數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材在科學(xué)課堂運(yùn)用的“生長(zhǎng)點(diǎn)”

紀(jì)棟棟

我們都知道，人類的發(fā)展和進(jìn)步是建立在工具和手段的進(jìn)步之上的，從而應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)手段也在不斷更新，人們不斷地運(yùn)用各種工具和儀器延伸著自己器官的感知范圍和準(zhǔn)確度。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材就是其中的一種，它們擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，提升我們?nèi)祟惖摹拔骞佟钡哪芰?。然而現(xiàn)實(shí)情況是，我們科學(xué)老師對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材的心路歷程是從“激動(dòng)”到“被動(dòng)”再到“不動(dòng)”。這么好的器材到最后是被“冷落”的，很少看到我們科學(xué)老師在日常教學(xué)中去使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材。因此筆者試圖通過傳統(tǒng)課堂與數(shù)字化課堂的比較來尋找數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材給科學(xué)課堂帶來的“生長(zhǎng)點(diǎn)”，摒棄原來“不會(huì)用”“麻煩”“不會(huì)選擇用”的認(rèn)識(shí)，發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材的真正價(jià)值。

生長(zhǎng)點(diǎn)一：方法便捷化——實(shí)驗(yàn)方案做得到

在傳統(tǒng)課堂中，我們有技裝科統(tǒng)一配備的實(shí)驗(yàn)器材，可以解決大部分日常教學(xué)的實(shí)驗(yàn)。但我們每一個(gè)實(shí)驗(yàn)需要我們自己去搭配，并且根據(jù)器材來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。但是很多實(shí)驗(yàn)需要的器材要很多，操作起來麻煩，測(cè)量也需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，并且需要合適的環(huán)境，有很大的局限性，降低了實(shí)驗(yàn)效率。

在數(shù)字化課堂，我們不需要去搭配器材，都有配套的實(shí)驗(yàn)器材針對(duì)特定的科學(xué)問題，體現(xiàn)出專業(yè)性。對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象數(shù)據(jù)的收集也顯得快速、直觀，并且實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單便捷，提高了實(shí)驗(yàn)效率。

比如小學(xué)蘇教版科學(xué)四上第二單元中“不同顏色的吸熱實(shí)驗(yàn)”的研究。在“傳統(tǒng)課堂”中學(xué)生先準(zhǔn)備兩只同樣大小的紙盒，接著各剪一塊同樣大小的紙板，涂上不同的顏色，然后把紙板放在紙盒上，再把它們放在陽光下曬，等待10分鐘后用溫度計(jì)測(cè)量盒子里的溫度，看看哪個(gè)紙盒溫度高，從而得出不同顏色的物體吸熱性能不同。但這個(gè)實(shí)驗(yàn)會(huì)受天氣影響，因?yàn)樾枰柟獾恼丈?，并且要等?0分鐘去測(cè)量溫度上的差別，實(shí)驗(yàn)效率不高。

在“數(shù)字化課堂”中，學(xué)生只要組裝實(shí)驗(yàn)器材，按步驟連接電腦，記錄數(shù)據(jù)，生成曲線圖，分析得出結(jié)論。此實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材可以自己加熱，同時(shí)開始加熱，同時(shí)結(jié)束，測(cè)量也是同時(shí)進(jìn)行。數(shù)據(jù)之間沒有了時(shí)間差的問題，數(shù)據(jù)可靠性高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，并且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線繪制自動(dòng)生成，方便直觀，操作簡(jiǎn)單，提高了效率。

生長(zhǎng)點(diǎn)二：過程精準(zhǔn)化——變量控制辦得到

科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)變量的控制非?？量?，直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的成功與否。而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，很多的實(shí)驗(yàn)變量由于條件的限制，只能人為地盡最大努力去控制，有的時(shí)候不夠客觀，顯得不夠“科學(xué)”，從而讓實(shí)驗(yàn)有所誤差。這些誤差讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果失之毫厘差之千里，學(xué)生就沒有辦法得出相應(yīng)的結(jié)論，影響學(xué)生的認(rèn)知。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛳鄬?duì)好地控制變量，操作過程由機(jī)械自主完成，所有的實(shí)驗(yàn)步驟以我們最理想的狀態(tài)進(jìn)行，可以把原來會(huì)有的誤差盡量排除在外。并且數(shù)據(jù)收集更精確，減少主觀干擾，所得數(shù)據(jù)更“科學(xué)”，提高實(shí)驗(yàn)成功率。

以蘇教版四年級(jí)下冊(cè)第四單元研究“摩擦力大小與接觸面光滑程度的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)為例，“傳統(tǒng)課堂”中，我們自己找合適的材料改變“接觸面光滑程度”，通過手動(dòng)拉測(cè)力計(jì)拖動(dòng)滑塊，測(cè)量拉力大小。這個(gè)過程中看似簡(jiǎn)單，但測(cè)量拉力大小時(shí)誤差很大，特別是勻速拉測(cè)力計(jì)的技巧，學(xué)生很難掌控;另外“克服靜摩擦的力”和“運(yùn)動(dòng)中的摩擦力”的交叉干擾，對(duì)孩子讀取測(cè)力計(jì)上的數(shù)值有難度。

“數(shù)字化課堂”學(xué)生組裝實(shí)驗(yàn)器材，按步驟連接電腦，后面物體的拉動(dòng)與測(cè)量都由實(shí)驗(yàn)器材自動(dòng)完成，并且自動(dòng)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生直觀地分析數(shù)據(jù)就能得出摩擦力大小與接觸面光滑程度的關(guān)系。

生長(zhǎng)點(diǎn)三：結(jié)果顯性化——關(guān)鍵證據(jù)看得到

在小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)中，我們?cè)谡n堂中經(jīng)常要讓學(xué)生經(jīng)歷“提出問題——做出假設(shè)——尋找證據(jù)——得出結(jié)論”四個(gè)環(huán)節(jié)，從而認(rèn)識(shí)科學(xué)知識(shí)，建立科學(xué)概念。這四個(gè)環(huán)節(jié)中尋找證據(jù)就顯得尤為重要。此過程需要學(xué)生動(dòng)手去探究，通過實(shí)驗(yàn)來收集數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)更多的是學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中觀察到的現(xiàn)象。換句話說是要在有證據(jù)的前提下讓學(xué)生完成此實(shí)驗(yàn)，并且看到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但是很多時(shí)候我們的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)很難或者無法完成實(shí)驗(yàn)，更何況讓學(xué)生看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

現(xiàn)在有了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器，我們就可以很輕松地完成實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)也可以很快地被測(cè)出來。實(shí)驗(yàn)中需要的數(shù)據(jù)已能直接顯示在電腦上，學(xué)生一目了然，很方便地就能分析看到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

例如蘇教版四年級(jí)上冊(cè)第一單元《空氣中有什么》，這節(jié)課要探究空氣里面二氧化碳和氧氣的含量?！皞鹘y(tǒng)課堂”我們會(huì)先把固定蠟燭的玻璃片輕輕放進(jìn)水槽中并點(diǎn)燃蠟燭，接著用去掉底的飲料瓶罩在蠟燭上，然后立即蓋上瓶蓋，擰緊。做完這些后讓學(xué)生仔細(xì)觀察蠟燭及瓶中水位的變化。學(xué)生可以看到蠟燭熄滅了，瓶?jī)?nèi)的水面上升了。學(xué)生根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象可以知道蠟燭燃燒時(shí)燃燒了瓶?jī)?nèi)的一部分空氣，約瓶子內(nèi)空氣的五分之一，這些空氣是支持燃燒的。這樣的結(jié)論看似有用，但是學(xué)生還是不知道這些消耗的空氣是什么，占了多大比例。剩下的空氣又是什么，學(xué)生也沒有辦法知道。

“數(shù)字化課堂”中，學(xué)生根據(jù)說明把數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材安裝好，接著點(diǎn)擊開始測(cè)量，電腦上就會(huì)顯示出空氣的成分及其所占比例。而且通過測(cè)量，學(xué)生還會(huì)發(fā)現(xiàn)氧氣和二氧化碳的含量，在不同的環(huán)境中（甚至還能測(cè)水中的含氧量）含量都是不一樣的，不是教科書中描述的那樣氧氣一定就占到空氣成分的21%的標(biāo)準(zhǔn)答案。

結(jié)語

在用“科技”工具來研究“科學(xué)”的探索改革路上，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)還在探究和嘗試階段，并已經(jīng)有了一些成效。但使用先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，也應(yīng)注意到它的局限性，在比較中才能辯證地看到其問題。因此，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)還有很長(zhǎng)的路需要走，我們一線老師要主動(dòng)學(xué)習(xí)新技術(shù)以適應(yīng)未來不斷更新的教學(xué)要求，同時(shí)在自己的課堂上勇于創(chuàng)新與實(shí)踐，認(rèn)真思考和反思實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化，不論是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)還是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，都應(yīng)用“科學(xué)”的方式研究科學(xué)。符合學(xué)生認(rèn)知，有利于提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)才是有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，才是值得推廣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓我們?yōu)榱诉@個(gè)目標(biāo)繼續(xù)努力吧！

【作者單位：南京市瑯琊路小學(xué)? 江蘇】