小學(xué)科學(xué)課中傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)化為智慧實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究分析

范宏榮

智慧課堂是在教育信息化2.0背景下誕生出來的一種全新課程模式，強(qiáng)調(diào)教師以信息技術(shù)為支撐，通過微課教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等模式來為學(xué)生進(jìn)行授課。在這一過程中不僅學(xué)生能夠更加直觀地接收知識(shí)，教師還可以借助信息技術(shù)優(yōu)勢，通過評(píng)價(jià)反饋、資源推送、成果整理以及數(shù)據(jù)分析等相關(guān)技術(shù)手段，來創(chuàng)造課堂更為豐富的附加值，從而整體提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。將智慧課堂融入小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師能夠?yàn)閷W(xué)生創(chuàng)建開放式的學(xué)習(xí)平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自身需求來設(shè)計(jì)并操作實(shí)驗(yàn)，最終完成實(shí)驗(yàn)成果轉(zhuǎn)化，能夠有效體現(xiàn)學(xué)科特色，全面培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力。為此，教師需要正確理解智慧課堂的應(yīng)用內(nèi)涵，并深入分析傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足，為學(xué)生打造更為智能的實(shí)驗(yàn)空間。

一、傳統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的弊端

（一）時(shí)間和空間不足，易受材料限制

實(shí)驗(yàn)是學(xué)生對課堂理論內(nèi)容進(jìn)行初步了解之后，通過實(shí)踐操作來進(jìn)行知識(shí)驗(yàn)證的環(huán)節(jié)。因此，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，課堂本身極易受時(shí)間和空間限制，教師不僅要保證學(xué)生充分理解知識(shí)，同時(shí)還需要留出充裕的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。除此之外，小學(xué)階段接觸的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容雖然相對基礎(chǔ)，但是卻也需要擁有大量的材料和設(shè)備作為支撐，對一部分經(jīng)費(fèi)較為緊張的學(xué)校產(chǎn)生了一定壓力，甚至難以滿足學(xué)生操作需求。如此一來便導(dǎo)致當(dāng)前大部分學(xué)校的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)都不盡如人意，并且難以將學(xué)生的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化成具體的實(shí)驗(yàn)成果。

（二）存在局限性，課程資源不足

實(shí)驗(yàn)是學(xué)生探索生活的重要途徑，也是學(xué)生認(rèn)知并了解事物的有效方法之一。在小學(xué)階段開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并不單純局限于引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)知識(shí)，同時(shí)也是希望通過實(shí)驗(yàn)的方式來幫助學(xué)生感悟?qū)W科思想，使其能夠利用有效手段解決生活中的問題。但就以往的教學(xué)成果來看，教師開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要范圍通常都集中在課內(nèi)層面，同時(shí)實(shí)驗(yàn)開展的目的也往往局限于達(dá)成教材知識(shí)目標(biāo)，并沒有引導(dǎo)學(xué)生正確理解實(shí)驗(yàn)思想，也沒有通過實(shí)驗(yàn)來開闊學(xué)生視野，引領(lǐng)學(xué)生了解更多的事物原理。為此，教師需要進(jìn)一步拓展課程資源，為學(xué)生引入更加豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從而促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的升級(jí)轉(zhuǎn)型。

（三）缺乏效率性，學(xué)生理解困難

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，存在一部分內(nèi)容較為復(fù)雜，同時(shí)操作流程又相對繁瑣的實(shí)驗(yàn)。而小學(xué)生由于思維水平與操作能力不足，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的過程中常常會(huì)遭遇各種障礙，如此一來便進(jìn)一步增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不可控因素，使教師難以有效把握教學(xué)節(jié)奏。針對這一現(xiàn)象，教師要做的不僅是簡化實(shí)驗(yàn)流程，同時(shí)還需要尋求更為高效的教學(xué)手段，幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、操作?xì)節(jié)以及技術(shù)要點(diǎn)，如此才能夠促使學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并通過對實(shí)驗(yàn)過程的梳理總結(jié)，來獲得具體的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與方法技能，以此全面提高小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

（四）忽視主體性，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)

實(shí)驗(yàn)并非學(xué)生跟隨教師演示盲目進(jìn)行操作，而是要求學(xué)生理解每一個(gè)步驟之間的邏輯關(guān)系，并能夠主動(dòng)在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而保證學(xué)生在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的收益達(dá)到最大化。當(dāng)前教師在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，常常忽略了學(xué)生的主體地位，甚至個(gè)別教師為了保證對教學(xué)時(shí)間的合理運(yùn)用，還會(huì)剝奪學(xué)生的操作權(quán)利，通過單方面的操作演示，來幫助學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如此不僅導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，同時(shí)也不利于培養(yǎng)小學(xué)生的問題意識(shí)、探究意識(shí)以及創(chuàng)作意識(shí)，使其無法將“實(shí)驗(yàn)”這一學(xué)習(xí)方法應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中。

二、小學(xué)科學(xué)課中傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)化為智慧實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵途徑

（一）加強(qiáng)平臺(tái)建設(shè)，開展線上教學(xué)

加強(qiáng)平臺(tái)建設(shè)是開展智慧實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，教師需要根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，來選擇對應(yīng)的線上教學(xué)軟件，隨后通過不斷完善系統(tǒng)的功能配置，來為學(xué)生打造“虛擬實(shí)驗(yàn)空間”，使學(xué)生不僅能夠通過線上平臺(tái)了解實(shí)驗(yàn)知識(shí)，同時(shí)也確保教師能夠在這一過程中開發(fā)課件、采集數(shù)據(jù)、管理檔案以及開展線上教學(xué)，從而學(xué)生打造更為智能的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)空間。

以“學(xué)正寶”線上學(xué)習(xí)軟件為例，該軟件分為學(xué)生端與教師端兩個(gè)接口。其中學(xué)生端結(jié)構(gòu)包含自主學(xué)、隨堂學(xué)、輔導(dǎo)學(xué)以及課堂學(xué)等四個(gè)模塊，能夠支持學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)或課后拓展，并在課中引導(dǎo)學(xué)生跟隨教師計(jì)劃系統(tǒng)了解相關(guān)知識(shí)；而教師端則包含了教學(xué)管理、作業(yè)管理、學(xué)情分析、師生互動(dòng)等多項(xiàng)功能，主要目的是方便教師進(jìn)行課件制作，同時(shí)更加精準(zhǔn)地掌握班級(jí)學(xué)情，以便于能夠高效開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如圖1所示。

圖1? 智慧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能配置

借助平臺(tái)強(qiáng)大的教學(xué)功能，教師可以展開線上教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生在課前或課后自主對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了解，并借助家庭中豐富的生活材料來開展一些簡單的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。如此一來不僅極大緩解了學(xué)校的資源壓力，同時(shí)也有效解除了教學(xué)時(shí)空間限制，使教師能夠隨時(shí)隨地為學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如圖2所示。

圖2? 電路實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)演示

（二）實(shí)施檔案管理，豐富課程資源

“智慧實(shí)驗(yàn)課堂”要求具備強(qiáng)大的資源整合能力，使教師不僅能夠完整記錄學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)情況，同時(shí)還可以詳細(xì)記錄不同實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案，以及教師在課堂中誕生出的創(chuàng)新想法等。通過對這部分內(nèi)容進(jìn)行整合，教師一方面可以不斷擴(kuò)充學(xué)校的課程資源儲(chǔ)備，另一方面也可以借助平臺(tái)與其他地區(qū)學(xué)校的教師進(jìn)行交流，使得教師關(guān)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的一些設(shè)想能夠得到不斷完善，從而有效開發(fā)出更加豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

例如，教師可以將學(xué)校的“智慧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”與教育資源公共服務(wù)網(wǎng)站之間進(jìn)行對接，使其他教師也能夠?yàn)g覽學(xué)校的一些特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并借助平臺(tái)的“大眾點(diǎn)評(píng)”功能來給出評(píng)價(jià)及相關(guān)建議，從而為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的持續(xù)改進(jìn)提供群體智慧。在此基礎(chǔ)上，教師也可以參考其他教師的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，從中選擇符合當(dāng)前教學(xué)特點(diǎn)的內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)、完善、保存，并將其作為實(shí)驗(yàn)素材引入到課堂之中，幫助學(xué)生接觸更加豐富的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。通過這樣的方式，教師可以不斷豐富學(xué)校的實(shí)驗(yàn)課程資源，同時(shí)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際需求來打造針對性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。不僅有效提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)也能夠保證學(xué)生通過“智慧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”了解到更加豐富的科學(xué)知識(shí)。

（三）采用數(shù)據(jù)技術(shù)，精準(zhǔn)診斷學(xué)情

“數(shù)據(jù)分析”是智慧實(shí)驗(yàn)課堂的另一特征，通過對班級(jí)學(xué)生展開數(shù)據(jù)診斷，教師可以更加精準(zhǔn)地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果來針對性地調(diào)整教學(xué)計(jì)劃。教師可以合理剔除一些不必要的基礎(chǔ)講解環(huán)節(jié)，集中針對實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行操作演示，以此確保學(xué)生能夠更為完整地了解實(shí)驗(yàn)知識(shí)，同時(shí)順利完成實(shí)驗(yàn)操作任務(wù)。

例如，在課前環(huán)節(jié)，教師可以使用PPT演示課件將完整的實(shí)驗(yàn)操作流程分享給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課前自主預(yù)習(xí)。在這一過程中，智慧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)會(huì)自動(dòng)采集學(xué)生的瀏覽數(shù)據(jù)，包括學(xué)生對某一環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)操作的暫停、回放、重播次數(shù)，教師可以通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)生的平均觀看時(shí)長以及點(diǎn)擊量等內(nèi)容，由此分析學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的哪些細(xì)節(jié)存在理解障礙，并在課堂中進(jìn)行更為清晰的演示說明。同時(shí)為學(xué)生介紹具體的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，確保學(xué)生能夠更加完整地掌握實(shí)驗(yàn)操作要求。除此之外，教師還可以通過記錄學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果、提問內(nèi)容以及錯(cuò)題情況等信息內(nèi)容，自動(dòng)分析學(xué)生當(dāng)前的整體情況，以及在學(xué)習(xí)中討論最多的話題，如圖3所示。然后以此為基礎(chǔ)為學(xué)生設(shè)置專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，確保能夠通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)來滿足學(xué)生更多需求，并整體強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

圖3? 學(xué)生作業(yè)分析數(shù)據(jù)

（四）提出生活話題，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)教育模式下，學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)具有明顯的被動(dòng)性特征，無論是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，還是實(shí)驗(yàn)材料的選擇，都只能夠根據(jù)教師要求來進(jìn)行。在智慧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)背景下，教師則可以通過在“公共發(fā)言”板塊設(shè)置相關(guān)的生活話題來引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題，并深入?yún)⑴c到整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程的設(shè)計(jì)當(dāng)中。如在教學(xué)“運(yùn)動(dòng)與摩擦力”一課的過程中，教師可以在課后要求學(xué)生思考“同樣一種材料，受到的摩擦力會(huì)發(fā)生改變嗎？”以此為基礎(chǔ)引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系課堂學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，自主展開實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來驗(yàn)證這一問題。不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)，同時(shí)也能夠幫助學(xué)生逐漸把握實(shí)驗(yàn)特質(zhì)，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)能力。

在此基礎(chǔ)上，教師還可以根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況，選擇在智慧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中加載音響系統(tǒng)、平板電腦、錄播系統(tǒng)、交互式電子白板、藍(lán)牙鏈接、紅外追蹤器、智能傳感器、NFC貼片以及AR和VR設(shè)備等，為學(xué)生提供更為強(qiáng)大的設(shè)備支持，使他們不僅能夠簡化實(shí)驗(yàn)流程，同時(shí)也可以在虛擬環(huán)境下獲得更加豐富的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。

三、智慧實(shí)驗(yàn)教學(xué)在小學(xué)科學(xué)課程中的具體應(yīng)用

（一）創(chuàng)設(shè)豐富情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

興趣在學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的過程中起關(guān)鍵作用，不僅能夠引發(fā)學(xué)生對事物的探索欲望，同時(shí)也能夠促使學(xué)生主動(dòng)了解更加豐富的科學(xué)原理，能夠奠定課堂教學(xué)的良好基礎(chǔ)。然而小學(xué)生的綜合能力薄弱，并且知識(shí)水平有限，往往難以完成一些復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，故而無法全面感知科學(xué)實(shí)驗(yàn)的魅力所在。為此，小學(xué)科學(xué)教師可以借助智慧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在虛擬場景下為學(xué)生呈現(xiàn)一些精彩的實(shí)驗(yàn)，以此激發(fā)學(xué)生的操作欲望，并使其能夠展開實(shí)驗(yàn)探究。

例如，在“認(rèn)識(shí)飛行器”這一課的教學(xué)活動(dòng)中，教師可以引入國內(nèi)外的一些航模比賽、航模設(shè)計(jì)視頻，引導(dǎo)學(xué)生通過這些內(nèi)容了解飛行器的科學(xué)原理。還可以通過VR眼鏡，將學(xué)生代入航空模型的飛行視角當(dāng)中，感受“虛擬飛行”帶來的刺激體驗(yàn)。以此來充分激發(fā)學(xué)生的探究欲望，使其能夠根據(jù)教師的指引，使用簡易材料來制作一架“飛行器模型”，并在課后能夠展開進(jìn)一步探索。

（二）引入智能系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)輔助

科學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅要求學(xué)生掌握正確的操作步驟，同時(shí)還需要學(xué)生進(jìn)行精確的計(jì)算以及測量，如此才能夠有效揭示事物的科學(xué)原理。然而小學(xué)生操作能力有限，在實(shí)驗(yàn)過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種疏漏，使學(xué)生喪失信心。為此，教師可以借助一定的智能設(shè)備來幫助學(xué)生簡化操作，使其能夠順利完成實(shí)驗(yàn)，并獲得更為理想的實(shí)驗(yàn)效果。

例如，在“運(yùn)動(dòng)和摩擦力”一課中，教師可以在平臺(tái)中連接智能傳感器系統(tǒng)，將力學(xué)傳感儀與學(xué)生需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的物品進(jìn)行對接，然后將物體分別放置在木板、毛巾、玻璃面上進(jìn)行拉動(dòng)。如此一來，隨著學(xué)生向后拖拽物體，力學(xué)傳感器中便會(huì)自動(dòng)顯示出物體受到的拉力數(shù)值，并自動(dòng)以數(shù)據(jù)圖表的方式呈現(xiàn)出來，如圖4所示。通過這樣的方式，學(xué)生不僅能夠獲得更加精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)值，同時(shí)還能夠通過改變實(shí)驗(yàn)物體的重量、形狀等相關(guān)參數(shù)，來探索摩擦力產(chǎn)生的更多影響因素，從而確保學(xué)生能夠通過實(shí)驗(yàn)對“摩擦力”知識(shí)形成更為完整的認(rèn)知。

圖4? 智能實(shí)驗(yàn)輔助系統(tǒng)

（三）加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理，整理學(xué)習(xí)資料

實(shí)驗(yàn)的目的是幫助學(xué)生驗(yàn)證知識(shí)，并解決自身在學(xué)習(xí)過程中存在的問題，以便于能夠?qū)W(xué)生今后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生啟發(fā)。因此，對于學(xué)生來說，實(shí)驗(yàn)記錄同樣也是一份珍貴的學(xué)習(xí)資料，能夠在學(xué)生今后復(fù)習(xí)與探究的過程中起到重要的參考作用。為此，教師應(yīng)要求學(xué)生加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)總結(jié)，以便于加強(qiáng)自身的知識(shí)積累，并獲得更為理想的學(xué)習(xí)效果。

通過智慧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，教師可以幫助學(xué)生自主申請個(gè)人專屬賬號(hào)。同時(shí)在每次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，不僅能夠由平臺(tái)自動(dòng)記錄整理學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還可以將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)圖片、視頻以及心得保存下來，形成完整的個(gè)人學(xué)習(xí)資料，并可以與其他學(xué)生之間進(jìn)行交流共享。不僅如此，學(xué)生在日常生活中，也可以借助智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來記錄自身的一些設(shè)計(jì)發(fā)明，并將自身的學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)分享到平臺(tái)“公共交流”板塊，以此營造班級(jí)良好的科學(xué)氛圍，使學(xué)生養(yǎng)成自主實(shí)驗(yàn)的良好習(xí)慣。

（四）完善作業(yè)設(shè)計(jì)，展開課后實(shí)驗(yàn)

在智慧實(shí)驗(yàn)教學(xué)背景下，教師還可以為學(xué)生設(shè)計(jì)一些課后實(shí)驗(yàn)作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生借助科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，從而將科學(xué)實(shí)驗(yàn)與學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系在一起，有效培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)與創(chuàng)造意識(shí)。

例如，在學(xué)習(xí)了“用種子繁殖”之后，教師可以為班級(jí)內(nèi)的學(xué)生每人發(fā)放一顆種子。然后要求學(xué)生按照教材中給出的種子生長條件將其種植在花盆中。然后要求學(xué)生在智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中每日記錄“澆水?dāng)?shù)量”“光照情況”以及“施肥頻率”等，并在每個(gè)固定周期要求學(xué)生記錄植物的生長高度，同時(shí)對比其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)影響植物生長狀態(tài)的數(shù)據(jù)都有哪些。如此不僅進(jìn)一步體現(xiàn)了智慧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢，也有效創(chuàng)新了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)形式，使學(xué)生能夠通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得更多的啟發(fā)。

四、結(jié)語

綜上所述，本文討論了小學(xué)科學(xué)課中傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)化為智慧實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體途徑，并對智慧實(shí)驗(yàn)教學(xué)在科學(xué)課程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。強(qiáng)調(diào)教師需要充分借助信息技術(shù)優(yōu)勢，來培養(yǎng)學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)意識(shí)，并緊密圍繞學(xué)生需求，為其設(shè)置豐富的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，以此全面提高科學(xué)課的教學(xué)質(zhì)量。

注：本文系甘肅省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度省級(jí)立項(xiàng)課題“如何在小學(xué)科學(xué)課中促進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與現(xiàn)代新興科技手段有機(jī)融合的研究”（項(xiàng)目編號(hào)：GS（2020）GHB4296）研究成果。