谈数字化工具在科学实验教学中的应用——以《变色花》一课的教学为例

江苏宿迁市湖滨新区余娟学校（223800）陈小卫

对于小学科学而言，数字化工具的引入有效解决了传统实验探究当中难以完成的任务，极大地提升了实验操作的精准性以及科学性。当前，如何更好地应用数字化工具开展科学实验教学，仍然是小学科学教师应当思考的问题。作为科学教师，应不断总结经验、推陈出新，借助数字化工具真正打造高效的小学科学课堂。

《变色花》是苏科版教材六年级上册《物质在变化》单元的内容，也是笔者2018年参加江苏省优质课评比的课题。当初之所以选定这个课题，源于自己教学的一点感悟：当上完本课后，学生用自制的酸碱指示剂检测弱酸、弱碱性液体时，发现这些液体无法使紫甘蓝汁变色，导致学生误以为这些液体是中性物质。后来，笔者通过对教材进行解读及查阅相关的文献资料，对本课的教学内容、教学方法、材料选用等方面做了大胆的尝试。首先，用榨汁机制取的紫甘蓝汁检测常见液体的酸碱性；其次，用PH笔检测弱酸、弱碱性液体的酸碱性；最后，通过对比、分析、交流，总结出液体酸碱性的科学概念及酸碱性强弱规律。

【教学过程】

教学片段一：用紫甘蓝汁检测常见液体的酸碱性

实物出示：白醋、肥皂水、紫甘蓝汁（用榨汁机制取而成）

师：老师这里有一杯紫甘蓝汁，看一看它是什么颜色？

生：紫色。

师：如果用滴管取一些紫甘蓝汁滴入白醋中，会怎样呢？谁愿意来试一下？紫甘蓝汁发生了什么变化？

生：哇！紫甘蓝汁变红了。

师：如果再用滴管取一些紫甘蓝汁滴入肥皂水中，又会怎样呢？谁再来试一下？紫甘蓝汁又会发生什么变化？

生：紫甘蓝汁变成了绿色。

（课件出示雪碧、洗洁精、龙井绿茶、苏打水、石灰水、柠檬水这6种常见液体的图片，其中雪碧、龙井绿茶、苏打水、柠檬水为饮料产品）

师：它们中哪些能像白醋一样使紫甘蓝汁变红呢？哪些能像肥皂水一样使紫甘蓝汁变绿呢？大家想研究吗？

生（异口同声）：想。

（学生动手操作和观察）

师：实验完成的小组，请根据紫甘蓝汁的颜色变化给这6种液体分类。哪位同学愿意汇报一下你们组的实验结果？

生1：让紫甘蓝汁变红的液体有雪碧、柠檬水、苏打水，让紫甘蓝汁变绿的液体有洗洁精、石灰水、龙井绿茶。

（学生边汇报，教师边把液体图片贴入“红”、“绿”相对应的栏目中）

师：有不同意见吗？

生2：我认为龙井绿茶没让紫甘蓝汁变绿，因为龙井绿茶本身就是绿色的。

生3：苏打水没让紫甘蓝汁变成红色，应该是变成淡紫色。

师：你们可以把苏打水使紫甘蓝汁变化的颜色，同柠檬水、雪碧使紫甘蓝汁变化的颜色对比一下。

生：颜色的确不同。

师：我们把使紫甘蓝汁颜色变化不明显的龙井绿茶、苏打水单独放在一列。（教师贴图片）我们根据紫甘蓝汁的颜色变化情况，将以上的6种液体分成了三类。科学上把像雪碧、柠檬水这样能使紫甘蓝汁变红色的物质叫酸性物质；像洗洁精、石灰水这样能使紫甘蓝汁变绿色的物质叫碱性物质；像紫甘蓝汁这样能够分辨出物质的酸性和碱性，所以我们把它称为酸碱指示剂。

（教师板书）

师：那么，没有使紫甘蓝汁变色的苏打水、龙井绿茶到底是什么物质呢？酸性？碱性？还是别的物质？先思考2分钟。

师：谁来说一说？

生4：苏打水和龙井绿茶应该是中性物质，我在科普书上看到，物质分为酸性物质、碱性物质和中性物质。

生5：我认为苏打水和龙井绿茶应该是酸性物质，因为它们和雪碧、柠檬水一样都是饮料。

生6：不对。龙井绿茶应该是碱性物质，因为龙井绿茶的主要成分是茶叶，茶叶里含有茶碱。

生7：我认为龙井绿茶是酸性物质，感觉它还是有些变红色的，可能是被自身的颜色遮挡住了。

生8：苏打水应该是碱性物质，我在电视中看过关于苏打水的介绍，说它是一种弱碱性水，多喝对人体有好处。

教学片段二：用PH笔检测常见液体的酸碱性

师：老师这里有一个比较精密的仪器——PH笔，如果把它放入液体中，显示屏内会出现液体酸碱度的数值，我们把这个数值叫作pH酸碱度。下面，我们来认识一下PH笔的基本构造和使用方法。（课件出示）

师：每检测一种液体，PH笔的这些使用步骤都要重复一次，使用过的清洗剂也要及时更换。大家还有不明白的地方吗？

生：没有。

师：请材料员到台前重新领取一组实验材料，组长把实验桌上的材料放入抽屉内。用PH笔检测一下苏打水和龙井绿茶的酸碱性，并记录好数据。

（学生动手探究）

师：请记录员把你们组测得的数据填入这个统计表内。

液体pH酸碱度统计表

师：看了这些数据，你们有什么发现？

生9：每组测得的苏打水和龙井绿茶的pH酸碱度有些不一样。

师：相差大吗？

生10：不大。苏打水的pH酸碱度都在7.5左右，龙井绿茶的pH酸碱度都在6.2左右。

师：这种微小的误差在科学上是允许的。还有别的发现吗？

生11：苏打水的pH酸碱度大于龙井绿茶的pH酸碱度。

师：如果把它们的pH酸碱度与数字7进行比较呢？

生12：苏打水的pH酸碱度大于7，龙井绿茶的pH酸碱度小于7。

师：科学家规定，pH酸碱度小于7的物质是酸性物质；pH酸碱度大于7的物质是碱性物质；pH酸碱度等于7的物质是中性物质。所以苏打水是什么物质？龙井绿茶是什么物质？

生13：苏打水是碱性物质，龙井绿茶是酸性物质。

师：想不想用PH笔再来验证一下雪碧、柠檬水这两种酸性物质的pH酸碱度是否真的小于7？同时，也验证一下洗洁精、石灰水这两种碱性物质的pH酸碱度是否真的大于7。

生：想！

（学生动手实验，教师用手机拍取数据，并利用手机、电脑同屏软件出示数据）

师：雪碧、柠檬水的pH酸碱度小于7吗？

生：小于7。

师：洗洁精、石灰水的pH酸碱度大于7吗？

生：大于7。

师：我们再来仔细观察这些数据，看还有没有什么新的发现。

生14：石灰水的pH酸碱度最大。

生15：柠檬水的pH酸碱度最小。

生16：酸性物质的pH酸碱度不一样，碱性物质的pH酸碱度也不一样。

师：这些不同的pH酸碱度中又蕴含着怎样的科学知识呢？请看大屏幕——科学小知识。

屏幕显示：pH酸碱度的应用范围在0～14之间，相同条件下，酸性物质，pH酸碱度越小，酸性越强；碱性物质，pH酸碱度越大，碱性越强。（学生默读）

师：这6种液体中谁的酸性最强？生：柠檬水。

师：谁的碱性最强？

生：石灰水。

【处理与优化】

从以上教学过程我们不难看出，数字化工具PH笔的介入与使用，不仅弥补了紫甘蓝汁无法检测弱酸、弱碱性物质的缺陷，让实验中获得的数据更精确、解释更有说服力，还凸显了以下几个亮点。

1.借助数字化工具，培养学生创造性思维

小学科学的教学目标之一便是培养学生的科学素养以及良好的创新能力。因而，教师要注重小学科学中实验部分的教学，并借助数字化工具的引入与使用，让实验更具有科学性、趣味性。同时，还可以借助数字化工具创设情境，让学生主动参与实验，高效完成传统实验所不能够完成的探究活动。另外，教师应让学生成为实验课的主体，让学生来改进和拓展传统实验，借助数字化工具进行创新，以此获得更多的实验体会，加深对此部分知识的理解，有效培养学生的创造性思维。

例如，当学生使用紫甘蓝汁无法检测苏打水和龙井绿茶的酸碱性时，教师及时提出问题：“那么，没有使紫甘蓝汁变色的苏打水、龙井绿茶到底是什么物质呢？酸性？碱性？还是别的物质？”由此引发学生思考，并让他们尝试解释，从而让学生利用原有知识经验暴露出科学前概念，发生思维碰撞。这时，教师引入数字化工具——PH笔，让学生发散思维进行操作，通过传感器显示的数字，清晰呈现实验现象，并让学生记录、汇总数据，从纵向与横向两个方面对数据进行分析，最终建构起“pH酸碱度小于7的物质是酸性物质，酸性物质的pH酸碱度越小，酸性越强；pH酸碱度大于7的物质是碱性物质，碱性物质的pH酸碱度越大，碱性越强；pH酸碱度等于7的物质是中性物质”这一新的科学结论。这样能够细化实验结果，也能够在操作过程中培养学生的创造性思维。

2.借助数字化工具，变革科学实验思路

数字化工具，作为一项信息技术含量极高的工具，是由多种类型的传感器以及相关的数据采集器所构成。借助对实验数据的采集，可以将实验过程中的变量数字化、可视化，同时有效简化实验操作步骤，获得深刻的实验体验感，让学生更加乐于参与小学科学实验。这样可提升学生收集信息、处理信息的能力，培养学生的综合科学素养，真正实现小学科学实验教学的巨大变革。

例如，在教学片段二中，教师借助数字化工具能够优化之前课程实验的操作步骤以及操作思路，也能够有效锻炼学生的实验操作能力，变革传统的小学科学教学思路。具体而言，即通过PH笔将实验数据可视化，让学生在操作过程当中观看到稳定、清晰、直观的实验现象，真正理解与掌握这部分的理论知识，提升自身的科学素养。

3.通过数字化工具，优化科学实验方案

在传统的小学科学实验教学过程中，实验活动器材的准备过程十分繁琐，而且受时间、空间等因素限制，无法使实验结果完全在当前的情况下得以呈现，而借助数字化工具可以改变传统实验的弊端，进一步优化实验效果。

如进行本课的教学时，笔者删除了教材上用紫甘蓝制作酸碱指示剂这一内容，直接为学生提供用榨汁机制取的紫甘蓝汁，并适时增添用PH笔检测身边常见液体的酸碱性这一环节。原因有三：一是本课的教学重点是辨别身边常见物体的酸碱性，并发现物质变化是有规律的。自制紫甘蓝汁耗时长，学生如果操作不当，还会把实验桌上弄得到处是水，严重影响对物质酸碱性的进一步探索。而使用榨汁机制取紫甘蓝汁易操作、耗时短，大大提高了课堂教学效率。二是用榨汁机制取的紫甘蓝汁中的花青素含量较高，实验时现象明显（但仍然无法检测弱酸和弱碱性液体）。三是借助数学化工具的应用来优化当前的实验方案。PH笔具有精确、智能、易于操作等优点，将其运用在教学中，既能降低实验的难度，提高实验的效率，让学生有更多的时间和精力整理、分析、交流实验现象与数据，完成对新知识的自主建构，又有利于把定性实验转化为定量实验，创新实验的方法，让学生通过操作能够“看得见”液体酸碱性，以及不同的液体酸碱性强弱是不同的。

总之，将数字化工具应用在小学科学教学中，能有效改进传统实验，促进学生高效完成实验任务，对实验结论进行深入的探究，实现提升学生科学素养的目标。