數(shù)字化實(shí)驗(yàn)點(diǎn)亮科學(xué)課堂

長沙市天心區(qū)沙湖橋小學(xué) 黃佳妮

數(shù)字化時(shí)代已然到來，教育也要與時(shí)俱進(jìn)。隨著教學(xué)方式的不斷創(chuàng)新，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)逐漸被引入課堂，如何讓傳統(tǒng)教學(xué)方式與現(xiàn)代新興技術(shù)在科學(xué)課堂中開出并蒂蓮花，值得我們深思。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)讓科學(xué)課堂更具說服力

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是指在小學(xué)科學(xué)課堂上運(yùn)用實(shí)時(shí)測量、數(shù)據(jù)采集分析和智能控制等先進(jìn)技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)過程中一些不可見或者難以觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象利用信息技術(shù)來呈現(xiàn)。

（一）實(shí)驗(yàn)過程“可視化”

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生動(dòng)手操作并用肉眼觀察現(xiàn)象，會(huì)受到不少客觀因素的影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差。

比如《聲音的高與低》一課中教材實(shí)驗(yàn)是：學(xué)生撥動(dòng)鋼尺使其振動(dòng)，通過觀察鋼尺振動(dòng)的快慢（即振動(dòng)頻率），判斷鋼尺振動(dòng)快慢對(duì)音調(diào)的影響。由于物體振動(dòng)速度快、振動(dòng)幅度小，學(xué)生很難通過肉眼直接觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

圖1 學(xué)生通過撥動(dòng)鋼尺探究振動(dòng)頻率對(duì)音調(diào)的影響

為此，我將聲音傳感器靠近振動(dòng)物體，用波形圖表示音調(diào)的變化幅度：當(dāng)音調(diào)變高時(shí)，傳感器振動(dòng)頻率變快，所呈現(xiàn)的波形圖內(nèi)的曲線變化幅度大；當(dāng)音調(diào)變低時(shí)，傳感器振動(dòng)頻率變慢，所呈現(xiàn)的波形圖內(nèi)的曲線變化幅度小。

將抽象的振動(dòng)“可視化”后，學(xué)生只需觀察波形圖內(nèi)的曲線變化便可知振動(dòng)頻率對(duì)音調(diào)的影響。

圖2 用電腦顯示音調(diào)變化幅度的波形圖

（二）采集數(shù)據(jù)“智能化”

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)往往受時(shí)間、空間的影響較大，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具可以設(shè)置系統(tǒng)自動(dòng)采樣、連續(xù)采樣、定時(shí)采樣等多種數(shù)據(jù)采集模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集智能化。

比如在教《天氣》一課時(shí)，教師通常采用口述或者播放視頻的方式讓學(xué)生了解天氣的變化以及各類天氣的特點(diǎn)，學(xué)生無法獲得深刻的感知。

我借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具運(yùn)用PBL 教學(xué)模式開展教學(xué)，讓學(xué)生在不同的天氣情況或者同一天的不同地點(diǎn)手持風(fēng)力傳感器、濕度傳感器、PM2.5傳感器等傳感設(shè)備采集風(fēng)力、濕度、PM2.5 等數(shù)據(jù)，分析不同天氣的特點(diǎn)，這樣不僅簡化了實(shí)驗(yàn)過程，還提高了學(xué)生的參與度。

（三）實(shí)驗(yàn)測量“精準(zhǔn)化”

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具可以用精確的數(shù)字來呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在教科版小學(xué)六年級(jí)下冊第二單元“物質(zhì)的變化”《小蘇打與白醋的變化》一課中，氧氣和二氧化碳都是無色無味且肉眼不可見的氣體，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)是通過檢測氣體能否讓燃燒的蠟燭熄滅或者讓澄清的石灰水變渾濁來驗(yàn)證二氧化碳是否生成。而蠟燭燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳較少，且空氣中也有二氧化碳，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，無法證明氧氣減少了。

圖3 用點(diǎn)燃的蠟燭檢測小蘇打與白醋反應(yīng)是否生成不支持燃燒的氣體

借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具中的含氧量傳感器、二氧化碳傳感器及溫度傳感器能有效避免這些外界干擾。在實(shí)驗(yàn)前，我將含氧量傳感器和二氧化碳傳感器放入瓶中，測得瓶內(nèi)氧氣和二氧化碳的含量，實(shí)驗(yàn)后再檢測一次，通過比對(duì)反應(yīng)前后兩種氣體量的變化得出結(jié)論。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具將抽象的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)原理，加強(qiáng)學(xué)生記憶。

圖4 用傳感器檢測小蘇打與白醋反應(yīng)后瓶內(nèi)氣體含量的變化

圖5 學(xué)生操作集成電路

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具應(yīng)用的意義

隨著數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的不斷發(fā)展，數(shù)字化信息工具已經(jīng)滲透課堂，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂會(huì)更高效、更深入、更有趣。運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具可以有效拓展科學(xué)探究的領(lǐng)域，激發(fā)學(xué)生探究的積極性和主動(dòng)性，提高課堂實(shí)驗(yàn)效率，給學(xué)生留出更多時(shí)間和精力思考、創(chuàng)新。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)帶來新挑戰(zhàn)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)雖然科技含量高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可視化，但也帶來新挑戰(zhàn)。

（一）器材價(jià)格高

購入一套能滿足45 名學(xué)生的班級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具起碼需15 萬元，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于購買傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材的費(fèi)用。

（二）器材損耗大

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材都是由微小的零件、芯片和集成電路組裝而成，小學(xué)生好奇心重且操作不熟練，導(dǎo)致材料損耗率高，維護(hù)費(fèi)用高。

（三）簡單問題復(fù)雜化

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)操作便捷，易弱化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，教師盲目使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具，會(huì)降低學(xué)生的參與度。

因此，科學(xué)教師要提升對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知，科學(xué)地使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具，讓數(shù)字化實(shí)驗(yàn)點(diǎn)亮科學(xué)課堂。