數(shù)字化教學(xué)賦能實(shí)驗(yàn)課堂探析

〔摘" "要〕" 數(shù)字化賦能教育高質(zhì)量發(fā)展成為歷史主流，基于此背景，文章圍繞數(shù)字化教學(xué)，探討了其在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用。本文梳理了數(shù)字化教學(xué)賦能小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，從遵循數(shù)字化賦能科學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則、創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化科學(xué)實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)、完善家校合作與數(shù)字化教學(xué)資源共享平臺、構(gòu)建數(shù)字化科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評估機(jī)制以及積極借鑒數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)等方面，探索數(shù)字化教學(xué)賦能小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)路，以期為一線教師提供有益借鑒和參考。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；數(shù)字化教學(xué)；科學(xué)實(shí)驗(yàn)

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）13" " 0106-03

在數(shù)字化時(shí)代，“智慧+”已成為社會各領(lǐng)域全面推進(jìn)改革的重要趨勢。在教育領(lǐng)域，以“數(shù)字+教育”更新教學(xué)理念、創(chuàng)新教學(xué)模式、拓展教學(xué)資源，有助于學(xué)生在數(shù)字化工具輔助下落實(shí)核心素養(yǎng)培養(yǎng)。在小學(xué)階段，科學(xué)學(xué)科的獨(dú)特育人價(jià)值在于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐和態(tài)度責(zé)任等。其中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。為此，本文以數(shù)字化教學(xué)改革浪潮為背景，嘗試探討數(shù)字化工具與小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的融合機(jī)制及其有效進(jìn)路，賦能教育改革的深度發(fā)展。

一、數(shù)字化教學(xué)賦能實(shí)驗(yàn)課堂的機(jī)制

（一）科學(xué)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字化教學(xué)的關(guān)系

在小學(xué)課程體系中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。比如通過簡單的植物生長實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以直觀觀察水分、陽光對植物生長的影響，進(jìn)而激發(fā)其探索精神與創(chuàng)新思維。更重要的是，科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼龠M(jìn)學(xué)生批判性、創(chuàng)造性思維的發(fā)展。如在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生需要觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并嘗試解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而這一過程正是鍛煉學(xué)生分析綜合、比較分類、邏輯推理等能力的過程。顯然，這種直接體驗(yàn)遠(yuǎn)比單純的課堂講授更深刻。

數(shù)字化教學(xué)是現(xiàn)代信息技術(shù)與教育深度融合的結(jié)果，旨在利用數(shù)字技術(shù)優(yōu)化和革新傳統(tǒng)教學(xué)方法。皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論強(qiáng)調(diào)了兒童通過與環(huán)境互動(dòng)構(gòu)建知識的重要性，而數(shù)字化教學(xué)正是營造這種互動(dòng)環(huán)境的必要元素。數(shù)字化教學(xué)通過整合多媒體資源，利用網(wǎng)絡(luò)平臺和互動(dòng)工具，有助于學(xué)生在個(gè)性化和互動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境與體驗(yàn)中增強(qiáng)教學(xué)主體意識，并在此過程中培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。以小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，通過數(shù)字化教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任等核心素養(yǎng)?？傮w而言，以數(shù)字化教學(xué)賦能科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是新課程改革的基本要求，也是落實(shí)“學(xué)生主體”教學(xué)觀的必然選擇。

（二）科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)字化工具

在數(shù)字化教學(xué)浪潮下，虛擬實(shí)驗(yàn)室等軟件的引入為小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了革命性的變化。借助虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件，學(xué)生能夠在計(jì)算機(jī)屏幕上模擬真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，既突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的空間和資源限制，也極大地提高了實(shí)驗(yàn)的安全性和可重復(fù)性，更能激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的探究興趣。

例如，虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件允許學(xué)生在不接觸任何危險(xiǎn)化學(xué)品的情況下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)，也無須擔(dān)心化學(xué)品的危險(xiǎn)性或?qū)嶒?yàn)設(shè)備的損壞，從而加深學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)原理的理解。同時(shí)，這種模擬性的科學(xué)實(shí)驗(yàn)還能夠提供即時(shí)反饋，并通過數(shù)據(jù)分析幫助教師評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)策略的靈活調(diào)整。例如，虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件通常配備有分析模型與數(shù)據(jù)記錄功能，師生可以通過這些工具記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而培養(yǎng)科學(xué)探究與數(shù)據(jù)分析能力。此外，模擬軟件的使用還能夠幫助教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度與理解程度靈活調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)?？梢?，虛擬實(shí)驗(yàn)室可引導(dǎo)學(xué)生在安全的虛擬世界中自由探索并掌握科學(xué)知識。

二、數(shù)字化教學(xué)賦能實(shí)驗(yàn)課堂的策略

（一）遵循數(shù)字化賦能科學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則

一方面，要以遵循小學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)為基本原則。根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論，小學(xué)生正處于認(rèn)知發(fā)展的具體運(yùn)算階段，思維具有直觀性、形象性。在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中嵌入數(shù)字化工具，關(guān)鍵是要符合小學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，滿足其對直觀性視覺體驗(yàn)的需求。因此，在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)時(shí)要重視實(shí)驗(yàn)的過程，引導(dǎo)學(xué)生從具體的經(jīng)驗(yàn)中抽象出概念。例如，利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件，可以設(shè)計(jì)出符合小學(xué)生認(rèn)知水平的互動(dòng)實(shí)驗(yàn)，如模擬植物生長的過程，讓學(xué)生通過調(diào)整變量來觀察結(jié)果，從而理解因果關(guān)系。顯然，這種策略能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心與探究欲，并促進(jìn)其主動(dòng)思考、解決問題。

另一方面，教師角色要以轉(zhuǎn)變?yōu)榛驹瓌t。在新課程改革視域下，教師的角色已經(jīng)從傳統(tǒng)的知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)楹诵乃仞B(yǎng)的引導(dǎo)者。換言之，學(xué)生是教學(xué)的主體，教師是教學(xué)的組織者。隨著教育技術(shù)的飛速發(fā)展，教師需要掌握新的教學(xué)工具與教學(xué)方法，以適應(yīng)數(shù)字化教學(xué)環(huán)境。體現(xiàn)在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，即應(yīng)掌握如何利用數(shù)字化工具豐富教學(xué)內(nèi)容、拓展教學(xué)形式，以提高學(xué)生的參與度。

（二）創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)化學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)

為促進(jìn)數(shù)字化教學(xué)與小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)踐能力，關(guān)鍵是要根據(jù)不同的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)字化支持的科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。通過引入模擬軟件、虛擬實(shí)驗(yàn)室、互動(dòng)式學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生能夠突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)空局限，從而以更直觀、高效和安全的方式理解科學(xué)概念，培養(yǎng)科學(xué)思維。同時(shí)，數(shù)字化工具可以實(shí)時(shí)記錄學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析模型幫助學(xué)生更直觀地理解科學(xué)原理，從科學(xué)實(shí)驗(yàn)中獲得更深、更廣、更高維度的理解。例如，在有關(guān)植物生長的實(shí)驗(yàn)中，可培養(yǎng)科學(xué)的態(tài)度與社會責(zé)任感，并進(jìn)一步理解人與自然和諧共處的認(rèn)知；從物理性和化學(xué)性實(shí)驗(yàn)中可培養(yǎng)對宇宙、自然和社會的好奇心，并在此過程中鍛煉想象思維、批判性思維和創(chuàng)新思維等。又如，為引導(dǎo)學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)月相的變化，就要跳出傳統(tǒng)的教學(xué)模式，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)教學(xué)中學(xué)生只能通過教師的“主觀”講解或教材介紹理解月相變化及其原因。但是，借助數(shù)字化工具開展的智慧課堂教學(xué)，可引導(dǎo)學(xué)生在虛擬環(huán)境中親身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的樂趣，如利用VR等技術(shù)模擬太陽、地球和月球的相對位置，從而更有價(jià)值地理解月相變化的規(guī)律。顯然，這種以數(shù)字化工具為基礎(chǔ)的教學(xué)模式，有助于激發(fā)學(xué)生的好奇心，進(jìn)而培養(yǎng)其科學(xué)探究意識。

“興趣是最好的老師”，數(shù)字化工具的引入符合學(xué)生對形象性和直觀性的認(rèn)知需求，因而是優(yōu)化學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)的有力工具。借助互動(dòng)白板、虛擬實(shí)驗(yàn)室以及在線協(xié)作平臺等，學(xué)生能夠以直觀和互動(dòng)的方式沉浸在模擬的和無風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中。同時(shí)，數(shù)字化工具還能夠提供即時(shí)反饋，幫助學(xué)生及時(shí)糾正錯(cuò)誤，有助于學(xué)生增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的獲得感與成就感，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。因此，將數(shù)字化工具運(yùn)用到科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，既要考慮兩者融合的可能性，更要重視學(xué)生的參與度，即深化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)體驗(yàn)，為培養(yǎng)其創(chuàng)新與實(shí)踐能力奠定基礎(chǔ)。例如，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是增強(qiáng)學(xué)生體驗(yàn)的有效工具，能夠讓學(xué)生在仿真的環(huán)境中進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ郊茸寣W(xué)生有親身體驗(yàn)感，也滿足了其獵奇心理，對激發(fā)其科學(xué)探究能力無疑具有重要意義。

（三）完善家校合作與數(shù)字化教學(xué)資源共享平臺

家庭教育在數(shù)字化教學(xué)資源的整合中扮演著重要角色，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)與社會生產(chǎn)生活的深度融合，家庭已成為學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)知識的重要場所。例如，借助科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件如PhET提供的互動(dòng)模型，可幫助學(xué)生直觀理解復(fù)雜的科學(xué)概念，從而提高學(xué)習(xí)效率；借助虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件，學(xué)生可以在家長指導(dǎo)下安全地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，而無須擔(dān)心傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)。利用這些資源，家長可以與孩子一起探索科學(xué)的奧秘，從而培養(yǎng)其探究能力和創(chuàng)新思維。

由此可見，教育不僅是學(xué)校的事，家庭和社會也應(yīng)共同參與。在數(shù)字技術(shù)賦能下，學(xué)校與家庭的合作模式正成為提升小學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的關(guān)鍵。通過建立一個(gè)互動(dòng)性強(qiáng)和資源共享的數(shù)字化平臺，家長可以實(shí)時(shí)了解學(xué)生在學(xué)校的學(xué)習(xí)進(jìn)度與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，而教師也能通過平臺獲取家長的反饋，從而共同促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)的生成。例如，通過引入“智慧校園”系統(tǒng)，家長可以訪問孩子的實(shí)驗(yàn)報(bào)告與課堂表現(xiàn)，甚至可以遠(yuǎn)程觀看孩子的科學(xué)實(shí)驗(yàn)直播，這不僅增強(qiáng)了家長的參與感，也使家長能夠更好地支持孩子的學(xué)習(xí)。因此，數(shù)字化教學(xué)為這種跨界的教育合作提供了更多可能，有助于為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)體驗(yàn)性與生成性更強(qiáng)的學(xué)習(xí)環(huán)境。

（四）構(gòu)建數(shù)字化科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評估機(jī)制

在數(shù)字化教學(xué)環(huán)境下，學(xué)習(xí)效果評估方法從傳統(tǒng)的紙筆測試轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣蛣?dòng)態(tài)的評價(jià)體系。因此，數(shù)據(jù)分析是數(shù)字化教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，通過收集和分析學(xué)生在數(shù)字化科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺上的互動(dòng)數(shù)據(jù)，教師可以實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)參與度、對科學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及其蘊(yùn)含的科學(xué)素養(yǎng)的理解程度。例如，借助學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)（LMS）中的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以追蹤學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件中的操作記錄，識別出他們在實(shí)驗(yàn)過程中的困難點(diǎn)和興趣點(diǎn)，尤其是在科學(xué)概念、科學(xué)規(guī)律、實(shí)踐操作等方面存在的具體問題。例如，通過分析學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤類型與頻率，教師可以設(shè)計(jì)出更有針對性的輔導(dǎo)方案。同時(shí)，利用數(shù)據(jù)可視化工具，如儀表盤和圖表，教師可以直觀地展示學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展與成就，進(jìn)而提升學(xué)生的成就感和自我效能感。

（五）借鑒數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)

國內(nèi)外關(guān)于數(shù)字化賦能科學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)案例不勝枚舉，要積極吸收這些優(yōu)秀的經(jīng)驗(yàn)，將其內(nèi)化為科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的動(dòng)力和支持。例如，美國的NGSS項(xiàng)目，通過數(shù)字化平臺整合了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)（STEM）教育，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐與探究的重要性。在這一框架下，學(xué)生通過使用平板電腦與科學(xué)模擬軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，不僅提高了對科學(xué)概念、科學(xué)規(guī)律、科學(xué)原理的理解，更增強(qiáng)了問題解決能力。在國內(nèi)，部分有條件的小學(xué)利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，或者引入“互動(dòng)式科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M平臺”，引導(dǎo)學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，這種教學(xué)方式極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。這表明，數(shù)字化工具的引入不僅能夠豐富教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法，還能優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力，最終落實(shí)科學(xué)核心素養(yǎng)。從學(xué)生未來學(xué)術(shù)發(fā)展與職業(yè)生涯角度講，數(shù)字化科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過提供豐富的互動(dòng)體驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能夠培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力。成功的數(shù)字化科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)依賴于教師的引導(dǎo)、學(xué)生的協(xié)作、家校的共育以及資源的整合。

需要強(qiáng)調(diào)的是，數(shù)字化教學(xué)是一種工具和手段，甚至是一種有效的載體，但不是目的。在數(shù)字化教學(xué)的輔助下，學(xué)生要被鼓勵(lì)思考、質(zhì)疑和創(chuàng)新，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)科學(xué)探索意識與能力。因此，在開展數(shù)字化教學(xué)中，切忌為了數(shù)字化而數(shù)字化，為了娛樂而娛樂。這就需要教師始終遵循“素養(yǎng)導(dǎo)向”教學(xué)理念，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)為根本目標(biāo)，然后以結(jié)果或產(chǎn)出為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的數(shù)字化科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

三、結(jié)語

總之，在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中嵌入數(shù)字化工具，契合了小學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律，符合新課程改革關(guān)于學(xué)生主體的教學(xué)觀，有助于教師更好地發(fā)揮引導(dǎo)者與組織者的角色，有助于學(xué)生在模擬實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任等核心素養(yǎng)。從教師角度講，借助數(shù)字化工具開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠進(jìn)一步把握數(shù)字化工具與學(xué)科教學(xué)質(zhì)量之間的關(guān)系，并將其作為一種行之有效的教學(xué)手段。從學(xué)生角度講，在仿真的模擬實(shí)驗(yàn)中開展趣味性的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，能夠有效提升對科學(xué)學(xué)科的參與度與探究精神。

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