引入智能教具 创新实验教学

王爱伟

随着编程和开源硬件的推广与普及，教育工作者开始把编程与数学、物理、生物、科学等学科进行融合。通过编程+学科实现教育创新，小学科学+编程+开源硬件在创新实验教学方面的优势非常突出。笔者作为一名小学科学老师，在创新科学实验教具方面做了一些尝试。本文以苏教版《科学》教材四年级上册第二单元中的《冷热与温度》一课教学为例，从教材分析、学情分析、教学目标、教学过程、创新之处等几个方面谈谈笔者的做法。

一、教材、学情分析

本节课选自苏教版《科学》四年级上册第二单元“冷和热”的第一课，这一单元主要是根据《科学（3～6年级）课程标准》中“能的表现形式”和“物体与物质”中的要求建构的。教材通过“了解温度计的作用”“学习使用温度计”“”连续测量热水的温度”这三个部分来帮助学生认识冷热与温度。从结构上看，这一单元探究的都是生活中一般的热现象极其简单的规律。

冷和热是生活中常见的现象，如气温的高低、物体的冷暖、食物加热、冰箱制冷、测量体温等等。这些学生都有丰富的生活经验，但他们对冷和热的认识，更多的时候还是停留在自我感觉的层面，对很多冷热现象，他们还不能做出合理的解释。因此，当教材引领学生聚焦生活中一些常见的冷热现象时，他们面对熟悉的现象却不能做出合理的解释，而通过问题引领，可以激发学生的内驱力。

根据学情，合理制定教学目标。我在本课中利用编程和开源硬件创新实验教具，当实验探究遇上编程和开源硬件，就发生了一系列的化学反应。学生感受到了智能制造的无限可能，培养了创新意识。基于以上对教材和学生的分析，笔者制定了如下教学目标。

二、教学目标设定

学习使用水银温度计，初步学会用温度计测量水温，正确使用温度计测量温度。

通过小组合作能够连续测量热水的温度变化，得出热水降温的过程是先快后慢。

能够耐心、细致地观察和记录数据，养成严谨的科学精神。

了解电子测温计的工作原理，通过智能教具，了解编程和开源硬件在产品制造中的应用，让学生感受到产品在不断迭代升级，科技发展给我们的生活带来便利。本课的教学重点是让学生学会测量水温的方法。本课的教学难点是连续测量一杯热水的降温过程，发现温度变化的规律。

三、教学设计

（一）导入新课

受新冠疫情的影响，体温成了一个敏感的话题。上课伊始我先让学生说一说平时用什么测量体温。当学生提到电子测温计的时候，我让两名学生分别用电子测温计和水银温度计测体温，感受两者的不同，让学生谈测温的感受，顺势引出问题：“你想知道电子测温计的工作原理吗？”激发学生的探究欲望。

（二）探究过程

小学科学的重要任务，不仅在于传授科学知识，更重要的是培养学生的科学研究方法。整个探究环节分为四个部分。

讨论预测。在讨论预测环节中，让学生充分交流预测结果。学生预测的结果分四种情况：先快后慢、先慢后快、匀速降温、没有规律。

实验验证。小组合作利用铁架台固定温度计，每隔2分钟记录一次水的温度，记录数据。在实验过程中，培养学生良好的实验习惯。

数据分析得出结论。采集完实验数据，学生绘制统计图。学生根据统计图，分析温度的变化规律。由于课堂时间有限，学生得到的数据并不多，很多小组绘制的统计图规律不明显，学生讨论热烈，却无法得出统一的结论，给其认知造成了困扰。

我此时出示正在采集数据的电脑屏幕，看着电脑绘制的折线统计图，学生惊讶的表情我至今记忆犹新。他们忍不住赞叹太神奇了：“老师这是什么？”“它是怎么做到的？”我开始给学生介绍编程软件，温度传感器、主控板等硬件及连接方法，学生的学习热情达到了高潮。我让学生畅所欲言，他们说出了这个实验仪器的很多优点，在体验了智能设备优势的同时还提出了改进的方向，一连串有价值的问题就像发生了连锁反应一样涌现。

学生根据智能设备绘制的折线统计图，顺利地得出热水变凉是一个先快后慢的过程。趁热打铁，我又向学生抛出了一个难题：热水变凉，为什么会先快后慢呢？学生再仔细观察分析统计图，不难推理出：热水刚倒入杯中时，与周围环境的温度相差很大，热量散发得很快，当逐渐与周围环境的温差变小时，热的散发速度就减慢了。通过创新智能，顺利突破了本课的教学难点。

拓展延伸。为了进一步激发学生的探究热情，我提出一个课后探究问题：利用今天的智能测温计还能做哪些实验？

在实验过程中，学生经历了提出问题、做出假设、制定计划、搜集数据、处理信息、得出结论、表达交流、评价反思等过程。这是一个相对典型、比较完整的科学探究过程，学生以数据分析为基礎推理得出结论，落实了新课标对实验探究的要求。

四、教具创新之处

本实验所用到的智能测温计的核心构件是传感器结合编程软件，完成实验数据采集、统计等工作。

采集的数据以折线统计图的形式呈现，数据显示形象直观，学生感受到了采集大量数据统计的精确、快捷，得出的实验结果更有说服力。

让学生感受到编程和开源硬件在实验教学中的应用，使之有了一次全新的实验感受。

比如，实验教具在采集数据过程中，无须人工操作，点击开始后仪器就会自动在设定的时间间隔里采集数据，而且时间间隔可根据需要设定，节约了人力，提高了课堂效率。

通过本节课中对实验教具的改进，我看到了创新实验教具给课堂带来的活力。本节课让学生经历了一次神奇的科学探秘之旅，课堂里充满了惊叹声和笑声。

小学生从不缺乏对新事物的探索热情，只要抓住了学生的好奇心，课堂效率就会大大提高。本节课通过智能教具的引入，为学生打开了一扇窗口，让他们体验到：从发明水银测温计、电子测温计到发明红外线测温计、红外线测温成像仪等，一个小小的温度计体现了科技的不断进步和产品的不断迭代。他们充满信心地说，我要去研究制造更智能的测温计。