随着数字化技术日新月异的发展和教师能力的提升，数字化的科学实验资源库将不断地得到完善和发展，对培养多学科领域的人才起到不可替代的作用。