數(shù)字化實驗在小學科學教學中的優(yōu)勢分析及探討

【摘要】文章首先闡述了在小學科學教學中開展數(shù)字化實驗的必要性，以及數(shù)字化實驗的優(yōu)勢，然后主要就數(shù)字化實驗在小學科學教學中的實際應(yīng)用，提出了部分探討性建議。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化；實驗；科學；教學

《義務(wù)教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱新課標）對觀察和實驗教學提出了明確要求，指出要“以探究實踐為主要方式開展教學活動”，引導學生發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、制定計劃，并通過實驗觀察過程與結(jié)果，分析得出最終結(jié)論。在如今的信息化時代下，為了落實新課標教學要求，提高實驗教學的成效，應(yīng)將數(shù)字化實驗在小學科學教學中的應(yīng)用作為一項關(guān)鍵課題，積極加強研究、探討與實踐。

一、在小學科學教學中開展數(shù)字化實驗的必要性

1.順應(yīng)時代發(fā)展趨勢

我國針對各個學科提出了相應(yīng)的核心素養(yǎng)，它們是學生在學科學習過程當中，必須要形成的素質(zhì)、掌握的能力。就科學學科來講，其學科核心內(nèi)容主要包括了四個方面，第一是對待科學在學習、理解和應(yīng)用上，所表現(xiàn)出來的興趣、動力和正確行為規(guī)范；第二是崇尚真理，不僅能夠掌握、應(yīng)用科學知識及科學方法，同時能夠肯定任何與尊重科學研究成果；第三是客觀、理性的思維，能夠以科學的眼光來看待這個世界中的所有事物，尊重事實及科學依據(jù)；第四是勇于探究，能夠?qū)Υ嬖诘囊蓡?、不解，采取正確、科學的方式進行探索、研究，通過假設(shè)、邏輯推理、實驗、觀察、總結(jié)等一系列實踐方法，得出結(jié)論、檢驗求證。對學生上述這些核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，無一例外都需要不同程度地依賴于實驗教學的開展，否則科學教學就會成為“知識灌輸”的課堂，對學生發(fā)展并無益處[1]。隨著信息化時代的到來，包括教育、教學在內(nèi)的各個行業(yè)領(lǐng)域都在朝向數(shù)字化的方向轉(zhuǎn)型，學生的認知習慣、認知方式也出現(xiàn)了一定的變化。在這樣的情況下，教師有必要將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到實驗教學中來，開展數(shù)字化實驗，以順應(yīng)時代發(fā)展趨勢，迎合學生認知的轉(zhuǎn)變。

2.落實教育改革要求

信息化是我國教育改革的一個重要方向，2018年4月13日，教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》，要求加深信息化技術(shù)在各學科教學中的深入、有機運用，構(gòu)建全新的智能化、數(shù)字化教學體系，將信息化技術(shù)與課堂教學全面的整合起來，通過信息化技術(shù)豐富教學的方式、方法，達到提高教學效率與質(zhì)量的目的[2]。因此，在“教育信息化2.0行動計劃”下，教師應(yīng)樹立起全新的教育觀點和理念，熟練掌握信息化教學技術(shù)能力，將基于信息化技術(shù)的數(shù)字化實驗有效地應(yīng)用到科學教學中來，這樣才能更好地落實教育改革要求，推動我國教育現(xiàn)代化、信息化轉(zhuǎn)型。

3.提高實驗教學成效

實驗是小學科學教學的一個重要環(huán)節(jié)，它能夠展現(xiàn)、驗證抽象的科學知識，通過直觀、客觀的科學現(xiàn)象，加快、加深學生對科學知識的理解、吸收。同時，實驗也是小學科學教學的一項重要內(nèi)容，學生在實驗教學中通過觀察、參與和實踐操作，其觀察、質(zhì)疑、思考與動手解決問題的能力，都可以得到顯著的提升[3]。但在傳統(tǒng)教學條件下，實驗教學的開展限制較大，難以取得理想的教學成效。通過數(shù)字化實驗的應(yīng)用，得益于其技術(shù)優(yōu)勢，可以解決傳統(tǒng)實驗教學面臨的難題，提高科學實驗教學的成效。

二、數(shù)字化實驗在小學科學教學中的優(yōu)勢

1.強化科學教學的趣味性

科學教學必然涉及科學知識，而科學知識對于小學生來講，又會顯得較為枯燥、無聊，難以讓他們產(chǎn)生濃厚的學習興趣。雖然通過開展傳統(tǒng)的實驗教學也能夠降低科學知識的枯燥感、無聊感，但效果較為有限，依然不能充分激發(fā)出學生的科學學習興趣和動力。與傳統(tǒng)的實驗教學方式相比較，數(shù)字化實驗具有新穎的展示方式，各種屏幕、顯示器，可以使實驗看起來更加具有吸引力，更符合當前小學生的認知習慣、認知傾向[4]。再加上其豐富的互動功能，能夠大大強化科學教學的趣味性，激發(fā)出學生強烈的學習興趣，讓學生在興趣的驅(qū)使下，以充沛的動力積極、主動地參與到科學學習中來。

2.降低科學教學的抽象性

除了枯燥、無聊之外，科學知識會帶給學生的另一個主觀感受是抽象，甚至可能與他們?nèi)粘７e累到的生活經(jīng)驗截然相反（如光的顏色）。這就會給傾向于直觀思維、形象思維的小學生帶來不小的學習難度，阻礙他們對科學知識的學習和理解、吸收。通過實驗教學，能夠使抽象的科學知識具象化，便于學生學習。傳統(tǒng)的實驗教學方式在觀察上可能多有不便，學生不一定能夠真正細致地觀察到實驗操作、科學現(xiàn)象，這反而會加深學生的疑惑。而數(shù)字化實驗則能夠為學生的實驗觀察創(chuàng)造更好的條件，如可以放大、回放、快放、多角度播放實驗細節(jié)，并將實驗過程當中涉及的科學概念、科學知識，同步到實驗畫面上，最大限度降低科學教學的抽象性。

3.增強科學教學的便捷性

由于科學教學不只是單純的知識教學，所以需要進行更多的教學準備，教學過程當中還會涉及很多的開放性、探究性活動，這就會給教師帶來不小的教學壓力，甚至影響正常的教學進度?？茖W實驗教學的情況更是如此，如教師需要準備實驗器材、進行實驗操作、指導學生進行實驗等，這都需要消耗大量的時間和精力[5]。將數(shù)字化實驗應(yīng)用到科學教學中，可以很好地改善這樣的情況，因為通過計算機、平板電腦、希沃白板、三個助手、DIS數(shù)字化實驗系統(tǒng)等工具，教師可以輕松地為學生完成實驗演示，不需要重復地做準備、清理等方面的工作，還可以更加規(guī)范地維持課堂秩序，增強科學教學的便捷性，保證高效的教學進度。

三、數(shù)字化實驗在小學科學教學中的應(yīng)用

1.應(yīng)用數(shù)字化實驗為學生進行科學教學導入

如上文所提到的，單純的科學知識容易讓小學生感到枯燥、無聊，在這樣的心理狀態(tài)下，學生很難產(chǎn)生學習科學的主觀興趣和動力，從而影響到整堂課的教學成效。為了改變這樣的情況，教師可以應(yīng)用數(shù)字化實驗為學生進行科學教學導入，以此吸引學生的注意力，激發(fā)學生的科學學習興趣和探究欲，讓學生能夠積極、主動參與到教學中來，保證課堂教學成效。

如在進行顯微鏡觀察“洋蔥表皮”載玻片教學中，如果教師按照傳統(tǒng)的教學方法，一開課就平鋪直敘、按圖索驥式地對學生展開教學，必然難以激發(fā)學生學習興趣和動力，可能導致整堂課都沉悶、沒有活力。而有了數(shù)字化實驗的幫助，教師可以設(shè)計出一個顯微鏡觀察實驗，提前準備好數(shù)字化顯微鏡和若干的細胞標本，開課后先為學生展示看起來平平無奇的標本，然后再將標本置于數(shù)字化顯微鏡下，將數(shù)字化顯微鏡的圖像投射到大屏幕上。通過調(diào)節(jié)數(shù)字化顯微鏡放大倍數(shù)，讓學生逐步看到標本在微觀下的狀態(tài)。這樣一來，學生的注意力就會立即集中到實驗身上，并讓他們感受到微觀世界的奇妙，產(chǎn)生進一步的學習興趣和動力，積極、主動地配合課堂教學開展，保證課堂教學成效。

2.應(yīng)用數(shù)字化實驗為學生詳細講解實驗方法

在小學科學實驗教學中，如何指導學生正確進行實驗操作，一直以來都是不小的教學難題。為了解決這一教學難題，教師可以應(yīng)用數(shù)字化實驗為學生詳細講解實驗方法，確保每一個學生都可以掌握正確的實驗方法。

如在“使小電珠發(fā)光”的實驗教學中，教師可以先用希沃白板，通過其內(nèi)置的各種電路科學實驗組件，為學生展示應(yīng)當如何進行電路連接，以確保燈泡可以安全、正常的照亮。其間，教師還可以故意試錯，進行錯誤的線路和器件連接，讓學生看到錯誤的連接和安裝方式，并不能讓燈泡照亮。緊接著，教師可以提前從多角度錄制實驗操作過程視頻，然后在教學中為學生播放視頻，通過對視頻不同角度的調(diào)整，以及對畫面的放大、慢放等控制，讓學生真正詳細地掌握實驗方法，保證學生能夠正確地完成實驗操作。

3.應(yīng)用數(shù)字化實驗為學生大量展示實驗細節(jié)

傳統(tǒng)的實驗教學雖然能夠達到用實驗為學生驗證科學知識的目的，但是其中的一些細節(jié)依然不能被學生所觀察到，針對這樣的問題，教師可以通過對數(shù)字化實驗的應(yīng)用，來為學生展示更加豐富的實驗細節(jié)。

如在使用三棱鏡進行“光的折射”科學知識教學中，教師可以設(shè)計一個“光的顏色”的實驗，為學生展示光究竟是由哪些顏色組成的，以及三棱鏡的作用。這個實驗較為簡單，只要有自然的太陽光線與三棱鏡，即可將太陽光分解成為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫各種色彩，不過學生卻不能觀察到光被分解的細節(jié)。這個時候，教師就可以利用數(shù)字化實驗，通過計算機、平板電腦等，為學生模擬光穿過三棱鏡時被分解的過程和狀態(tài)細節(jié)，使實驗過程變得更為形象。

4.應(yīng)用數(shù)字化實驗為學生直觀講解科學知識

讓學生能夠正確理解科學概念、科學知識，是科學教學必須要達到的目標之一。不過有的科學概念、科學知識不僅抽象，甚至還是無形的，這顯然就不利于學生的學習、理解。為此，教師可以通過對數(shù)字化實驗的應(yīng)用，來為學生直觀地講解科學知識。

如在有關(guān)“運動與摩擦力”的教學中，為了讓學生能夠真正“看到”和理解摩擦力，教師可以采用DIS數(shù)字化實驗系統(tǒng)來對學生進行實驗教學。首先將力傳感器接入數(shù)據(jù)采集器，并與摩擦力實驗器相連，然后選擇不同重量的滑塊，打開摩擦力實驗器電動機電源開關(guān)，使滑塊下底板在電動機的牽引下由靜止狀態(tài)變?yōu)閯蛩龠\動狀態(tài)。最后再帶領(lǐng)學生一同觀看DIS數(shù)字化實驗系記錄下來的摩擦力數(shù)據(jù)圖，讓學生可以基于摩擦力數(shù)據(jù)圖，直觀地意識到摩擦力是真實存在的，并通過滑塊重量及摩擦力數(shù)據(jù)圖的變化，發(fā)現(xiàn)物體運動所受摩擦力的大小與其自身重量是存在關(guān)系的，滑塊重量越大，摩擦力也越大。

5.應(yīng)用數(shù)字化實驗為學生加速展現(xiàn)實驗過程

在小學科學實驗教學中，有些實驗的過程是相當漫長的，無法在短時間內(nèi)完成實驗和觀察，但其中所涉及的科學知識又較為重要，是學生必須要學習、掌握的，這就形成了一個不小的教學難題和矛盾。為此，教師可以應(yīng)用數(shù)字化實驗為學生加速展現(xiàn)實驗過程，保證學生能夠在有限的課堂教學時間內(nèi)，觀察到整個實驗過程。

如在“種子發(fā)芽”的實驗教學中，讓學生完成實驗教學顯然是不現(xiàn)實的，然而讓學生觀察到種子發(fā)芽的過程，又對于他們的學習至關(guān)重要。為此，教師可以采用延時攝影的方式，將種子發(fā)芽的實驗過程記錄下來。這樣一來，種子從下播到發(fā)芽的整個過程，就可以被壓縮到幾分鐘的時間之內(nèi)，而且不會遺漏重要細節(jié)，使學生能夠真正動態(tài)地觀察到種子發(fā)芽的全貌。這樣的實驗教學方法，在植物的生長變化等內(nèi)容的教學中，也是高度適用的。

四、結(jié)語

將數(shù)字化實驗應(yīng)用于小學科學教學，既具有高度的必要性，又具有突出的優(yōu)勢，作為教師應(yīng)加強相關(guān)的教學探索。實踐中，應(yīng)基于小學科學教學內(nèi)容，合理、有機地引入數(shù)字化實驗，借助其技術(shù)優(yōu)勢，提高實驗教學的成效，讓學生能夠更加直觀、輕松、有序地進行科學學習，實現(xiàn)更好地成長與發(fā)展。

【參考文獻】

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[4]潘時軍.數(shù)字化教學手段在科學課堂教學中的運用方法探究[J].考試周刊，2021（60）.

[5]陳小衛(wèi).數(shù)字化工具在科學實驗教學中應(yīng)用的案例研究[J].小學教學參考，2021（09）.