数字化实验在小学科学教学中的优势分析及探讨

【摘要】文章首先阐述了在小学科学教学中开展数字化实验的必要性，以及数字化实验的优势，然后主要就数字化实验在小学科学教学中的实际应用，提出了部分探讨性建议。

【关键词】数字化；实验；科学；教学

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称新课标）对观察和实验教学提出了明确要求，指出要“以探究实践为主要方式开展教学活动”，引导学生发现问题、提出假设、制定计划，并通过实验观察过程与结果，分析得出最终结论。在如今的信息化时代下，为了落实新课标教学要求，提高实验教学的成效，应将数字化实验在小学科学教学中的应用作为一项关键课题，积极加强研究、探讨与实践。

一、在小学科学教学中开展数字化实验的必要性

1.顺应时代发展趋势

我国针对各个学科提出了相应的核心素养，它们是学生在学科学习过程当中，必须要形成的素质、掌握的能力。就科学学科来讲，其学科核心内容主要包括了四个方面，第一是对待科学在学习、理解和应用上，所表现出来的兴趣、动力和正确行为规范；第二是崇尚真理，不仅能够掌握、应用科学知识及科学方法，同时能够肯定任何与尊重科学研究成果；第三是客观、理性的思维，能够以科学的眼光来看待这个世界中的所有事物，尊重事实及科学依据；第四是勇于探究，能够对存在的疑问、不解，采取正确、科学的方式进行探索、研究，通过假设、逻辑推理、实验、观察、总结等一系列实践方法，得出结论、检验求证。对学生上述这些核心素养的培养，无一例外都需要不同程度地依赖于实验教学的开展，否则科学教学就会成为“知识灌输”的课堂，对学生发展并无益处[1]。随着信息化时代的到来，包括教育、教学在内的各个行业领域都在朝向数字化的方向转型，学生的认知习惯、认知方式也出现了一定的变化。在这样的情况下，教师有必要将数字化技术应用到实验教学中来，开展数字化实验，以顺应时代发展趋势，迎合学生认知的转变。

2.落实教育改革要求

信息化是我国教育改革的一个重要方向，2018年4月13日，教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》，要求加深信息化技术在各学科教学中的深入、有机运用，构建全新的智能化、数字化教学体系，将信息化技术与课堂教学全面的整合起来，通过信息化技术丰富教学的方式、方法，达到提高教学效率与质量的目的[2]。因此，在“教育信息化2.0行动计划”下，教师应树立起全新的教育观点和理念，熟练掌握信息化教学技术能力，将基于信息化技术的数字化实验有效地应用到科学教学中来，这样才能更好地落实教育改革要求，推动我国教育现代化、信息化转型。

3.提高实验教学成效

实验是小学科学教学的一个重要环节，它能够展现、验证抽象的科学知识，通过直观、客观的科学现象，加快、加深学生对科学知识的理解、吸收。同时，实验也是小学科学教学的一项重要内容，学生在实验教学中通过观察、参与和实践操作，其观察、质疑、思考与动手解决问题的能力，都可以得到显著的提升[3]。但在传统教学条件下，实验教学的开展限制较大，难以取得理想的教学成效。通过数字化实验的应用，得益于其技术优势，可以解决传统实验教学面临的难题，提高科学实验教学的成效。

二、数字化实验在小学科学教学中的优势

1.强化科学教学的趣味性

科学教学必然涉及科学知识，而科学知识对于小学生来讲，又会显得较为枯燥、无聊，难以让他们产生浓厚的学习兴趣。虽然通过开展传统的实验教学也能够降低科学知识的枯燥感、无聊感，但效果较为有限，依然不能充分激发出学生的科学学习兴趣和动力。与传统的实验教学方式相比较，数字化实验具有新颖的展示方式，各种屏幕、显示器，可以使实验看起来更加具有吸引力，更符合当前小学生的认知习惯、认知倾向[4]。再加上其丰富的互动功能，能够大大强化科学教学的趣味性，激发出学生强烈的学习兴趣，让学生在兴趣的驱使下，以充沛的动力积极、主动地参与到科学学习中来。

2.降低科学教学的抽象性

除了枯燥、无聊之外，科学知识会带给学生的另一个主观感受是抽象，甚至可能与他们日常积累到的生活经验截然相反（如光的颜色）。这就会给倾向于直观思维、形象思维的小学生带来不小的学习难度，阻碍他们对科学知识的学习和理解、吸收。通过实验教学，能够使抽象的科学知识具象化，便于学生学习。传统的实验教学方式在观察上可能多有不便，学生不一定能够真正细致地观察到实验操作、科学现象，这反而会加深学生的疑惑。而数字化实验则能够为学生的实验观察创造更好的条件，如可以放大、回放、快放、多角度播放实验细节，并将实验过程当中涉及的科学概念、科学知识，同步到实验画面上，最大限度降低科学教学的抽象性。

3.增强科学教学的便捷性

由于科学教学不只是单纯的知识教学，所以需要进行更多的教学准备，教学过程当中还会涉及很多的开放性、探究性活动，这就会给教师带来不小的教学压力，甚至影响正常的教学进度。科学实验教学的情况更是如此，如教师需要准备实验器材、进行实验操作、指导学生进行实验等，这都需要消耗大量的时间和精力[5]。将数字化实验应用到科学教学中，可以很好地改善这样的情况，因为通过计算机、平板电脑、希沃白板、三个助手、DIS数字化实验系统等工具，教师可以轻松地为学生完成实验演示，不需要重复地做准备、清理等方面的工作，还可以更加规范地维持课堂秩序，增强科学教学的便捷性，保证高效的教学进度。

三、数字化实验在小学科学教学中的应用

1.应用数字化实验为学生进行科学教学导入

如上文所提到的，单纯的科学知识容易让小学生感到枯燥、无聊，在这样的心理状态下，学生很难产生学习科学的主观兴趣和动力，从而影响到整堂课的教学成效。为了改变这样的情况，教师可以应用数字化实验为学生进行科学教学导入，以此吸引学生的注意力，激发学生的科学学习兴趣和探究欲，让学生能够积极、主动参与到教学中来，保证课堂教学成效。

如在进行显微镜观察“洋葱表皮”载玻片教学中，如果教师按照传统的教学方法，一开课就平铺直叙、按图索骥式地对学生展开教学，必然难以激发学生学习兴趣和动力，可能导致整堂课都沉闷、没有活力。而有了数字化实验的帮助，教师可以设计出一个显微镜观察实验，提前准备好数字化显微镜和若干的细胞标本，开课后先为学生展示看起来平平无奇的标本，然后再将标本置于数字化显微镜下，将数字化显微镜的图像投射到大屏幕上。通过调节数字化显微镜放大倍数，让学生逐步看到标本在微观下的状态。这样一来，学生的注意力就会立即集中到实验身上，并让他们感受到微观世界的奇妙，产生进一步的学习兴趣和动力，积极、主动地配合课堂教学开展，保证课堂教学成效。

2.应用数字化实验为学生详细讲解实验方法

在小学科学实验教学中，如何指导学生正确进行实验操作，一直以来都是不小的教学难题。为了解决这一教学难题，教师可以应用数字化实验为学生详细讲解实验方法，确保每一个学生都可以掌握正确的实验方法。

如在“使小电珠发光”的实验教学中，教师可以先用希沃白板，通过其内置的各种电路科学实验组件，为学生展示应当如何进行电路连接，以确保灯泡可以安全、正常的照亮。其间，教师还可以故意试错，进行错误的线路和器件连接，让学生看到错误的连接和安装方式，并不能让灯泡照亮。紧接着，教师可以提前从多角度录制实验操作过程视频，然后在教学中为学生播放视频，通过对视频不同角度的调整，以及对画面的放大、慢放等控制，让学生真正详细地掌握实验方法，保证学生能够正确地完成实验操作。

3.应用数字化实验为学生大量展示实验细节

传统的实验教学虽然能够达到用实验为学生验证科学知识的目的，但是其中的一些细节依然不能被学生所观察到，针对这样的问题，教师可以通过对数字化实验的应用，来为学生展示更加丰富的实验细节。

如在使用三棱镜进行“光的折射”科学知识教学中，教师可以设计一个“光的颜色”的实验，为学生展示光究竟是由哪些颜色组成的，以及三棱镜的作用。这个实验较为简单，只要有自然的太阳光线与三棱镜，即可将太阳光分解成为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各种色彩，不过学生却不能观察到光被分解的细节。这个时候，教师就可以利用数字化实验，通过计算机、平板电脑等，为学生模拟光穿过三棱镜时被分解的过程和状态细节，使实验过程变得更为形象。

4.应用数字化实验为学生直观讲解科学知识

让学生能够正确理解科学概念、科学知识，是科学教学必须要达到的目标之一。不过有的科学概念、科学知识不仅抽象，甚至还是无形的，这显然就不利于学生的学习、理解。为此，教师可以通过对数字化实验的应用，来为学生直观地讲解科学知识。

如在有关“运动与摩擦力”的教学中，为了让学生能够真正“看到”和理解摩擦力，教师可以采用DIS数字化实验系统来对学生进行实验教学。首先将力传感器接入数据采集器，并与摩擦力实验器相连，然后选择不同重量的滑块，打开摩擦力实验器电动机电源开关，使滑块下底板在电动机的牵引下由静止状态变为匀速运动状态。最后再带领学生一同观看DIS数字化实验系记录下来的摩擦力数据图，让学生可以基于摩擦力数据图，直观地意识到摩擦力是真实存在的，并通过滑块重量及摩擦力数据图的变化，发现物体运动所受摩擦力的大小与其自身重量是存在关系的，滑块重量越大，摩擦力也越大。

5.应用数字化实验为学生加速展现实验过程

在小学科学实验教学中，有些实验的过程是相当漫长的，无法在短时间内完成实验和观察，但其中所涉及的科学知识又较为重要，是学生必须要学习、掌握的，这就形成了一个不小的教学难题和矛盾。为此，教师可以应用数字化实验为学生加速展现实验过程，保证学生能够在有限的课堂教学时间内，观察到整个实验过程。

如在“种子发芽”的实验教学中，让学生完成实验教学显然是不现实的，然而让学生观察到种子发芽的过程，又对于他们的学习至关重要。为此，教师可以采用延时摄影的方式，将种子发芽的实验过程记录下来。这样一来，种子从下播到发芽的整个过程，就可以被压缩到几分钟的时间之内，而且不会遗漏重要细节，使学生能够真正动态地观察到种子发芽的全貌。这样的实验教学方法，在植物的生长变化等内容的教学中，也是高度适用的。

四、结语

将数字化实验应用于小学科学教学，既具有高度的必要性，又具有突出的优势，作为教师应加强相关的教学探索。实践中，应基于小学科学教学内容，合理、有机地引入数字化实验，借助其技术优势，提高实验教学的成效，让学生能够更加直观、轻松、有序地进行科学学习，实现更好地成长与发展。

【参考文献】

[1]杜云，刘勇.指向科学素养培养的小学科学实验教学实践[J].华夏教师，2023（26）.

[2]尤春来.数字化实验设备在小学科学探究中的应用解析[J].中小学信息技术教育，2022（11）.

[3]赵伟新.小学科学教学数字化：基本特征与实践推进[J].上海课程教学研究，2022（09）.

[4]潘时军.数字化教学手段在科学课堂教学中的运用方法探究[J].考试周刊，2021（60）.

[5]陈小卫.数字化工具在科学实验教学中应用的案例研究[J].小学教学参考，2021（09）.