長沙市天心區(qū)沙湖橋小學(xué) 黃佳妮

數(shù)字化時代已然到來，教育也要與時俱進。隨著教學(xué)方式的不斷創(chuàng)新，數(shù)字化實驗逐漸被引入課堂，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)字化實驗讓科學(xué)課堂更具說服力

數(shù)字化實驗是指在小學(xué)科學(xué)課堂上運用實時測量、數(shù)據(jù)采集分析和智能控制等先進技術(shù)，將實驗過程中一些不可見或者難以觀察的實驗現(xiàn)象利用信息技術(shù)來呈現(xiàn)。

（一）實驗過程“可視化”

在傳統(tǒng)實驗中，學(xué)生動手操作并用肉眼觀察現(xiàn)象，會受到不少客觀因素的影響，導(dǎo)致實驗結(jié)果出現(xiàn)偏差。

比如《聲音的高與低》一課中教材實驗是：學(xué)生撥動鋼尺使其振動，通過觀察鋼尺振動的快慢（即振動頻率），判斷鋼尺振動快慢對音調(diào)的影響。由于物體振動速度快、振動幅度小，學(xué)生很難通過肉眼直接觀察到明顯的實驗現(xiàn)象。

圖1 學(xué)生通過撥動鋼尺探究振動頻率對音調(diào)的影響

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

將抽象的振動“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頻率對音調(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)實驗往往受時間、空間的影響較大，而數(shù)字化實驗工具可以設(shè)置系統(tǒng)自動采樣、連續(xù)采樣、定時采樣等多種數(shù)據(jù)采集模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集智能化。

比如在教《天氣》一課時，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，學(xué)生無法獲得深刻的感知。

我借助數(shù)字化實驗工具運用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手持風力傳感器、濕度傳感器、PM2.5傳感器等傳感設(shè)備采集風力、濕度、PM2.5 等數(shù)據(jù)，分析不同天氣的特點，這樣不僅簡化了實驗過程，還提高了學(xué)生的參與度。

（三）實驗測量“精準化”

數(shù)字化實驗工具可以用精確的數(shù)字來呈現(xiàn)實驗現(xiàn)象。在教科版小學(xué)六年級下冊第二單元“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)的實驗是通過檢測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)致實驗現(xiàn)象不明顯，無法證明氧氣減少了。

圖3 用點燃的蠟燭檢測小蘇打與白醋反應(yīng)是否生成不支持燃燒的氣體

借助數(shù)字化實驗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。在實驗前，我將含氧量傳感器和二氧化碳傳感器放入瓶中，測得瓶內(nèi)氧氣和二氧化碳的含量，實驗后再檢測一次，通過比對反應(yīng)前后兩種氣體量的變化得出結(jié)論。

數(shù)字化實驗工具將抽象的實驗現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成具體的實驗數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生更好地理解實驗原理，加強學(xué)生記憶。

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

圖5 學(xué)生操作集成電路

二、數(shù)字化實驗工具應(yīng)用的意義

隨著數(shù)字化實驗的不斷發(fā)展，數(shù)字化信息工具已經(jīng)滲透課堂，小學(xué)科學(xué)實驗課堂會更高效、更深入、更有趣。運用數(shù)字化實驗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性，提高課堂實驗效率，給學(xué)生留出更多時間和精力思考、創(chuàng)新。

三、數(shù)字化實驗帶來新挑戰(zhàn)

數(shù)字化實驗雖然科技含量高，實驗現(xiàn)象可視化，但也帶來新挑戰(zhàn)。

（一）器材價格高

購入一套能滿足45 名學(xué)生的班級實驗教學(xué)的數(shù)字化實驗工具起碼需15 萬元，這遠遠高于購買傳統(tǒng)實驗器材的費用。

（二）器材損耗大

數(shù)字化實驗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，維護費用高。

（三）簡單問題復(fù)雜化

數(shù)字化實驗操作便捷，易弱化學(xué)生的實驗操作能力，教師盲目使用數(shù)字化實驗工具，會降低學(xué)生的參與度。

因此，科學(xué)教師要提升對數(shù)字化實驗的認知，科學(xué)地使用數(shù)字化實驗工具，讓數(shù)字化實驗點亮科學(xué)課堂。