巧用數(shù)字化工具 輕叩科學(xué)實驗之門

■宿遷市蘇州外國語學(xué)校 李 婷

一、數(shù)字化工具在小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中的局限性

毫無疑問，實驗課程在科學(xué)教育和現(xiàn)實世界的認(rèn)知中發(fā)揮了重要作用。內(nèi)爾塞西安(Nersessian)甚至聲稱“科學(xué)學(xué)習(xí)的中心是實踐經(jīng)驗”?？茖W(xué)實驗是完善科學(xué)認(rèn)知的重要手段，是提高科學(xué)素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是整合小學(xué)科學(xué)教育四大目標(biāo)的主要途徑。但是在目前，數(shù)字化工具在小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中仍有一定的局限性。

（一）學(xué)校建設(shè)的局限性

“校校通”工程的建設(shè)，使我國建立校園網(wǎng)的學(xué)校數(shù)量快速增長，但有些學(xué)校只注重硬件環(huán)境建設(shè)，而忽視應(yīng)用軟件和數(shù)字化教學(xué)資源的開發(fā)；重基礎(chǔ)設(shè)施的投入，而不注重這些設(shè)使的使用效果，大量的投入并沒有帶來對應(yīng)的產(chǎn)出，導(dǎo)致學(xué)校資源的嚴(yán)重浪費。

（二）教師應(yīng)用的局限性

現(xiàn)代化教育技術(shù)的應(yīng)用成為評定一節(jié)優(yōu)課的標(biāo)準(zhǔn)，人們普遍認(rèn)為一節(jié)整合課的技術(shù)難度越大，整合的效果就越好，人們往往更多地關(guān)注課件當(dāng)中信息技術(shù)的含量。教師在參加優(yōu)課比賽或者公開課時會充分利用現(xiàn)代化工具，但日常上課時，大多數(shù)的媒體教學(xué)設(shè)備僅作為電子黑板使用，且使用率低。

（三）資源整合的局限性

目前，現(xiàn)代工具的應(yīng)用主要是針對初、高中的物理、化學(xué)、生物三門學(xué)科，而關(guān)于數(shù)字化工具在小學(xué)科學(xué)中的應(yīng)用研究較少。隨著新一輪課程改革的啟動，“課程資源”的概念被提出，數(shù)字化工具的使用越發(fā)得到重視。但眾多教育軟件彼此獨立，系統(tǒng)之間缺乏互操作，各類信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)無法得到共享與使用，常常一個機構(gòu)內(nèi)部的不同科室都無法進行正常的數(shù)據(jù)共享，信息孤島現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。

二、數(shù)字化工具應(yīng)用的領(lǐng)域

小學(xué)科學(xué)課程是一門實踐性課程，探究活動是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式。因此，在小學(xué)科學(xué)教育領(lǐng)域，科學(xué)實驗占有著極其重要的地位，它既是學(xué)生獲取科學(xué)知識、形成科學(xué)認(rèn)識的重要方法，又是學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。但一直以來，由于各種原因，小學(xué)科學(xué)課的實驗不能正常、規(guī)范地開展。因此，我們應(yīng)更好地地利用數(shù)字化工具，幫助參與者獲得更多視覺、聽覺等感官信息，使其有身臨其境的感覺，以彌補實際教學(xué)中的缺憾。

（一）數(shù)字化工具在模擬實驗中的應(yīng)用

小學(xué)科學(xué)課程中有一些知識是抽象的，所用的術(shù)語也很抽象，例如，“雨、雪”的形成，“力”的概念，“能量的轉(zhuǎn)換”“日食、月食”的成因等。數(shù)字化工具的應(yīng)用可以幫助教師和學(xué)生解決這些重、難點問題。例如，在《地球與宇宙》科學(xué)領(lǐng)域中的有關(guān)現(xiàn)象、事物和規(guī)律，具有時間和空間的復(fù)雜性，小學(xué)生無法做到直接有效地觀測，這時只需要下載一個“星圖APP”軟件，這款軟件不僅有精致的畫面和逼真的模型，內(nèi)置的內(nèi)置GPS和超高的計算能力還能定位每顆行星當(dāng)前的位置。在軟件里可以看到超過120,000顆星星，可探索的3D太陽系、全部88個星座、梅西耶天體等內(nèi)容。這樣的一個三維宇宙不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，更能促進學(xué)生對抽象知識的理解、內(nèi)化和應(yīng)用。

（二）數(shù)字化工具在控制實驗中的應(yīng)用

隨著新課程的實施，課程的設(shè)計對學(xué)生動手實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)十分重視。而控制變量法是常用的探索、分析和解決科學(xué)問題的重要方法。例如，《電磁鐵的磁力》中，學(xué)生會根據(jù)生活中的體驗，提出電磁鐵的磁力大小與鐵釘?shù)拇笮∨c長短、粗細(xì)等因素有關(guān)。傳統(tǒng)的實驗是使用電磁鐵吸引大頭針，根據(jù)大頭針的數(shù)量判定電磁鐵磁性的強弱，但學(xué)生操作起來容易手抖而導(dǎo)致實驗不準(zhǔn)確，同時數(shù)大頭針也會浪費一定的時間。而引入磁感應(yīng)傳感器，通過可視化的磁感應(yīng)強度數(shù)值直接判斷磁性的強弱，能讓單一的感受變得多元化，使學(xué)生直接從數(shù)的大小發(fā)現(xiàn)區(qū)別、促進思考，大大激發(fā)學(xué)生的體驗興趣。

（三）數(shù)字化工具在理想實驗中的應(yīng)用

很多科學(xué)方法、科學(xué)思維存在于人的頭腦中，不能用實驗演示，僅用語言又難以描述。依據(jù)觀察的事實和生活經(jīng)驗，運用已掌握的科學(xué)知識，在頭腦里進行理論猜想和邏輯推理，主要是運用猜想提出公理，然后運用數(shù)學(xué)方法進行邏輯推理，從而用多媒體來輔助表達。

（四）數(shù)字化工具在觀察實驗中的應(yīng)用

在小學(xué)科學(xué)課程中的觀察項目有43項，其中要求“初步學(xué)會”的有26項，要求“學(xué)會”的有17項，分別在低、中、高年級中安排，可見，觀察實驗在科學(xué)學(xué)習(xí)中的重要性。然而，實際教學(xué)后，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生喜歡觀察，但對實驗現(xiàn)象的觀察很難做到細(xì)致、全面。

例如，《各種各樣的花》中要求學(xué)生課通過解剖、觀察油菜花、南瓜雌雄花等，了解花的基本構(gòu)造。但直接解剖或用放大鏡觀察花的各部分結(jié)構(gòu)時，各細(xì)小結(jié)構(gòu)如雄蕊、雌蕊很難觀察清楚，甚至?xí)缓雎?，?dǎo)致學(xué)生無法正確認(rèn)知各種花的結(jié)構(gòu)。而體式顯微鏡可以更清晰地向?qū)W生展示花朵各部分結(jié)構(gòu)，使學(xué)生更準(zhǔn)確地區(qū)分完全花和各種不完全花。同時，體式顯微鏡具有保存圖片、錄像、測量等其他功能，可以將優(yōu)秀的實驗過程和結(jié)果進行展示交流。

三、數(shù)字化工具應(yīng)用的意義

（一）提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

受傳統(tǒng)教學(xué)理念和實踐的影響，小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中普遍存在重知識、輕探究；重形式、輕實質(zhì)；重動手、輕思維的假探究活動現(xiàn)象。利用數(shù)字化教學(xué)資源可以擴展實驗教學(xué)內(nèi)容，涉及更多的知識領(lǐng)域，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。數(shù)字化工具主要可以完成力、熱、聲、光、電等各類實驗，提高測量的精度和速度，完成常規(guī)儀器難以完成的實驗。同時，實驗效率更高，能讓學(xué)生把更多的時間和精力留在觀察、思考、交流、整理和反思上。

（二）促進教師的專業(yè)發(fā)展

目前，許多一線科學(xué)教師很多還是兼職的，他們對教材的研究水平還有一定差距，如何讓他們勝任科學(xué)新課程的教學(xué)任務(wù)，是一個既現(xiàn)實又迫切需要解決的新課題?；诖耍覀兲岢霰菊n題，意在從小學(xué)科學(xué)探究性實驗教學(xué)的設(shè)計與研究切入，梳理出教材中適合使用數(shù)字化工具進行教學(xué)的演示實驗和學(xué)生分組實驗，并且形成優(yōu)秀的教學(xué)設(shè)計、教學(xué)范例提供給教師，使教師特別是一些兼職的教師可以更好地理解和操作這些實驗，這將在很大程度上提高科學(xué)實驗教學(xué)的效果。為了更好地理解和把握教材中適合使用數(shù)字化工具的探究實驗，教師還需要學(xué)習(xí)許多的相關(guān)理論、文獻資料和數(shù)字化工具的使用方法。

新的教育背景下，科學(xué)實驗類型和方法正在發(fā)生著很大的變化，數(shù)字化科學(xué)實驗必定會成為科學(xué)教育的重要組成部分。在今后的教學(xué)實踐中，隨著數(shù)字化技術(shù)日新月異的發(fā)展和教師能力的提升，數(shù)字化的科學(xué)實驗資源庫將不斷地得到完善和發(fā)展，對培養(yǎng)多學(xué)科領(lǐng)域的人才起到不可替代的作用。