數(shù)字化賦能小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)路徑研究

0 引言

小學(xué)科學(xué)教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生的親身體驗(yàn)和實(shí)踐操作，教師組織實(shí)驗(yàn)探究等實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生參與科學(xué)探究全過(guò)程，感受科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生，提高科學(xué)探究能力[1]。小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)具有啟蒙性、綜合性和實(shí)踐性的特點(diǎn)，是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的開(kāi)端，能夠激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的興趣。同時(shí)，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程融合了多學(xué)科的知識(shí)與方法，涵蓋生命科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)等領(lǐng)域的內(nèi)容，學(xué)生需要從多維度、綜合性的視角去認(rèn)識(shí)事物和探究問(wèn)題。數(shù)字技術(shù)為小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)全新的模式，也為學(xué)生創(chuàng)造了全新的體驗(yàn)。教師要主動(dòng)應(yīng)用數(shù)字技術(shù)手段，在數(shù)字化賦能下創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，構(gòu)建新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

1數(shù)字化賦能小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

1.1增強(qiáng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的趣味性

數(shù)字化賦能小學(xué)科學(xué)可以讓實(shí)驗(yàn)更加生動(dòng)和形象，吸引學(xué)生注意力。利用數(shù)字技術(shù)手段可以將科學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容以動(dòng)畫(huà)和視頻等直觀方式呈現(xiàn)出來(lái)。比如在開(kāi)展與太陽(yáng)系有關(guān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí)，教師可以在數(shù)字技術(shù)的支持下使用3D動(dòng)畫(huà)向?qū)W生展示太陽(yáng)系中行星的大小、特征和運(yùn)行軌跡，絢麗的色彩和動(dòng)態(tài)的畫(huà)面深深吸引學(xué)生的注意力，讓他們主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)，探索宇宙的奧秘。

在融合應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的情況下，教師還可以借助實(shí)驗(yàn)軟件營(yíng)造逼真的實(shí)驗(yàn)情境，為學(xué)生創(chuàng)造身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程的趣味性。比如在模擬火山噴發(fā)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，教師可以利用實(shí)驗(yàn)軟件展示火山噴發(fā)的壯觀場(chǎng)景，使學(xué)生真實(shí)地感受火山噴發(fā)，認(rèn)識(shí)自然力量的強(qiáng)大。在有趣的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生期待感，主動(dòng)參與后續(xù)的學(xué)習(xí)活動(dòng)[2]。

1.2突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重難點(diǎn)

在數(shù)字技術(shù)的支持下，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果顯著增強(qiáng)?？茖W(xué)是一門綜合性學(xué)科，在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中會(huì)涉及一些微觀世界或者宏觀宇宙的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象大多是學(xué)生無(wú)法直接觀察到的，僅僅通過(guò)教師的口頭講解也難以理解?；跀?shù)字技術(shù)，教師可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用動(dòng)畫(huà)模擬、動(dòng)畫(huà)演示等方式展現(xiàn)微觀或者宏觀現(xiàn)象，幫助學(xué)生深化對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解。如在觀察細(xì)胞結(jié)構(gòu)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，教師可以利用多媒體設(shè)備向?qū)W生展示電子顯微鏡拍攝的微觀圖像，配合動(dòng)畫(huà)演示講解植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹各種細(xì)胞器的形態(tài)與功能。通過(guò)這種方式，學(xué)生對(duì)細(xì)胞的生命活動(dòng)形成直觀認(rèn)識(shí)，對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)留下深刻印象。

還有一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及抽象的概念和原理，學(xué)生理解起來(lái)有難度。在數(shù)字技術(shù)手段的支持下，教師可以將這些抽象的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為直觀的視覺(jué)信息。比如在摩擦力主題的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，摩擦力的概念和影響因素是教學(xué)重點(diǎn)，也是難點(diǎn)所在。教師可以使用數(shù)字動(dòng)畫(huà)演示兩個(gè)物體接觸表面的微觀結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)摩擦力產(chǎn)生的過(guò)程。這樣一來(lái)，學(xué)生既可以理解摩擦力的概念，也可以從摩擦力產(chǎn)生的角度思考摩擦力大小的影響因素。

1.3培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)技能

1.3.1數(shù)字化工具的使用有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究能力

數(shù)字化工具在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用，可以為學(xué)生的科學(xué)探究創(chuàng)造條件。在開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集與分析環(huán)節(jié)使用智能傳感器和智能分析軟件，做到對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲取與快速處理[3]。比如在物體的摩擦力實(shí)驗(yàn)中，教師可以使用智能傳感器精準(zhǔn)測(cè)量不同材質(zhì)表面與物體之間的摩擦力大小，然后使用軟件對(duì)摩擦力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終以圖表的形式呈現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)這種方式，學(xué)生可以基于科學(xué)思維對(duì)摩擦力的影響因素進(jìn)行探究。

1.3.2數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用可以提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)和適應(yīng)社會(huì)的能力

將數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，可以讓學(xué)生更早地接觸數(shù)字化技術(shù)，提前適應(yīng)技術(shù)環(huán)境。在課程中，學(xué)生可以了解大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)，并在教師的引導(dǎo)下合理使用數(shù)字技術(shù)，以辯證的眼光看待數(shù)字化。這不僅可以提升學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)，還可以幫助他們更好地應(yīng)對(duì)科技變革帶來(lái)的挑戰(zhàn)，為他們今后的成長(zhǎng)和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2數(shù)字化賦能小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的路徑

2.1基于智能教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)展個(gè)性化學(xué)習(xí)，豐富教學(xué)資源

當(dāng)前，智能教學(xué)系統(tǒng)是數(shù)字技術(shù)融入小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的常見(jiàn)形式。智能教學(xué)系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)分析、人工智能等新型技術(shù)手段，可以為教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展提供智能化的支持與服務(wù)，典型代表為科大訊飛的星火智能教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)功能完善，能夠滿足學(xué)生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的學(xué)習(xí)需要，教師可以利用系統(tǒng)組織學(xué)生開(kāi)展個(gè)性化學(xué)習(xí)并推送多樣化的學(xué)習(xí)資源[4]

2.1.1使用智能教學(xué)系統(tǒng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)

具體來(lái)說(shuō)，教師可以使用系統(tǒng)廣泛收集并深入分析學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)了解每一位學(xué)生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的學(xué)習(xí)狀況，明確他們對(duì)科學(xué)知識(shí)的掌握程度和對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的興趣偏好等。在此基礎(chǔ)上，教師通過(guò)系統(tǒng)的智能化功能為那些理解困難或者頻繁出錯(cuò)的學(xué)生推送相關(guān)講解視頻、動(dòng)畫(huà)演示、拓展性學(xué)習(xí)資料，幫助他們通過(guò)自主學(xué)習(xí)查漏補(bǔ)缺。同時(shí)，教師還可以在智能教學(xué)系統(tǒng)的支持下根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和操作水平為他們量身定制個(gè)性化的學(xué)習(xí)計(jì)劃。比如在開(kāi)展植物的生長(zhǎng)系列實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以為學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、進(jìn)度快的學(xué)生設(shè)置“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究植物生長(zhǎng)與環(huán)境因素的復(fù)雜關(guān)系”的任務(wù)，為基礎(chǔ)薄弱、進(jìn)度較慢的學(xué)生設(shè)置“觀察植物的發(fā)芽過(guò)程并做好記錄”等簡(jiǎn)單任務(wù)。

2.1.2使用智能教學(xué)系統(tǒng)獲取更多的教學(xué)資源

過(guò)去，教師在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)主要圍繞教材提供的資源展開(kāi)，拓展性的資源較少。在數(shù)字技術(shù)融合應(yīng)用的支持下，教師可以根據(jù)課程內(nèi)容挖掘和使用多樣的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)素材，基于這些素材開(kāi)展跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為學(xué)生提供拓展性實(shí)驗(yàn)素材。具體來(lái)說(shuō)，教師可以使用智能教學(xué)系統(tǒng)的教學(xué)資源庫(kù)獲取文字、圖片、音頻、視頻、動(dòng)畫(huà)等多種形式的實(shí)驗(yàn)素材，滿足不同教學(xué)環(huán)節(jié)和不同學(xué)生的需要。比如在開(kāi)展地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師可以使用智能教學(xué)系統(tǒng)中的動(dòng)畫(huà)演示資源，通過(guò)動(dòng)畫(huà)向?qū)W生展示地球在太陽(yáng)系中的運(yùn)動(dòng)軌跡，并講解由此產(chǎn)生的晝夜交替與四季變化現(xiàn)象，不僅可以增強(qiáng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的趣味性，還可以幫助學(xué)生直觀地理解抽象的科學(xué)概念。

2.2基于傳感器技術(shù)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)直觀性，培養(yǎng)科學(xué)探究能力

在數(shù)字化時(shí)代，傳感器技術(shù)的使用成為獲取信息的重要手段之一。傳感器技術(shù)能夠?qū)⑽锢砹?、化學(xué)量、生物量等非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)或者其他便于傳輸?shù)男盘?hào)，進(jìn)而使被測(cè)對(duì)象更好地被感知和被監(jiān)測(cè)。將傳感器技術(shù)用于小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的生動(dòng)性和直觀性，為學(xué)生科學(xué)探究能力、實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)創(chuàng)造條件。

2.2.1充分運(yùn)用傳感器技術(shù)使科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程和結(jié)果變得更為直觀

1）可以依托傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)呈現(xiàn)。教師要根據(jù)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的不同需求，挑選精準(zhǔn)度好、穩(wěn)定性強(qiáng)且設(shè)備性能良好的傳感器，比如，在對(duì)溫度變化進(jìn)行探究的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，要選擇高精度的溫度傳感器；在對(duì)物體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行探究的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，則要選擇靈敏的速度傳感器。在此基礎(chǔ)上還要配備相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等設(shè)備，這樣才能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和實(shí)時(shí)顯示。

2）使用傳感器技術(shù)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀呈現(xiàn)，比如利用專業(yè)的數(shù)據(jù)創(chuàng)立軟件將傳感器采集到的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為折線圖、柱狀圖等。

2. 2.2 合理運(yùn)用傳感器技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

1）在提出問(wèn)題與假設(shè)環(huán)節(jié)，要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)傳感器所呈現(xiàn)的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行思考。比如在光照對(duì)植物生長(zhǎng)的影響這一實(shí)驗(yàn)中，教師要向?qū)W生展示光照傳感器收集的植物生長(zhǎng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)，要求他們?cè)趯?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上找到最適合植物生長(zhǎng)的光照強(qiáng)度。

2）在分析結(jié)論環(huán)節(jié)，教師要引導(dǎo)學(xué)生使用科學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法對(duì)傳感器所獲取到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納和總結(jié)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確分析的基礎(chǔ)上得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論[5]。

3數(shù)字化賦能小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的保障措施

3.1 配齊硬件設(shè)施，保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利開(kāi)展

在硬件設(shè)施方面，學(xué)校要為教師配備數(shù)字化硬件設(shè)備，為數(shù)字技術(shù)的融合應(yīng)用提供支持，如引進(jìn)實(shí)驗(yàn)軟件為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究創(chuàng)造條件。同時(shí)，學(xué)校要為師生配備充足的平板電腦和筆記本電腦。由于數(shù)字化設(shè)備更新速度較快，學(xué)校還要定期更新硬件設(shè)備，保證優(yōu)良的設(shè)備性能，滿足實(shí)際教學(xué)需要。比如，每隔五年對(duì)數(shù)字化系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，使其可以支持更為復(fù)雜的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。同時(shí)，學(xué)校還要重視對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的建設(shè)，創(chuàng)造良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。要保證校園網(wǎng)絡(luò)覆蓋所有的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，并確保網(wǎng)絡(luò)寬帶速度滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰Ｒ恍?shù)字化教學(xué)軟件需要實(shí)時(shí)連接云端服務(wù)器，為保證教學(xué)活動(dòng)的流暢性，學(xué)?？梢圆捎脽o(wú)線和有線相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)布局形式，并配備專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員定期對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行檢查。

3.2篩選軟件資源，助力實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)學(xué)生

在軟件資源方面，一方面要篩選和采購(gòu)優(yōu)質(zhì)的數(shù)字化教學(xué)軟件。學(xué)?？梢越M織技術(shù)人員和教師對(duì)數(shù)字化教學(xué)軟件進(jìn)行試用和篩選，找到符合小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容準(zhǔn)確、畫(huà)面質(zhì)感強(qiáng)、功能多樣的軟件。比如在篩選實(shí)驗(yàn)軟件時(shí)，要確保軟件功能的完備性，還要保證軟件提供的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和實(shí)驗(yàn)步驟都符合科學(xué)原理。此外，還要關(guān)注軟件的適用性和趣味性，使其在激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究興趣的同時(shí)具有易于操作的優(yōu)點(diǎn)[6]。經(jīng)過(guò)對(duì)比評(píng)估選定數(shù)字化軟件后，學(xué)校還要根據(jù)小學(xué)科學(xué)教學(xué)的實(shí)際需要定期更新軟件內(nèi)容和版本。

另一方面要確保課程中使用授權(quán)的數(shù)字化軟件，避免出現(xiàn)侵權(quán)行為。這些軟件在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)收集學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，包括學(xué)習(xí)進(jìn)度、測(cè)試成績(jī)等，因此，要關(guān)注軟件的數(shù)據(jù)安全問(wèn)題。學(xué)校可以與軟件供應(yīng)商簽署數(shù)據(jù)安全協(xié)議，在其中明確數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、使用和保護(hù)方式，要求供應(yīng)商將軟件收集的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到符合安全標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器上，不能用于商業(yè)用途。

3.3提升教師能力，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)完善

為使數(shù)字技術(shù)在小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)中發(fā)揮應(yīng)有的作用，教師要提高自身能力，在教育理念層面進(jìn)行創(chuàng)新。

3.3.1 構(gòu)建完善的教師培訓(xùn)體系

學(xué)校應(yīng)圍繞數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用面向科學(xué)教師開(kāi)展培訓(xùn)活動(dòng)，幫助教師將數(shù)字技術(shù)融入小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，如引導(dǎo)教師使用智能輔導(dǎo)系統(tǒng)開(kāi)展個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，組織學(xué)生使用實(shí)驗(yàn)軟件開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究，等等。培訓(xùn)方式主要包括校內(nèi)培訓(xùn)、校外講座、在線課程學(xué)習(xí)等，幫助教師更新知識(shí)、提高能力[7]

3.3.2 建立教師激勵(lì)機(jī)制

學(xué)校應(yīng)鼓勵(lì)教師在教學(xué)實(shí)踐中不斷探索數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用方法，為那些主動(dòng)融合應(yīng)用數(shù)字技術(shù)對(duì)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行創(chuàng)新的教師提供資金支持，并在評(píng)優(yōu)評(píng)先中將數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用成果作為考核指標(biāo)，從而激發(fā)教師的創(chuàng)造性，提高他們運(yùn)用數(shù)字技術(shù)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的主動(dòng)性。

4結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)是小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)的重要手段。數(shù)字技術(shù)能夠?qū)⒏黝愋畔⑥D(zhuǎn)化為數(shù)字形式，不僅為小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供豐富多樣的教學(xué)資源，還對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)形式的呈現(xiàn)方式進(jìn)行創(chuàng)新。在數(shù)字化賦能下，教師要在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中合理運(yùn)用智能教學(xué)系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、實(shí)驗(yàn)軟件等不斷優(yōu)化教學(xué)效果，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

5 參考文獻(xiàn)

[1]孫仁杰．以數(shù)字化探索小學(xué)科學(xué)教學(xué)新路徑：以《哪個(gè)傳熱快》教學(xué)為例[J].河北教育（教學(xué)版），2024，62（9）：42-43.

[2]王晶瑩，王晨睿，榮振山，等．我國(guó)小學(xué)科學(xué)教師課堂教學(xué)的信息技術(shù)使用廣度與影響因素研究：基于31個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的大規(guī)模調(diào)查[J].中國(guó)教育信息化，2024，30（9）：108-119.

[3]黨燕賓.數(shù)智視域下小學(xué)科學(xué)教育的實(shí)踐創(chuàng)新：以西安市滬灞第四小學(xué)科學(xué)教育為例［J].陜西教育（綜合版），2024（增刊2）：22-25

[4］李翔．?dāng)?shù)字化視域下小學(xué)科學(xué)“如水”課堂樣態(tài)的實(shí)踐與研究初探：以“磁性強(qiáng)弱”實(shí)驗(yàn)為例［J]．上海教育，2024（增刊2）：168.

[5]趙潔瓊.數(shù)字化賦能小學(xué)科學(xué)高階教學(xué)初探：以“光的反射（1）”為例[J].上海課程教學(xué)研究，2024（4）：56-61.

[6]王丹，陳健．?dāng)?shù)字化轉(zhuǎn)型下的小學(xué)科學(xué)大單元設(shè)計(jì)與實(shí)踐：以“廢棄物無(wú)處不在\"單元為例［J].湖北教育（科學(xué)課），2024（2）：45-49.

[7]盧秀瑾.PBL教學(xué)模式提高課堂有效性的實(shí)踐研究：以數(shù)字化轉(zhuǎn)型下的小學(xué)自然課堂活動(dòng)為例［J」.教育傳播與技術(shù)，2023（6）：45-51.