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

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化；實(shí)驗(yàn)；科學(xué)；教學(xué)

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱新課標(biāo)）對觀察和實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了明確要求，指出要“以探究實(shí)踐為主要方式開展教學(xué)活動”，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、制定計(jì)劃，并通過實(shí)驗(yàn)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(shí)新課標(biāo)教學(xué)要求，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效，應(yīng)將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用作為一項(xiàng)關(guān)鍵課題，積極加強(qiáng)研究、探討與實(shí)踐。

一、在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的必要性

1.順應(yīng)時代發(fā)展趨勢

我國針對各個學(xué)科提出了相應(yīng)的核心素養(yǎng)，它們是學(xué)生在學(xué)科學(xué)習(xí)過程當(dāng)中，必須要形成的素質(zhì)、掌握的能力。就科學(xué)學(xué)科來講，其學(xué)科核心內(nèi)容主要包括了四個方面，第一是對待科學(xué)在學(xué)習(xí)、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(xué)知識及科學(xué)方法，同時能夠肯定任何與尊重科學(xué)研究成果；第三是客觀、理性的思維，能夠以科學(xué)的眼光來看待這個世界中的所有事物，尊重事實(shí)及科學(xué)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(xué)的方式進(jìn)行探索、研究，通過假設(shè)、邏輯推理、實(shí)驗(yàn)、觀察、總結(jié)等一系列實(shí)踐方法，得出結(jié)論、檢驗(yàn)求證。對學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，否則科學(xué)教學(xué)就會成為“知識灌輸”的課堂，對學(xué)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(xué)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(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣、認(rèn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中來，開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，以順應(yīng)時代發(fā)展趨勢，迎合學(xué)生認(rèn)知的轉(zhuǎn)變。

2.落實(shí)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(jì)劃》，要求加深信息化技術(shù)在各學(xué)科教學(xué)中的深入、有機(jī)運(yùn)用，構(gòu)建全新的智能化、數(shù)字化教學(xué)體系，將信息化技術(shù)與課堂教學(xué)全面的整合起來，通過信息化技術(shù)豐富教學(xué)的方式、方法，達(dá)到提高教學(xué)效率與質(zhì)量的目的[2]。因此，在“教育信息化2.0行動計(jì)劃”下，教師應(yīng)樹立起全新的教育觀點(diǎn)和理念，熟練掌握信息化教學(xué)技術(shù)能力，將基于信息化技術(shù)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)有效地應(yīng)用到科學(xué)教學(xué)中來，這樣才能更好地落實(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)成效

實(shí)驗(yàn)是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，它能夠展現(xiàn)、驗(yàn)證抽象的科學(xué)知識，通過直觀、客觀的科學(xué)現(xiàn)象，加快、加深學(xué)生對科學(xué)知識的理解、吸收。同時，實(shí)驗(yàn)也是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通過觀察、參與和實(shí)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(xué)條件下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展限制較大，難以取得理想的教學(xué)成效。通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，得益于其技術(shù)優(yōu)勢，可以解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的難題，提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢

1.強(qiáng)化科學(xué)教學(xué)的趣味性

科學(xué)教學(xué)必然涉及科學(xué)知識，而科學(xué)知識對于小學(xué)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(xué)習(xí)興趣。雖然通過開展傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也能夠降低科學(xué)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(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)興趣和動力。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式相比較，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有新穎的展示方式，各種屏幕、顯示器，可以使實(shí)驗(yàn)看起來更加具有吸引力，更符合當(dāng)前小學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣、認(rèn)知傾向[4]。再加上其豐富的互動功能，能夠大大強(qiáng)化科學(xué)教學(xué)的趣味性，激發(fā)出學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)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(xué)學(xué)習(xí)中來。

2.降低科學(xué)教學(xué)的抽象性

除了枯燥、無聊之外，科學(xué)知識會帶給學(xué)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(yàn)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(xué)生帶來不小的學(xué)習(xí)難度，阻礙他們對科學(xué)知識的學(xué)習(xí)和理解、吸收。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠使抽象的科學(xué)知識具象化，便于學(xué)生學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式在觀察上可能多有不便，學(xué)生不一定能夠真正細(xì)致地觀察到實(shí)驗(yàn)操作、科學(xué)現(xiàn)象，這反而會加深學(xué)生的疑惑。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)則能夠?yàn)閷W(xué)生的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，并將實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中涉及的科學(xué)概念、科學(xué)知識，同步到實(shí)驗(yàn)畫面上，最大限度降低科學(xué)教學(xué)的抽象性。

3.增強(qiáng)科學(xué)教學(xué)的便捷性

由于科學(xué)教學(xué)不只是單純的知識教學(xué)，所以需要進(jìn)行更多的教學(xué)準(zhǔn)備，教學(xué)過程當(dāng)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(xué)壓力，甚至影響正常的教學(xué)進(jìn)度?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的情況更是如此，如教師需要準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等，這都需要消耗大量的時間和精力[5]。將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到科學(xué)教學(xué)中，可以很好地改善這樣的情況，因?yàn)橥ㄟ^計(jì)算機(jī)、平板電腦、希沃白板、三個助手、DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等工具，教師可以輕松地為學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)演示，不需要重復(fù)地做準(zhǔn)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(qiáng)科學(xué)教學(xué)的便捷性，保證高效的教學(xué)進(jìn)度。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

1.應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為學(xué)生進(jìn)行科學(xué)教學(xué)導(dǎo)入

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

如在進(jìn)行顯微鏡觀察“洋蔥表皮”載玻片教學(xué)中，如果教師按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法，一開課就平鋪直敘、按圖索驥式地對學(xué)生展開教學(xué)，必然難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動力，可能導(dǎo)致整堂課都沉悶、沒有活力。而有了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的幫助，教師可以設(shè)計(jì)出一個顯微鏡觀察實(shí)驗(yàn)，提前準(zhǔn)備好數(shù)字化顯微鏡和若干的細(xì)胞標(biāo)本，開課后先為學(xué)生展示看起來平平無奇的標(biāo)本，然后再將標(biāo)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(xué)生逐步看到標(biāo)本在微觀下的狀態(tài)。這樣一來，學(xué)生的注意力就會立即集中到實(shí)驗(yàn)身上，并讓他們感受到微觀世界的奇妙，產(chǎn)生進(jìn)一步的學(xué)習(xí)興趣和動力，積極、主動地配合課堂教學(xué)開展，保證課堂教學(xué)成效。

2.應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為學(xué)生詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)方法

在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如何指導(dǎo)學(xué)生正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，一直以來都是不小的教學(xué)難題。為了解決這一教學(xué)難題，教師可以應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為學(xué)生詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)方法，確保每一個學(xué)生都可以掌握正確的實(shí)驗(yàn)方法。

如在“使小電珠發(fā)光”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以先用希沃白板，通過其內(nèi)置的各種電路科學(xué)實(shí)驗(yàn)組件，為學(xué)生展示應(yīng)當(dāng)如何進(jìn)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(jìn)行錯誤的線路和器件連接，讓學(xué)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(shí)驗(yàn)操作過程視頻，然后在教學(xué)中為學(xué)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(xué)生真正詳細(xì)地掌握實(shí)驗(yàn)方法，保證學(xué)生能夠正確地完成實(shí)驗(yàn)操作。

3.應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為學(xué)生大量展示實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然能夠達(dá)到用實(shí)驗(yàn)為學(xué)生驗(yàn)證科學(xué)知識的目的，但是其中的一些細(xì)節(jié)依然不能被學(xué)生所觀察到，針對這樣的問題，教師可以通過對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，來為學(xué)生展示更加豐富的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。

如在使用三棱鏡進(jìn)行“光的折射”科學(xué)知識教學(xué)中，教師可以設(shè)計(jì)一個“光的顏色”的實(shí)驗(yàn)，為學(xué)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(shí)驗(yàn)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(lán)、紫各種色彩，不過學(xué)生卻不能觀察到光被分解的細(xì)節(jié)。這個時候，教師就可以利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，通過計(jì)算機(jī)、平板電腦等，為學(xué)生模擬光穿過三棱鏡時被分解的過程和狀態(tài)細(xì)節(jié)，使實(shí)驗(yàn)過程變得更為形象。

4.應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為學(xué)生直觀講解科學(xué)知識

讓學(xué)生能夠正確理解科學(xué)概念、科學(xué)知識，是科學(xué)教學(xué)必須要達(dá)到的目標(biāo)之一。不過有的科學(xué)概念、科學(xué)知識不僅抽象，甚至還是無形的，這顯然就不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)、理解。為此，教師可以通過對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，來為學(xué)生直觀地講解科學(xué)知識。

如在有關(guān)“運(yùn)動與摩擦力”的教學(xué)中，為了讓學(xué)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。首先將力傳感器接入數(shù)據(jù)采集器，并與摩擦力實(shí)驗(yàn)器相連，然后選擇不同重量的滑塊，打開摩擦力實(shí)驗(yàn)器電動機(jī)電源開關(guān)，使滑塊下底板在電動機(jī)的牽引下由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閯蛩龠\(yùn)動狀態(tài)。最后再帶領(lǐng)學(xué)生一同觀看DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系記錄下來的摩擦力數(shù)據(jù)圖，讓學(xué)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(shí)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(yùn)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(shí)驗(yàn)為學(xué)生加速展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程

在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有些實(shí)驗(yàn)的過程是相當(dāng)漫長的，無法在短時間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)和觀察，但其中所涉及的科學(xué)知識又較為重要，是學(xué)生必須要學(xué)習(xí)、掌握的，這就形成了一個不小的教學(xué)難題和矛盾。為此，教師可以應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為學(xué)生加速展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，保證學(xué)生能夠在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)，觀察到整個實(shí)驗(yàn)過程。

如在“種子發(fā)芽”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)顯然是不現(xiàn)實(shí)的，然而讓學(xué)生觀察到種子發(fā)芽的過程，又對于他們的學(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)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(xì)節(jié)，使學(xué)生能夠真正動態(tài)地觀察到種子發(fā)芽的全貌。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，在植物的生長變化等內(nèi)容的教學(xué)中，也是高度適用的。

四、結(jié)語

將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)教學(xué)，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(qiáng)相關(guān)的教學(xué)探索。實(shí)踐中，應(yīng)基于小學(xué)科學(xué)教學(xué)內(nèi)容，合理、有機(jī)地引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，借助其技術(shù)優(yōu)勢，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效，讓學(xué)生能夠更加直觀、輕松、有序地進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)更好地成長與發(fā)展。

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