信息化環(huán)境下傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的利弊分析

◇章玲玲（江蘇：南京河西外國語學(xué)校小學(xué)部）

小學(xué)科學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)探究為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)探究是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神的重要手段。但由于教材內(nèi)容的綜合性、開放性和靈活性，加上科學(xué)探究儀器設(shè)備的不足，以及人為的操作失誤引起精確程度不高，因而存在實(shí)驗(yàn)效果不明顯的弊端。針對(duì)這種情況，小學(xué)科學(xué)引入了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足。但在使用數(shù)字化儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)并不是所有的實(shí)驗(yàn)都適合使用數(shù)字化儀器，有部分實(shí)驗(yàn)仍要運(yùn)用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，才能取得最佳的實(shí)驗(yàn)效果。不管是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)還是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，它們都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生親自讀出數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)、觀察現(xiàn)象并分析數(shù)據(jù)，可以培養(yǎng)學(xué)生觀察思考的能力，讓學(xué)生充分理解實(shí)驗(yàn)的意義。

例如，實(shí)驗(yàn)“測(cè)量三杯水的溫度”，學(xué)生可以親自使用傳統(tǒng)的溫度計(jì)測(cè)量水溫，觀察溫度的變化過程，親自記錄下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并比較出三杯水的溫度高低。學(xué)生還可以發(fā)現(xiàn)組內(nèi)不同的同學(xué)在測(cè)量同一杯水的溫度時(shí)，往往讀到的溫度有偏差，從而明白，實(shí)驗(yàn)過程中由于人為原因而存在的誤差問題。而在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生使用溫度傳感器測(cè)量直接讀取數(shù)據(jù)，大家測(cè)得的同一杯水的溫度都是一樣的，也不會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)會(huì)存在誤差，缺少了很多重要的環(huán)節(jié)，這些都是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)過程中無法體會(huì)到的。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生親自準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料、組裝并動(dòng)手操作，能看出直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，更好地理解科學(xué)原理，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。

例如，實(shí)驗(yàn)“固體的熱脹冷縮”，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是通過加熱金屬棒，金屬棒膨脹后力傳感器受到擠壓，此時(shí)，數(shù)據(jù)采集器顯示壓力變大的現(xiàn)象，從而感知金屬棒加熱后膨脹了。移開酒精燈，讓金屬棒慢慢冷卻，壓力會(huì)變小，從而感知金屬棒收縮了。雖然數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中所用的原理并不存在錯(cuò)誤，但其忽略了此年齡段學(xué)生的認(rèn)知水平。對(duì)四年級(jí)的學(xué)生來說，這樣的實(shí)驗(yàn)方式，反而讓他們更難理解熱脹冷縮的現(xiàn)象了。而在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，我們先將銅球放入鐵圈，發(fā)現(xiàn)剛好能通過；然后用酒精燈給銅球加熱一段時(shí)間，再將銅球放入鐵圈，發(fā)現(xiàn)銅球不能通過鐵圈了；最后將銅球放入冷水中冷卻后，再嘗試讓其通過鐵圈，發(fā)現(xiàn)銅球又可以通過鐵圈了。此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象極其明顯，采用銅球能否通過鐵圈的方式，學(xué)生一目了然，銅球不能通過鐵圈，是因?yàn)殂~球變大，也就是受熱后膨脹了，冷卻后能通過，是因?yàn)殂~球又變小，也就是收縮了。學(xué)生通過這樣直觀的現(xiàn)象很容易理解固體熱脹冷縮的現(xiàn)象。而且，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生還可以親自動(dòng)手操作，親自感受明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。相比之下，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)就顯得沒有必要了。

二、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的弊端

部分傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在儀器的選擇上存在弊端，無法克服外界條件的干擾，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長、誤差大，很難達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果。

例如在“比較不同顏色物質(zhì)的吸熱性能”實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是選擇一深一淺兩種顏色的氣球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將其放在太陽光下，用傳統(tǒng)溫度計(jì)來測(cè)量溫度，然后每隔一段時(shí)間分別記錄兩種顏色氣球的溫度，最后分析這些數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。就學(xué)生日常實(shí)驗(yàn)來看，幾乎未成功過。這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄涉及秒表的使用，學(xué)生難以準(zhǔn)確地在同一時(shí)間記錄兩個(gè)溫度計(jì)的示數(shù)；氣球的選擇也是導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗的主要原因，什么樣的形狀、什么樣的顏色，甚至是大小都可能會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果?；蛘呤菗Q一種實(shí)驗(yàn)材料，又會(huì)帶來不同的問題。眾多的實(shí)驗(yàn)干擾因素會(huì)讓這個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)很難取得成功。

而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)就解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中遇到的種種無法解決的問題，大大提高了實(shí)驗(yàn)的成功率。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)用溫度傳感器代替普通溫度計(jì)，所測(cè)得的溫度更加精確。實(shí)驗(yàn)采用了數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的方法，將所測(cè)得的溫度通過軟件平臺(tái)傳輸?shù)诫娔X或是平板上，就可以輕松自由地搜集各個(gè)時(shí)間段的溫度數(shù)據(jù)。在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中，我們用同一材質(zhì)不同顏色的三根金屬棒代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)中屢次失敗的各類材料，讓我們不再為選擇何種材料發(fā)愁，而且三根金屬棒同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)相比于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中使用的兩種顏色的材料，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具說服力。在熱源問題上，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)采用的是太陽光照射，耗時(shí)長、效果差，而在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中，采用的是燈光照射，短短幾分鐘，金屬棒就能迅速吸熱升溫，效果明顯。為了解決照射不均勻的問題，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置也是別出心裁，將金屬棒置于以熱源為中心的圓弧上，以保證每根金屬棒被燈光均勻照射。

就數(shù)字化實(shí)驗(yàn)軟件來說，卡通畫的界面符合此年齡段學(xué)生的心理特點(diǎn)，能吸引學(xué)生的注意力。每根金屬棒的溫度實(shí)時(shí)顯示在界面上，吸熱性能一目了然。同時(shí)軟件能將采集到的溫度數(shù)據(jù)繪制成圖像，這樣更容易分析出不同顏色物質(zhì)吸熱性能的強(qiáng)弱。相比于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在此實(shí)驗(yàn)中可行性高、數(shù)據(jù)精確、耗時(shí)短，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果更可靠。

部分傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在操作技術(shù)問題，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象受到限制，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析錯(cuò)誤。

例如，在“探究擺的運(yùn)動(dòng)快慢與哪些因素有關(guān)”實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是用秒表計(jì)時(shí)，改變一個(gè)條件，控制其他條件不變，數(shù)出同一時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)的次數(shù)。這樣的方法固然可行，但是秒表的控制依舊是學(xué)生的難題，學(xué)生在數(shù)次數(shù)的時(shí)候，很難準(zhǔn)確數(shù)出擺動(dòng)的次數(shù)，稍不留神就會(huì)數(shù)錯(cuò)，如果條件控制得不好，還會(huì)來不及數(shù)，最終導(dǎo)致錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

本實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置，采用的是光電門傳感器記錄擺動(dòng)的次數(shù)，比起學(xué)生自己數(shù)，要精確得多。改變實(shí)驗(yàn)探究條件也比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便得多。此軟件可以設(shè)置實(shí)驗(yàn)時(shí)間，到了時(shí)間自動(dòng)停止實(shí)驗(yàn)，與人工計(jì)時(shí)相比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。每個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行三次，自動(dòng)取平均值作為最終結(jié)果，減少實(shí)驗(yàn)誤差。在此實(shí)驗(yàn)中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加接近真實(shí)情況。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

在傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)備中逐漸融入數(shù)字化的模式，將成為今后教學(xué)的必然趨勢(shì)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用,將大大提升小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的科學(xué)性,讓數(shù)字說話,或許會(huì)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀和價(jià)值觀發(fā)生較大的改變。同時(shí)可以把學(xué)生從煩瑣的數(shù)據(jù)獲取和記錄、公式運(yùn)用和圖線編輯中解放出來，使學(xué)生有更多的時(shí)間和更大的空間去思考和討論，從而培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和科學(xué)素養(yǎng)。

在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生使用傳統(tǒng)的測(cè)量工具時(shí)，通常會(huì)因?yàn)椴僮魇д`而致使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度很低，從而造成錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)結(jié)論；而通過傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)會(huì)更加精確，提高實(shí)驗(yàn)的成功率。有些實(shí)驗(yàn)，比如磁鐵不同部位的磁性大小分析，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不能很直觀地表現(xiàn)出磁性的大小，但我們通過磁場(chǎng)傳感器就能測(cè)得磁鐵某個(gè)部位的磁性的具體數(shù)值，化抽象為具體，使一些不易觀察到的現(xiàn)象能用數(shù)值或是圖像的形式呈現(xiàn)出來，更為直觀。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)主要是靠人工處理數(shù)據(jù)，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以很方便地通過實(shí)驗(yàn)軟件直接處理數(shù)據(jù)，如繪圖、制作表格、直線擬合等，省卻了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的紙筆和復(fù)雜計(jì)算，為學(xué)生提供更多思考的時(shí)間。培養(yǎng)學(xué)生利用新技術(shù)的科學(xué)素養(yǎng)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)并不能很好地做到這一點(diǎn)。

四、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的弊端

（一）為使用數(shù)字技術(shù)而使用

當(dāng)前，在很多小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)過程中，教師僅為了迎合學(xué)生和領(lǐng)導(dǎo)的需要，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為由，過于追求教學(xué)形式的創(chuàng)新和新穎，在教學(xué)中有動(dòng)感的表現(xiàn)，有更加美化的圖片還有更多更為強(qiáng)烈的色彩和動(dòng)畫，這樣的課堂看起來非常熱鬧，但是學(xué)生所學(xué)習(xí)到的知識(shí)寥寥無幾，也基本是在形式上對(duì)學(xué)生有吸引的作用，事實(shí)上給學(xué)生造成了諸多的干擾和誤導(dǎo)。學(xué)生的注意力完全在花哨的多媒體上，忽視了真實(shí)的教學(xué)內(nèi)容。這種華而不實(shí)的課堂，會(huì)讓學(xué)生的精力耗盡，影響最后的學(xué)習(xí)效果。

（二）容易忽視學(xué)生的主體地位

學(xué)生在整個(gè)認(rèn)知活動(dòng)中處于主體位置，課堂教學(xué)的整個(gè)過程也是學(xué)生和教師的交流過程，教師和學(xué)生能夠相互間產(chǎn)生影響，因而形成有助于學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)環(huán)境。在科學(xué)課堂上，使用數(shù)字資源，能給學(xué)生學(xué)習(xí)提供更多的多媒體資料，在信息的傳遞過程中比傳統(tǒng)方式更有效率。但缺失的是教師不能對(duì)學(xué)生進(jìn)行情感方面的教育，也不能發(fā)揮出傳統(tǒng)教育的優(yōu)勢(shì)，課堂上教師和學(xué)生的溝通變少，這樣就極大地阻礙了學(xué)生的發(fā)展和學(xué)生與教師之間的情感溝通。

五、客觀看待數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝備反映了當(dāng)代最新科技成果。隨著小學(xué)科學(xué)數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)校園,教師借助信息技術(shù)給學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)活動(dòng)和開放的學(xué)習(xí)環(huán)境,數(shù)字化探究成了學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新的工具。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)符合小學(xué)科學(xué)的學(xué)科特征，同時(shí)也成了學(xué)生獲取、理解和應(yīng)用科學(xué)知識(shí)的重要途徑。

我們要以低年級(jí)小學(xué)生發(fā)展與認(rèn)知特點(diǎn)作為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合小學(xué)生認(rèn)知發(fā)展與教育特點(diǎn)，用新的數(shù)字化交互技術(shù)為他們構(gòu)建一種趣味、娛教相結(jié)合的科學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件，促進(jìn)和加快適合于低年級(jí)小學(xué)生學(xué)習(xí)類軟件的研發(fā)進(jìn)程。要為小學(xué)生提供專門化、更有針對(duì)性的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)他們學(xué)習(xí)和探索的興趣，推動(dòng)他們內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力，提升數(shù)字化學(xué)習(xí)素養(yǎng)，最大限度消除數(shù)字化時(shí)代這把雙刃劍的負(fù)面效應(yīng)，從而促進(jìn)學(xué)生健康學(xué)習(xí)和成長。這對(duì)于學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)具有重要意義。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝈憻拰W(xué)生的觀察能力、動(dòng)手操作能力及分析思考能力，但同時(shí)也有著精度低、誤差大、浪費(fèi)時(shí)間等不足，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)正好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，但這并不意味數(shù)字化實(shí)驗(yàn)完全取代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)并非全部適于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)比較適合用在那些過程比較復(fù)雜，要采集的數(shù)據(jù)量比較多，數(shù)據(jù)處理中計(jì)算量比較大的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的采集、處理都是在幕后進(jìn)行的，這在實(shí)際教學(xué)中可能會(huì)帶來很多便利，而在教學(xué)中卻是一個(gè)不足。因此，在實(shí)際的教學(xué)中，二者應(yīng)互為補(bǔ)充，教師可根據(jù)教學(xué)的實(shí)際需要，將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，提高課堂教學(xué)效率。

六、結(jié)語

在信息爆炸的年代，信息化已經(jīng)深入到了人們的方方面面。衣：電子商城的流行，讓商品的流通更加扁平，讓人們的選擇更加廣闊；食：外賣軟件的普及，讓大家足不出戶便可享受到自己心儀的食品；住：各種租房購房App，讓居住變得更加便捷；行：打車軟件的流行、購票系統(tǒng)的普及，無論是打的還是乘坐高鐵飛機(jī)，都可以通過智能終端快速解決。

教育的信息化，也逐漸普及。隨著教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，我們相信，不久的將來，教育的信息化將會(huì)更加智能，將會(huì)搭建出非常強(qiáng)大的教育信息化平臺(tái)。教育信息化將帶來教育的終身化、社會(huì)化和生活化。在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，一切設(shè)想都可能成為現(xiàn)實(shí)，讓我們的教育能夠真正地寓教于樂，解放教師的時(shí)間，拓寬學(xué)生的視野，讓學(xué)生感受到知識(shí)的魅力。感謝科技的發(fā)展，讓許多的不可能變成了可能，感謝科技的力量，讓教育變得更加公平公正?！?/p>