〔摘 要〕 本研究通過對小學(xué)科學(xué)《水遇冷以后》課程的教學(xué)實踐，探索并驗證了數(shù)字化傳感器對優(yōu)化高質(zhì)量課堂的效果。研究表明，數(shù)字化傳感器可以豐富教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法，改進教學(xué)評價，提高學(xué)生的主動性、科學(xué)探究能力以及知識理解和遷移能力。具體來說，溫度傳感器實時顯示的溫度變化曲線，讓抽象規(guī)律具象化，有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、觀察分析和小組合作的能力。開放互動的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，拓寬了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的廣度和深度。接下來需要進一步加強教師數(shù)字化教學(xué)能力建設(shè)，開展相關(guān)的教學(xué)研究，擴大數(shù)字化設(shè)備特別是傳感器技術(shù)在科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，以持續(xù)推進小學(xué)信息化教學(xué)實踐。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué)；數(shù)字化；高質(zhì)量課堂

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2024） 23 064-066

一、引言

（一）研究背景

國家高度重視數(shù)字化轉(zhuǎn)型對教育的影響，提出并實施了一系列戰(zhàn)略部署，如建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強國等戰(zhàn)略決策，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合，建設(shè)數(shù)字中國、智慧社會等。近年來的大規(guī)模在線教育實踐，也使我們深刻認識到數(shù)字化轉(zhuǎn)型對教育的重大意義，面對新時代新要求，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型勢在必行，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的紅利期已來臨。

當前教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨諸多難題亟待解決。如：教學(xué)資源建設(shè)仍不夠，優(yōu)質(zhì)數(shù)字化資源供給不足，共享和流通機制有待健全；教師數(shù)字化教學(xué)能力整體較弱，教學(xué)方式和思維待轉(zhuǎn)變，如何在短時間內(nèi)實現(xiàn)能力建設(shè)也是個難題；教學(xué)評價方式亟待改革創(chuàng)新，科學(xué)的教學(xué)質(zhì)量評價體系的構(gòu)建迫在眉睫。這些都是當前教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型進程中亟待解決的現(xiàn)實問題，需要立足實踐不斷探索完善數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑，以推動教育內(nèi)涵式發(fā)展。

（二）研究意義

本研究立足當下教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的現(xiàn)實需求，針對轉(zhuǎn)型過程中存在的突出問題，通過調(diào)查分析、案例研究等方式，探索適合我國國情的教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑。研究將為推進教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供理論指導(dǎo)和現(xiàn)實借鑒，具有重要的現(xiàn)實意義。

研究可以明確數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標要求和科學(xué)路徑。結(jié)合國內(nèi)外成功經(jīng)驗，明確我國教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略目標，提出切實可行的轉(zhuǎn)型路徑建議。

研究可以拓寬數(shù)字化轉(zhuǎn)型的應(yīng)用領(lǐng)域。將數(shù)字技術(shù)與多樣化教學(xué)實踐相結(jié)合，不斷拓展和豐富數(shù)字教學(xué)應(yīng)用場景，促進教學(xué)內(nèi)容、方式方法、手段等全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

研究可以提升教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型質(zhì)量。針對實踐中存在的問題和局限，研究可以提出改進轉(zhuǎn)型質(zhì)量的對策建議，不斷優(yōu)化完善數(shù)字化轉(zhuǎn)型進程。

二、數(shù)字化賦能下高質(zhì)量課堂的新特征

（一）教學(xué)內(nèi)容

數(shù)字化轉(zhuǎn)型為教育教學(xué)注入了強大動力，推動著教學(xué)內(nèi)容的不斷豐富和更新，內(nèi)容更加豐富多元化。傳統(tǒng)課堂受時間空間限制，教學(xué)內(nèi)容比較局限。數(shù)字技術(shù)打破了這些限制，教師可以利用網(wǎng)絡(luò)中豐富的教學(xué)資源，將更多元的內(nèi)容引入課堂。如在《水遇冷以后》課堂教學(xué)中，教師運用了賽靈格網(wǎng)學(xué)3.0系統(tǒng)、平板電腦、實時投屏等數(shù)字化設(shè)備及內(nèi)容資源，豐富了水蒸氣凝結(jié)、水結(jié)冰凝固等教學(xué)內(nèi)容，使知識點更加立體化。

（二）教學(xué)方法

數(shù)字化轉(zhuǎn)型極大地豐富和拓展了教學(xué)方法，構(gòu)建了高質(zhì)量課堂教學(xué)新生態(tài)。具體來看，數(shù)字化賦能下高質(zhì)量課堂的教學(xué)方法主要呈現(xiàn)以下特點。

一是數(shù)據(jù)收集更加完整科學(xué)。傳統(tǒng)課堂主要依賴人工來觀察和記錄實驗數(shù)據(jù)，精確性較差。而在數(shù)字化課堂中，學(xué)生可以利用各類傳感器收集實時數(shù)據(jù)，并由系統(tǒng)自動完成數(shù)據(jù)分析工作后通過屏幕共享實時數(shù)據(jù)。

二是教學(xué)討論更加高效。數(shù)字技術(shù)打通了課堂教學(xué)的時空局限，教與學(xué)的交互討論可以跳出常規(guī)課堂，更好地激發(fā)學(xué)生的主體地位。如賽靈格網(wǎng)學(xué)3.0中設(shè)置了溫度變化討論區(qū)，學(xué)生可以在任何時間加入討論，教師進行適時引導(dǎo)，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。

三是教學(xué)手段更加豐富。在數(shù)字化課堂中，圖像、語音、視頻等數(shù)字化教學(xué)手段可以相互促進、融會貫通，構(gòu)建立體化的教與學(xué)交互。綜上所述，數(shù)字技術(shù)推動教學(xué)方法實現(xiàn)由簡單線性到立體互動的躍進，是構(gòu)建高質(zhì)量課堂的有力抓手。

三、數(shù)字化教學(xué)設(shè)備優(yōu)化《水遇冷以后》課堂的應(yīng)用與效果

（一）應(yīng)用方案

1.課前準備

為保證數(shù)字化傳感器能夠有效地優(yōu)化《水遇冷以后》這節(jié)課的教學(xué)效果，我在課前進行了充分準備。明確和深入地分析了本節(jié)課的教學(xué)目標、內(nèi)容和重難點，并據(jù)此設(shè)計了數(shù)字化實驗教學(xué)方案，具體如下表1所示。

我提前準備好了所需的數(shù)字化教學(xué)設(shè)備，主要包括：溫度傳感器、平板電腦、投影儀等。我檢查了設(shè)備功能，確保在課堂教學(xué)中能正常應(yīng)用。我還準備了冰塊、鹽等實驗材料，并精確材料用量，供學(xué)生小組開展探究實驗。這些準備工作確保數(shù)字化實驗教學(xué)得以順利實施。

2.課中使用

在《水遇冷以后》的課堂教學(xué)中，我用季節(jié)問題引入話題，讓學(xué)生思考并預(yù)測水的三態(tài)變化過程和溫度變化情況。學(xué)生提出自己的看法后，我安排他們進行小組探究實驗——利用溫度傳感器觀察并自動記錄水在結(jié)冰過程中的溫度變化。學(xué)生需要分工合作，正確操作設(shè)備，并在平板電腦上自動繪制溫度變化曲線。具體的探究步驟如下表2：

總的來說，在《水遇冷以后》課堂中應(yīng)用數(shù)字化傳感器開展小組探究，實現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)方法的有機融合。這不僅使學(xué)生加深理解、提高實踐能力，也使我能根據(jù)實時反饋調(diào)整指導(dǎo)策略，全面提升學(xué)教評一致性的效果。

3.課后統(tǒng)計

課后我對數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析，主要內(nèi)容和效果如下：首先，我整理歸納了學(xué)生小組在實驗過程中收集的溫度變化數(shù)據(jù)。在凝結(jié)這個環(huán)節(jié)中，我們通過猜測等方式來判斷溫度的變化情況，從而收集學(xué)生的前概念，通過尋找證據(jù)以及數(shù)據(jù)分析來驗證自己的猜測是否正確，最后得以解決問題。傳統(tǒng)的酒精溫度計能夠記錄溫度，但存在測量時間差、溫度敏感度不夠、易碎等缺點。在數(shù)字化條件下，采用溫度傳感器可每隔1分鐘自動記錄并自動生成溫度曲線圖，學(xué)生便可以有更多的時間用以分析數(shù)據(jù)的變化情況，從而提高學(xué)習(xí)效率，采用溫度傳感器記錄溫度也更符合溫度變化的自然規(guī)律，讓科學(xué)在生活中真實發(fā)生。

（二）教學(xué)效果

1.學(xué)生主動性提高

在《水遇冷以后》的教學(xué)實踐中，數(shù)字化傳感器的應(yīng)用顯著提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：新穎的數(shù)字化設(shè)備激發(fā)了學(xué)生濃厚的好奇心和興趣。小組探究中，學(xué)生積極主動地操作溫度傳感器，調(diào)整參數(shù)，測試連接，確保設(shè)備正常工作，平板電腦上顯示的溫度曲線也吸引了學(xué)生的注意力。

2.學(xué)生探究實踐能力增強

溫度傳感器可以實時顯示數(shù)據(jù)變化，學(xué)生可以通過觀測、比較、找規(guī)律等科學(xué)探究方法研究水凝固現(xiàn)象，得到豐富的第一手資料。雖然只是一個簡單的溫度測量活動，但對小學(xué)生來說是真實的科學(xué)探究活動；學(xué)生通過學(xué)習(xí)連接設(shè)備，調(diào)節(jié)參數(shù)，制作表格，繪制曲線圖等，硬件操作和軟件應(yīng)用的能力得到全面提高。數(shù)據(jù)分析也訓(xùn)練了查找不同點、比對相同點等基本思維方法。小組合作模式培養(yǎng)了團隊探究的素養(yǎng)。小組成員分工負責(zé)設(shè)備、記錄、分析、匯報的模式，讓學(xué)生在交流和協(xié)作中完成探究任務(wù)，互相監(jiān)督、互相幫助，團隊意識和合作精神明顯增強。

3.學(xué)生知識理解和遷移能力提高

在《水遇冷以后》的教學(xué)實踐中，數(shù)字化傳感器的應(yīng)用顯著增強了學(xué)生對水變化規(guī)律知識的理解，并促進了知識的遷移應(yīng)用。主要效果如下：一是直觀的溫度曲線助力概念理解。溫度實時可視，準確反映了水凝固的全過程，學(xué)生通過反復(fù)觀察討論，深入理解了水結(jié)冰的階段性及溫度變化特征，對水三態(tài)變化的科學(xué)概念也得到了鞏固。二是具體數(shù)據(jù)支持科學(xué)推理。精確的溫度數(shù)據(jù)讓抽象規(guī)律具體化，學(xué)生從數(shù)據(jù)中找出證據(jù)，理解凝固釋放熱量的科學(xué)原理。三是多樣評價促進遷移應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)平臺的測試檢測了學(xué)生對科學(xué)概念的掌握程度，生活案例引導(dǎo)學(xué)生將知識應(yīng)用于實際，如水瓶結(jié)冰、吃火鍋眼鏡起霧等典型案例，知識遷移的廣度和靈活性都得到提升。可見，數(shù)字化傳感器優(yōu)化的課堂不僅增強了學(xué)生對核心知識點的理解，也拓寬了知識遷移的應(yīng)用面，奠定了科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)。

四、對策與展望

（一）加強數(shù)字化教學(xué)能力建設(shè)

本課教學(xué)實踐表明，數(shù)字化傳感器可以有效優(yōu)化課堂，但要進一步發(fā)揮其應(yīng)用價值，必須抓好教師數(shù)字化教學(xué)能力建設(shè)，主要對策有：加強數(shù)字化教學(xué)理念更新。組織教師學(xué)習(xí)數(shù)字教育的理論知識，重構(gòu)教學(xué)理念，以學(xué)生為中心，著眼能力和素養(yǎng)培養(yǎng)，充分認識和運用數(shù)字化手段的優(yōu)勢，為教學(xué)更新提供理論支撐，擴大數(shù)字化教學(xué)方法研究。線下可以舉辦數(shù)字化教學(xué)競賽，評比應(yīng)用傳感器、平板電腦、賽靈格網(wǎng)學(xué)3.0等技術(shù)開展科學(xué)探究的精品課程，選聘評委給予專業(yè)指導(dǎo)，以競賽帶動數(shù)字化教學(xué)能力的整體提升。

（二）加強課堂教學(xué)研究

為更好發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的作用，需要從以下方面加強研究：研發(fā)適用的數(shù)字化教學(xué)模型。結(jié)合小學(xué)科學(xué)教學(xué)特點，開發(fā)可以標準化操作的數(shù)字化課堂教學(xué)模型，使之可以復(fù)制推廣，如設(shè)計通用的探究任務(wù)模板、開發(fā)配套的教學(xué)流程和指導(dǎo)方案等。明確數(shù)字化教學(xué)的理念主線，提煉總體設(shè)計思路，同時處理好傳統(tǒng)教學(xué)法與數(shù)字化教學(xué)法的關(guān)系，形成教學(xué)方法的更新機制?？偨Y(jié)每階段的研究成果，提高研究的積累性。

（三）推廣和應(yīng)用數(shù)字化教學(xué)設(shè)備

推廣和應(yīng)用數(shù)字化教學(xué)設(shè)備的建議如下：舉辦示范課活動，邀請專家，選派教師，利用數(shù)字化傳感器開展高質(zhì)量示范課。同步直播，全市教師在線觀摩學(xué)習(xí)，增加示范課的覆蓋面，提高各學(xué)校教師的數(shù)字化教學(xué)技能。提供設(shè)備技術(shù)支持。調(diào)查各校數(shù)字化設(shè)備配備與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施情況，重點解決可能制約數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用的短板。對經(jīng)濟欠發(fā)達學(xué)校予以傾斜支持，建立定期檢修、不定期更換的設(shè)備維護制度，確保教學(xué)需求得到滿足。依托網(wǎng)絡(luò)平臺，創(chuàng)建小學(xué)科學(xué)教學(xué)創(chuàng)新聯(lián)盟。教師可上傳數(shù)字化課堂設(shè)計、彼此學(xué)習(xí)優(yōu)質(zhì)資源、開展線上交流研討、協(xié)同準備公開課等。形成學(xué)習(xí)型組織，打造專業(yè)化培訓(xùn)和支持基地，鼓勵教師開展項目合作研究，與高校進行產(chǎn)學(xué)研合作，共同申報數(shù)字化教學(xué)的科研項目。

參考文獻

[1]趙偉新.用技術(shù)的力量促進教學(xué)方式的變革：從賽靈格系統(tǒng)迭代更新看小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)的變化[J].科教導(dǎo)刊，2021，（18）：132-136.

[2]陳曉明.數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下高質(zhì)量課堂的變革與創(chuàng)新[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018（3）：1-5.

[3]李明.數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下高質(zhì)量課堂變革的研究與實踐[J].中國教育技術(shù)裝備，2019（4）：1-6.

[4]張紅.數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下高質(zhì)量課堂變革的思考[J].教育教學(xué)論壇，2020（2）：1-4.