U-S合作模式下數(shù)字化探究儀器在教學(xué)中的應(yīng)用

◇林 麗（江蘇：常州市新北區(qū)河海實驗小學(xué)）

《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提到，科學(xué)課要積極倡導(dǎo)讓學(xué)生親身經(jīng)歷以探究為主的學(xué)習(xí)活動，培養(yǎng)他們的好奇心和探究欲，發(fā)展他們對科學(xué)本質(zhì)的理解，使他們學(xué)會探究解決問題的策略，為他們終身的學(xué)習(xí)和生活打好基礎(chǔ)。而數(shù)字化實驗教學(xué)，可以有效激發(fā)學(xué)生的探究興趣，讓學(xué)生經(jīng)歷探究科學(xué)的過程，從而培養(yǎng)其探究科學(xué)的思維，學(xué)會探究的方法。隨著科技的進步，數(shù)字化探究儀器在學(xué)生探究性學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮著越來越大的作用。

一、數(shù)字化探究儀器與U-S 合作模式概述分析

（一）數(shù)字化探究儀器

數(shù)字化探究儀器是一類新型實驗系統(tǒng)，主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機及實驗軟件包（專用軟件、通用軟件）等構(gòu)成。傳感器是系統(tǒng)的核心，可以測量pH 酸堿度、光強度、氧氣含量等各種數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)采集器則是數(shù)字化實驗的“顯示器”，它能夠直接顯示各種測量數(shù)據(jù)，以數(shù)字的形式最直觀地呈現(xiàn)給實驗者，也可以顯示繪制數(shù)據(jù)趨勢曲線，還可以對實驗設(shè)置進行保存，生成實驗?zāi)０?，并對實驗結(jié)果進行保存。

（二）U-S合作模式

U-S 合作模式，即大學(xué)和小學(xué)在共享的合作理念指導(dǎo)下，通過建立一定的合作機制履行自身角色并進行互動的基本樣式。U-S 合作中的“U”是“univer‐sity”的簡稱，特指大學(xué)；“S”是“school”的簡稱，特指小學(xué)。因此，本文中的U-S合作模式是指大學(xué)與小學(xué)在科學(xué)資源共享的合作理念指導(dǎo)下，建構(gòu)多元化合作平臺，以學(xué)生發(fā)展為本，以科學(xué)實驗為起點，充分利用大學(xué)的人力資源、智力資源、場地資源及相關(guān)科學(xué)技術(shù)資源，引導(dǎo)小學(xué)生進行科學(xué)實驗，提升科學(xué)素養(yǎng)，進而改革學(xué)校課程。在此過程中，雙方相互配合、相互支持，為實現(xiàn)建立新科學(xué)實驗體系和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)而進行合作。

二、數(shù)字化探究儀器在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

數(shù)字化探究儀器及技術(shù)作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，已經(jīng)與實驗教學(xué)緊密結(jié)合。數(shù)字化儀器裝備與小學(xué)科學(xué)探究性實驗的有機結(jié)合，不僅可以讓實驗過程可視化、數(shù)據(jù)化，有效減少實驗誤差，增強實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性，而且更加高效化、科學(xué)化，可以大幅度提高課堂效率，提高學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，增強學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的主動性。這也體現(xiàn)了現(xiàn)代教育以學(xué)生為本、以學(xué)生為主體的教育理念。

例如，在《蠟燭燃燒過程的變化》一課中，我們通過數(shù)字化傳感技術(shù)，將二氧化碳傳感器、相對濕度傳感器和氧氣傳感器等綜合應(yīng)用，能夠快速測得確切實時的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以通過“顯示器”，以數(shù)據(jù)、圖表或曲線表的形式動態(tài)實時地呈現(xiàn)給學(xué)生，讓他們直觀理性地認(rèn)識到蠟燭燃燒過程中確實包含不易看到、不易捕捉到的兩種氣體及水蒸氣的變化。數(shù)字化實驗不僅拓寬了學(xué)生選擇科學(xué)探究工具的視野，也使他們進一步感受了現(xiàn)代信息技術(shù)對科學(xué)探究的重要影響。

三、數(shù)字化探究儀器在小學(xué)科學(xué)應(yīng)用中存在的問題

當(dāng)前，數(shù)字化儀器設(shè)備及技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用還處于探索發(fā)展階段，因此在全國范圍普及數(shù)字化探究儀器探究教學(xué)還存在很多問題。

首先，數(shù)字化實驗儀器經(jīng)費投入較大。目前全國大部分小學(xué)，尤其是廣大農(nóng)村小學(xué)還沒有相關(guān)經(jīng)費投入購買數(shù)字化儀器，制約了數(shù)字化實驗的研究和在教學(xué)中的普及應(yīng)用。其次，數(shù)字化實驗在小學(xué)科學(xué)課堂的使用率不高。我們開展數(shù)字化實驗更多是在課外興趣小組或社團活動，在課堂的應(yīng)用率還不高。這需要數(shù)字化實驗器材與傳統(tǒng)實驗器材互補，將數(shù)字化實驗和傳統(tǒng)實驗相結(jié)合融入小學(xué)科學(xué)課堂中進行教學(xué)，開發(fā)更多符合小學(xué)生的數(shù)字化探究實驗。最后，小學(xué)數(shù)字化實驗教材、課例、設(shè)計等教學(xué)資源還嚴(yán)重不足。當(dāng)數(shù)字化實驗進入小學(xué)課堂時，我們利用網(wǎng)絡(luò)、報刊去搜索數(shù)字化實驗方面的資源還比較少。因此我們在推行課改、鋪開數(shù)字化實驗的同時，要注意積累經(jīng)驗、整理資源、構(gòu)建數(shù)字化實驗精品資源庫。

四、數(shù)字化探究儀器在小學(xué)科學(xué)應(yīng)用的解決方法

首先，通過U-S 合作模式，借用儀器設(shè)備，加強人才培養(yǎng)。大學(xué)提供可靠的教研技術(shù)支持以及數(shù)字化探究儀器設(shè)備，加大數(shù)字化探究儀器及技術(shù)的開發(fā)，老師密切聯(lián)系教材及教學(xué)目標(biāo)，充分發(fā)掘教學(xué)過程中數(shù)字化實驗儀器及技術(shù)的使用潛能，發(fā)現(xiàn)、開發(fā)能夠切實提高教學(xué)效果的產(chǎn)品。

從理論上來說，U-S 合作模式下的科學(xué)實驗新體系，能夠豐富科學(xué)實驗的相關(guān)理論。從實踐上來看，第一，U-S 合作模式有利于操作性地指導(dǎo)老師如何更好地落實科學(xué)實驗；第二，通過U-S 合作模式對科學(xué)實驗的落實、推進，能夠培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實踐能力，培育學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新精神，促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升；第三，U-S 合作模式的實踐能夠培育學(xué)校的品牌特色。學(xué)校長期秉持U-S 合作的理念，不斷探究滿足學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)需求的教育理念，是學(xué)校育人理念的進一步彰顯，有利于培育學(xué)校的品牌特色。

建立科學(xué)實驗新體系，幫助學(xué)生提升科學(xué)素養(yǎng)。多維構(gòu)建U-S 合作模式下的科學(xué)實驗新體系，并在該體系框架下，開展科學(xué)實驗活動，讓學(xué)生能夠真正走進大學(xué)實驗室，利用大學(xué)專業(yè)化、多元化的科學(xué)教育資源，像科學(xué)家一樣進行科學(xué)實驗，提高科學(xué)素養(yǎng)。

在新體系的基礎(chǔ)上，探索U-S 合作模式下小學(xué)科學(xué)實驗的實踐路徑、方法策略，提高老師教學(xué)指導(dǎo)能力，促進科學(xué)實驗的有效開展。

開展U-S 合作模式下科學(xué)新體系的實踐路徑探索，并以此建設(shè)學(xué)校的品牌特色。

其次，做好教學(xué)設(shè)計。數(shù)字化實驗設(shè)備不是課堂的主角，而是絕對的配角。老師在充分發(fā)揮數(shù)字化實驗優(yōu)勢的同時，要做好教學(xué)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的分析力度，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，獲得對科學(xué)概念深入有效的理解，從而促進學(xué)生的思維發(fā)展。

在小學(xué)科學(xué)探究教學(xué)中引入數(shù)字化探究儀器，能夠提高實驗可視化程度，拓展實驗探究范疇，為學(xué)生提供更加真實的實驗探究環(huán)境，從而拓寬學(xué)生的實驗視野，激發(fā)學(xué)生的興趣，更有利于學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)及小學(xué)科學(xué)教學(xué)。數(shù)字化探究儀器在小學(xué)科學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢明顯，但也存在因投入不足導(dǎo)致設(shè)備不完善，實驗課程偏少而資源利用率不高，數(shù)字化實驗教材、課例、設(shè)計等教學(xué)資源不足的實際問題。通過U-S 合作模式，可以有效整合多方資源，充分發(fā)揮數(shù)字化探究儀器在小學(xué)科學(xué)的實際作用，只有這樣才能讓小學(xué)科學(xué)課真正發(fā)揮其積極作用。