科技賦能下的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新路徑

〔摘 要〕 21世紀(jì)，科技迅猛發(fā)展，小學(xué)科學(xué)教育正經(jīng)歷一場(chǎng)深刻的變革。人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的興起，不僅對(duì)我們的日常生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，也為教育領(lǐng)域帶來(lái)前所未有的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與實(shí)踐能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)模式正遭遇挑戰(zhàn)并經(jīng)歷重塑。科技的融入為小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)注入新活力，開(kāi)辟探索未知、激發(fā)創(chuàng)造力的全新途徑。本文分析科技賦能下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新原則以及意義，論述科技賦能下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新路徑。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué)；科技賦能；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新

〔中圖分類號(hào)〕 G424 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 A 〔文章編號(hào)〕 1674-6317 （2025） 04 080-082

小學(xué)教育體系中，科學(xué)課程作為基礎(chǔ)課程，肩負(fù)著啟蒙科學(xué)思維、培養(yǎng)未來(lái)人才的重要使命。然而，傳統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)大都是以文字講解或教師主導(dǎo)為主，實(shí)驗(yàn)過(guò)程單一，許多實(shí)驗(yàn)學(xué)生無(wú)法直觀理解。而科技賦能時(shí)代背景下，諸多新式科技手段融入課堂，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)形態(tài)、內(nèi)容也在逐步變化。因此，積極探索科技賦能下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新路徑，對(duì)于推動(dòng)科學(xué)教育發(fā)展、培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)的新時(shí)代學(xué)生具有重大意義。

一、科技賦能下的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新原則

（一）學(xué)生主體原則

在創(chuàng)新實(shí)施小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，所有科學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與執(zhí)行均需以學(xué)生需求、興趣及能力為基石，確保學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持主動(dòng)探索與積極思維的狀態(tài)。尤其在科技賦能的當(dāng)下，教師應(yīng)立足實(shí)際，借助現(xiàn)代科技手段，打造更為生動(dòng)、直觀的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以期更有效地激發(fā)學(xué)生的探究興趣與學(xué)習(xí)欲望。同時(shí)，運(yùn)用這些技術(shù)手段時(shí)，必須緊密貼合學(xué)生的認(rèn)知特征與學(xué)習(xí)需求，確保學(xué)生在享受科技樂(lè)趣的同時(shí)，能夠真正成為實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的主體，積極參與、主動(dòng)思考，避免淪為被動(dòng)接受知識(shí)的工具。

（二）合理適度原則

在科技賦能的語(yǔ)境下，合理適度原則要求我們?cè)诩夹g(shù)的先進(jìn)性與教育的適宜性之間尋找一個(gè)恰當(dāng)?shù)钠胶恻c(diǎn)。具體而言，一方面，我們應(yīng)積極采納那些能顯著提升實(shí)驗(yàn)效果、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)的技術(shù)工具，如數(shù)據(jù)傳感器、智能分析軟件等，以使實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加精確、高效；另一方面，我們也必須警惕技術(shù)的過(guò)度使用或不當(dāng)使用，將原本簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜化，或是用技術(shù)演示取代學(xué)生的實(shí)際操作，從而削弱實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值。

二、科技賦能下的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新意義

（一）持續(xù)激發(fā)學(xué)生興趣

在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，科技的融入帶來(lái)顯著的變革，借助諸如虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等前沿科技手段與工具，為學(xué)生創(chuàng)造更加直觀且富有活力的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)。《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》政策文件著重指出，需革新服務(wù)供給模式，憑借現(xiàn)代信息技術(shù)加速人才培養(yǎng)模式改革。而科技賦能下的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新正是對(duì)該政策精神的鮮活實(shí)踐?？萍嫉膽?yīng)用使實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加妙趣橫生且易于學(xué)生理解，進(jìn)而促使學(xué)生對(duì)科學(xué)保持持久的興趣，為實(shí)現(xiàn)終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

（二）豐富科學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)常受限于資源、時(shí)間與空間，而科技的融入則極大地拓展了實(shí)驗(yàn)的范疇。借助云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，學(xué)生能夠接觸到更為多元化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，甚至有機(jī)會(huì)進(jìn)行跨學(xué)科的綜合性實(shí)驗(yàn)探索。如借助遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，學(xué)生能夠觀察并參與遠(yuǎn)離本地的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，這無(wú)疑極大地豐富了學(xué)習(xí)內(nèi)容?！蛾P(guān)于深化教育體制機(jī)制改革的意見(jiàn)》著重指出，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)校開(kāi)設(shè)多樣化的課程，實(shí)施多元化的教學(xué)方式。而科技賦能下的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)新正是對(duì)這一政策導(dǎo)向的積極回應(yīng)，它不僅增加了實(shí)驗(yàn)的多樣性與深度，還能有效促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維與問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)。

（三）助力學(xué)科素養(yǎng)形成

在小學(xué)科學(xué)課堂的教學(xué)實(shí)踐中，科技的融入對(duì)學(xué)生提出更高的能力要求，具體體現(xiàn)在信息素養(yǎng)、技術(shù)創(chuàng)新以及問(wèn)題解決能力上。在科技賦能的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，學(xué)生需掌握利用科技工具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析及結(jié)果展示的技能。這要求他們不僅要有堅(jiān)實(shí)的科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)，還需具備良好的邏輯思維能力與創(chuàng)新意識(shí)。

三、科技賦能下的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新路徑

（一）使用打印技術(shù)，快速制作實(shí)驗(yàn)器材

在教育信息化大潮的推動(dòng)下，科技的力量正以前所未有的速度重塑教育領(lǐng)域，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)亦深受其影響。在以往科學(xué)課堂上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)常受限于器材籌備與觀察條件，而今，科技的融入正為這一傳統(tǒng)領(lǐng)域帶來(lái)深遠(yuǎn)變革。正如《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見(jiàn)》所指出的，需充分利用信息技術(shù)手段，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。其中，打印技術(shù)扮演變革中的關(guān)鍵角色。借助3D打印或常規(guī)打印技術(shù)，教師能高效、精確地制作出滿足實(shí)驗(yàn)需求的器材模型。這不僅大幅縮減了傳統(tǒng)手工制作的時(shí)間成本，還顯著提升了器材的精準(zhǔn)度與可復(fù)制性。更為關(guān)鍵的是，打印技術(shù)的應(yīng)用為實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)辟了新路徑，它激勵(lì)教師探索更多樣化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，同時(shí)也極大地激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣與創(chuàng)造力。

以“光的傳播”實(shí)驗(yàn)為例，教師在計(jì)算機(jī)上完成器材模型設(shè)計(jì)后，利用3D打印機(jī)便能迅速、精確地制作出所需的小孔板與光源支架。這一過(guò)程不僅大幅度節(jié)省了時(shí)間，還能保證器材的一致性和精確性，為實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生使用這些打印出的器材，能夠更直觀地觀察到光通過(guò)小孔后的傳播軌跡。他們可以通過(guò)調(diào)整光源位置和角度，清晰地觀察到光線在不同條件下的傳播狀況，進(jìn)而深化對(duì)光的直線傳播原理的理解。這種直觀且生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)方式，不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與度，還能培養(yǎng)他們的觀察力與實(shí)驗(yàn)操作能力。尤為重要的是，打印技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力與創(chuàng)新思維。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生能夠自行設(shè)計(jì)并打印實(shí)驗(yàn)器材，體驗(yàn)從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的完整流程。他們可以嘗試不同的設(shè)計(jì)方案，探究器材結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，從而在實(shí)踐中不斷鍛煉和提升自身的科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。

（二）使用數(shù)字圖像工具，輔助實(shí)驗(yàn)觀察記錄

信息化時(shí)代背景下，科技與教育的深度融合正逐步成為驅(qū)動(dòng)教育現(xiàn)代化的核心動(dòng)力。小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，作為培育學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與實(shí)踐能力的關(guān)鍵途徑，同樣在科技賦能下展現(xiàn)出新的活力?！吨袊?guó)教育現(xiàn)代化2035》明確指出，需加速信息化時(shí)代的教育變革進(jìn)程。在此宏偉規(guī)劃引領(lǐng)下，數(shù)字圖像工具作為信息技術(shù)的一項(xiàng)具體應(yīng)用，正逐漸融入小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的領(lǐng)域。利用數(shù)字圖像工具，學(xué)生能夠以更加便捷、精確的方式捕捉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)流程，進(jìn)而深化對(duì)科學(xué)原理的理解與掌握。

針對(duì)“植物細(xì)胞觀察”科學(xué)實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)教學(xué)方法主要依賴于顯微鏡的直接觀察。然而，受觀察者視力、經(jīng)驗(yàn)以及顯微鏡調(diào)節(jié)技巧的限制，學(xué)生通常難以獲取清晰且全面的細(xì)胞圖像。引入數(shù)字圖像工具后，這一狀況得到顯著改善。教師可以將顯微鏡與計(jì)算機(jī)連接，利用專業(yè)的圖像采集軟件，實(shí)時(shí)將細(xì)胞圖像傳輸至電腦屏幕。如此，學(xué)生不僅能在大屏幕上清晰地觀察到植物細(xì)胞的放大圖像，還能通過(guò)軟件調(diào)整對(duì)比度、亮度等參數(shù)，使細(xì)胞結(jié)構(gòu)更加清晰可見(jiàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生可自由調(diào)整觀察角度和放大倍數(shù)，對(duì)細(xì)胞的不同部位進(jìn)行細(xì)致觀察，并通過(guò)比較不同細(xì)胞之間的結(jié)構(gòu)差異，深入理解細(xì)胞多樣性和功能特化的概念。此外，學(xué)生還能使用智能手機(jī)或數(shù)碼相機(jī)拍攝實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵圖像，如細(xì)胞分裂的不同階段，以便在實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行更深入的分析和討論。由此可知，結(jié)合數(shù)字圖像工具的實(shí)驗(yàn)方式，不僅提升了觀察的準(zhǔn)確性和效率，還培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)應(yīng)用能力和科學(xué)探究精神。

（三）使用簡(jiǎn)易傳感器，實(shí)時(shí)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在當(dāng)前科技迅猛發(fā)展的背景下，簡(jiǎn)易傳感器的運(yùn)用無(wú)疑為小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新開(kāi)辟一條嶄新途徑。設(shè)想一下，學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，能夠利用手中的傳感器及時(shí)且準(zhǔn)確地獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這樣的體驗(yàn)無(wú)疑會(huì)極大地激發(fā)他們的探究熱情與科學(xué)素養(yǎng)。依據(jù)《教育部關(guān)于增強(qiáng)與改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，我們深刻認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培育學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力方面的重要性。而簡(jiǎn)易傳感器的采用，正是對(duì)這一理念的具體踐行，它不僅使實(shí)驗(yàn)過(guò)程更為科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)，還使學(xué)生在動(dòng)手操作的過(guò)程中，深刻領(lǐng)悟到數(shù)據(jù)背后的科學(xué)原理，進(jìn)而培養(yǎng)其數(shù)據(jù)分析能力和科學(xué)思維習(xí)慣。

例如，在講解“水結(jié)冰”科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以將傳感器置于待觀測(cè)的水體中，并利用其與電腦或手機(jī)App的連接，實(shí)時(shí)地記錄并展示水溫變化的數(shù)據(jù)。當(dāng)水溫下降至冰點(diǎn)時(shí)，學(xué)生不僅能直接觀察到水結(jié)冰的現(xiàn)象，還能通過(guò)數(shù)據(jù)圖表精確地把握這一轉(zhuǎn)變的瞬間，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的趣味性和互動(dòng)性，使學(xué)生在數(shù)據(jù)分析的過(guò)程中深化對(duì)凝固現(xiàn)象的理解。簡(jiǎn)易傳感器的運(yùn)用極大地推動(dòng)了小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新發(fā)展。教師可以指導(dǎo)學(xué)生依據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)繪制水溫變化曲線，分析不同條件下水結(jié)冰速度的差異，甚至引導(dǎo)學(xué)生探究添加不同物質(zhì)對(duì)水結(jié)冰過(guò)程的具體影響。此外，教師還可以利用傳感器收集的數(shù)據(jù)組織課堂討論，引導(dǎo)學(xué)生思考水為何在0℃時(shí)會(huì)結(jié)冰，從而進(jìn)一步拓寬學(xué)生的科學(xué)視野。借助這樣的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，簡(jiǎn)易傳感器不僅成為小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要工具，更成為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神的重要載體。

（四）使用視頻模擬，展示復(fù)雜實(shí)驗(yàn)過(guò)程

談及小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，人們通常會(huì)聯(lián)想到學(xué)生于教室內(nèi)動(dòng)手操作的情景。然而，面對(duì)某些復(fù)雜或潛藏安全風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)教學(xué)方法常顯捉襟見(jiàn)肘。此時(shí)，一個(gè)自然而然的問(wèn)題是：如何讓學(xué)生在確保安全的前提下，直觀地觀察到這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？答案或許寓于視頻模擬實(shí)驗(yàn)中。借助高清視頻技術(shù)，學(xué)生能夠身臨其境般觀察到那些在現(xiàn)實(shí)中難以觸及或存在安全隱患的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如激烈的化學(xué)反應(yīng)、宏大的天體運(yùn)行等。

以磁鐵的性質(zhì)中“測(cè)量比較磁鐵力的大小”實(shí)驗(yàn)為例，針對(duì)“磁鐵間吸引力的具體量值、吸引與排斥的機(jī)制，以及磁場(chǎng)分布對(duì)這些力的影響”等復(fù)雜議題，教師可借助專業(yè)的物理仿真軟件，在視頻中清晰展現(xiàn)不同極性磁鐵相遇時(shí)，其磁場(chǎng)如何相互作用，進(jìn)而引發(fā)吸引或排斥現(xiàn)象，并可通過(guò)模擬的測(cè)量工具，直觀地呈現(xiàn)這些力的大小變動(dòng)。更進(jìn)一步，視頻可融入磁場(chǎng)分布的模擬，利用色彩差異標(biāo)示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與方向，輔助學(xué)生構(gòu)建對(duì)磁場(chǎng)概念的直觀理解。為增加實(shí)驗(yàn)的探究性和互動(dòng)性，視頻還能模擬不同條件（諸如磁鐵間距、尺寸、形狀變化）下的磁鐵力測(cè)量過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生觀察、記錄數(shù)據(jù)，并分析影響磁鐵力大小的各種因素。在課堂上，學(xué)生觀看這些視頻，不僅能直觀觀察到磁鐵的吸引與排斥過(guò)程及其力的測(cè)量，還能在教師指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)運(yùn)用科學(xué)方法測(cè)量與比較磁鐵力的大小，探索不同條件下磁鐵相互作用的規(guī)律。此外，教師可借助視頻模擬實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考更多相關(guān)問(wèn)題，如“如何精確測(cè)定磁鐵的吸引力”“磁場(chǎng)強(qiáng)度與距離之間存在怎樣的關(guān)系”“磁場(chǎng)在實(shí)際生活中有哪些應(yīng)用”等，激勵(lì)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證理論預(yù)測(cè)，從而培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。

科技賦能時(shí)代背景下，教育教學(xué)也隨之發(fā)生一系列變化，尤其是在小學(xué)科學(xué)課堂上，依托各類新興技術(shù)，可以給予學(xué)生更加真實(shí)、生動(dòng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。而作為科學(xué)教師，更應(yīng)立足實(shí)際探索科學(xué)賦能創(chuàng)新點(diǎn)，秉持學(xué)生主體、合理適度等原則，引入打印技術(shù)、數(shù)字圖像、簡(jiǎn)易傳感器、視頻實(shí)驗(yàn)等方式，對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新，持續(xù)激發(fā)學(xué)生探索欲望和創(chuàng)造力，培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)及創(chuàng)新能力的新時(shí)代人才。

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