長(zhǎng)沙市天心區(qū)沙湖橋小學(xué) 黃佳妮

數(shù)字化時(shí)代已然到來，教育也要與時(shí)俱進(jìn)。隨著教學(xué)方式的不斷創(chuàng)新，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)逐漸被引入課堂，如何讓傳統(tǒng)教學(xué)方式與現(xiàn)代新興技術(shù)在科學(xué)課堂中開出并蒂蓮花，值得我們深思。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)讓科學(xué)課堂更具說服力

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是指在小學(xué)科學(xué)課堂上運(yùn)用實(shí)時(shí)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集分析和智能控制等先進(jìn)技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)過程中一些不可見或者難以觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象利用信息技術(shù)來呈現(xiàn)。

（一）實(shí)驗(yàn)過程“可視化”

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生動(dòng)手操作并用肉眼觀察現(xiàn)象，會(huì)受到不少客觀因素的影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差。

比如《聲音的高與低》一課中教材實(shí)驗(yàn)是：學(xué)生撥動(dòng)鋼尺使其振動(dòng)，通過觀察鋼尺振動(dòng)的快慢（即振動(dòng)頻率），判斷鋼尺振動(dòng)快慢對(duì)音調(diào)的影響。由于物體振動(dòng)速度快、振動(dòng)幅度小，學(xué)生很難通過肉眼直接觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

圖1 學(xué)生通過撥動(dòng)鋼尺探究振動(dòng)頻率對(duì)音調(diào)的影響

為此，我將聲音傳感器靠近振動(dòng)物體，用波形圖表示音調(diào)的變化幅度：當(dāng)音調(diào)變高時(shí)，傳感器振動(dòng)頻率變快，所呈現(xiàn)的波形圖內(nèi)的曲線變化幅度大；當(dāng)音調(diào)變低時(shí)，傳感器振動(dòng)頻率變慢，所呈現(xiàn)的波形圖內(nèi)的曲線變化幅度小。

將抽象的振動(dòng)“可視化”后，學(xué)生只需觀察波形圖內(nèi)的曲線變化便可知振動(dòng)頻率對(duì)音調(diào)的影響。

圖2 用電腦顯示音調(diào)變化幅度的波形圖

（二）采集數(shù)據(jù)“智能化”

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)往往受時(shí)間、空間的影響較大，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具可以設(shè)置系統(tǒng)自動(dòng)采樣、連續(xù)采樣、定時(shí)采樣等多種數(shù)據(jù)采集模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集智能化。

比如在教《天氣》一課時(shí)，教師通常采用口述或者播放視頻的方式讓學(xué)生了解天氣的變化以及各類天氣的特點(diǎn)，學(xué)生無法獲得深刻的感知。

我借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具運(yùn)用PBL 教學(xué)模式開展教學(xué)，讓學(xué)生在不同的天氣情況或者同一天的不同地點(diǎn)手持風(fēng)力傳感器、濕度傳感器、PM2.5傳感器等傳感設(shè)備采集風(fēng)力、濕度、PM2.5 等數(shù)據(jù)，分析不同天氣的特點(diǎn)，這樣不僅簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)過程，還提高了學(xué)生的參與度。

（三）實(shí)驗(yàn)測(cè)量“精準(zhǔn)化”

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具可以用精確的數(shù)字來呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在教科版小學(xué)六年級(jí)下冊(cè)第二單元“物質(zhì)的變化”《小蘇打與白醋的變化》一課中，氧氣和二氧化碳都是無色無味且肉眼不可見的氣體，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)是通過檢測(cè)氣體能否讓燃燒的蠟燭熄滅或者讓澄清的石灰水變渾濁來驗(yàn)證二氧化碳是否生成。而蠟燭燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳較少，且空氣中也有二氧化碳，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，無法證明氧氣減少了。

圖3 用點(diǎn)燃的蠟燭檢測(cè)小蘇打與白醋反應(yīng)是否生成不支持燃燒的氣體

借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具中的含氧量傳感器、二氧化碳傳感器及溫度傳感器能有效避免這些外界干擾。在實(shí)驗(yàn)前，我將含氧量傳感器和二氧化碳傳感器放入瓶中，測(cè)得瓶?jī)?nèi)氧氣和二氧化碳的含量，實(shí)驗(yàn)后再檢測(cè)一次，通過比對(duì)反應(yīng)前后兩種氣體量的變化得出結(jié)論。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具將抽象的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)原理，加強(qiáng)學(xué)生記憶。

圖4 用傳感器檢測(cè)小蘇打與白醋反應(yīng)后瓶?jī)?nèi)氣體含量的變化

圖5 學(xué)生操作集成電路

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具應(yīng)用的意義

隨著數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的不斷發(fā)展，數(shù)字化信息工具已經(jīng)滲透課堂，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂會(huì)更高效、更深入、更有趣。運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具可以有效拓展科學(xué)探究的領(lǐng)域，激發(fā)學(xué)生探究的積極性和主動(dòng)性，提高課堂實(shí)驗(yàn)效率，給學(xué)生留出更多時(shí)間和精力思考、創(chuàng)新。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)帶來新挑戰(zhàn)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)雖然科技含量高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可視化，但也帶來新挑戰(zhàn)。

（一）器材價(jià)格高

購(gòu)入一套能滿足45 名學(xué)生的班級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具起碼需15 萬(wàn)元，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于購(gòu)買傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材的費(fèi)用。

（二）器材損耗大

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材都是由微小的零件、芯片和集成電路組裝而成，小學(xué)生好奇心重且操作不熟練，導(dǎo)致材料損耗率高，維護(hù)費(fèi)用高。

（三）簡(jiǎn)單問題復(fù)雜化

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)操作便捷，易弱化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，教師盲目使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具，會(huì)降低學(xué)生的參與度。

因此，科學(xué)教師要提升對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知，科學(xué)地使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具，讓數(shù)字化實(shí)驗(yàn)點(diǎn)亮科學(xué)課堂。