技术不是课程身外之物

吴向东

在信息技术已经融入生活的今天，技术在课程中已经成为课程中不可或缺的一部分。特别是对于科学课程来说，由于它在观察、实验和概念形成等诸多方面的特点，这一点显得尤为突出。

一、借助网络实现跨地域观察

秋天植物叶子的变化是观察四季变化的一个典型内容，但由于不同纬度和不同地域气候，植物种类的不同，植物的叶子在秋天的变化也是不一样的。比如，江浙的秋天树叶枯黄，层林尽染，秋风扫落叶，寒潮阵阵；广州的秋天紫荆花盛开，温暖如初夏，生机盎然，黄叶要在万绿丛中去找。气候环境的不同，长期生活在这两地的学生对秋天的认识也会大不一样，只是观察本地秋天树叶的变化显然是不够的。为了使学生对秋天有准确丰富的认识，广州和江苏江阴两地的学生进行了跨地域的观察活动，即把本地最常见的植物生长变化的情况用数码相机甚至录像机拍摄下来，做成Pwoerpoint演示文稿，或直接放到网站上进行分享，并组织学生相互进行提问和交流。经过近两个月的观察和交流，甚至叶标本的邮寄互换，学生对秋天植物变化的认识极大地丰富起来，所建立的关于秋天的概念更加准确。

当然，也可以广泛收集全国各地甚至世界各地秋天植物变化的照片和视频资料呈现给学生，以丰富学生的认识。但我们通过实践发现，由于没有跨地域观察的协作互动，学生对秋天的认识深度和关于秋天植物变化的概念形态是有区别的。最好的做法是，以跨地域的协作观察为主，以观看网络资料为辅，使形成的概念既深又广。

二、借助虚拟地球观察地球实景

在科学课中有一些观察地球实景的内容，比如地球上的地形和地貌：高山、平原、盆地、峡谷、河流、火山、海沟、沙漠、冰川等。涉及这些内容时，完全可以放弃挂图和Pwoerpoint演示文稿，打开Google Earth，带领学生到地球上的任意角落去漫游，以解决传统情形下，只能借助照片、示意图和录像进行有限观察，更多地依靠学生去想象的问题。

比如学生在研究“卵石的成因”中，关于河道的上、中、下游的岩石分布的特征是必须考查的内容。我们往往只是把浓缩了河道上、中、下游岩石分布特征的示意图呈现给学生，这样的示意图虽然是概括化了的，借助照片和视频提供了一些现实的感受，但对现实场景的真实情况更多的还是需要学生去想象。通过在Google Earth或Google Maps(maps.google.com)上的卫星图像，教师可以事先找一条较典型的小河流去做现场观察。

三、借助虚拟星空天文解决教学难点

天文部分是科学教学中的难点，涉及星座的认识，日月蚀、月相、太阳和星座四季的变化、太阳系和宇宙等，每一项都涉及观测。但是因光污染、天气、观测时间等诸多因素的影响，这些观测基本上无法完成。Starry Night是最著名的三维星空虚拟软件，其真实感令许多天文爱好者爱不释手。它可以使用如Google Earth那样的软件去做三维的虚拟演示和漫游，这些难以观测的天象都可以借助它逼真地演示出来，从而在最短时间的内做完这些天象观测的活动。比如认识星座，可以显示星座连线及其相应的神话图像，可以设置观测时间和视运动的速度，还可以重现。如2008年12月1日出现的“笑脸”天象（图1）。更有意思的是，在研究日蚀时，可以借助其三维虚拟的功能，在月球向着地球的一面，观察从中间向四周淡开去的月球阴影在地球表面移动的景象，其真实感比三球仪更好（三球仪中的地球太小，并且容易受到演示时室内外光线的影响而影响月影的效果）。至于月相变化的观察，可以通过改变日期的方法，将30天的月相周期及月亮在星空中的位置快速呈现出来。即便如此，我们还是提倡生活中的真实观察，有趣的是，因为有了这样的虚拟星空软件体验，学生进行现实观察的兴致被激发出来了。

四、借助传感器实现精确测量

伽利略的精确实验开启了科学实验的大门，使得科学脱离了粗糙的博物学形态，并从哲学中彻底地独立出来。但目前科学课的实验由于受到实验条件的限制和教学方式的制约，不精确、实验条件控制不严格。传感器的引入可以使师生的实验和演示更加精确。比如研究阳光中红外线的热效应，传统的温度计往往因精度不够和反应不灵敏而很难在短时间内看出其温度的变化，如果把多个温度传感器分别放到红外和其他色光处，电脑显示屏上就可以立即出现各个传感器测量的温度和即时绘制的曲线，比较这些温度曲线，就很容易看到红外线的热效应情况了。

不仅如此，由于传感器的精确度高，如果实验条件控制不严格，屏幕上的曲线和读数就会马上出现反常，这就迫使学生不得不去思考和控制实验中的各种变量，尽可能减少误差。学生分组研究晶体的熔化特点（熔化时温度保持不变）时，有的小组由于大苏打的用量不足以使温度传感器的探头被完全放入，致使大苏打熔化时温度还是在较大幅度地上升。最后学生通过与其他组对照，终于找出了原因，改进了实验，对科学实验的实质和实证精神的体验更深刻了。

传感器实验不仅测量快速准确，更由于数据测量的结果可以直观地以曲线图的方式显示，使学生在数据的分析能力上得到了比传统实验条件下更多、更好的训练，有利于提高学生科学思考的能力。

非常遗憾的是，由于传感器一直价格居高不下，目前还很难进入中小学课堂。

五、借助传感器和虚拟实验加深或扩展探究领域

传感器和虚拟实验不仅可以为我们提供解决现有教材中重难点知识的手段，更可以扩展学生的探究领域。比如用二氧化碳传感器测量教室内二氧化碳的浓度，在密闭的瓶内测量叶因光合作用而使二氧化碳的浓度降低等，从而使学生对科学问题的探究更加深入。传感器的种类很多，不仅可以满足各个科学学科的实验需要，还可以使原来一些无法开展的实验得以开展。比如对超过100摄氏度高温的测量，可以使学生开展对不同燃烧物火焰温度的测量，声音传感器对噪声强度的测量可以使学生去研究设计隔音装置。这样学生探究活动的范围就得到了扩展。

虚拟实验更是如此。危险的化学实验可以借助虚拟实验解决，无法观测的世界可以虚拟观测，人无法到的地方可以虚拟漫游，长周期的难以完成的实验可以在极短时间内完成，更可以通过虚拟实验的数据开展定量研究。从Starry Night和Google Earth上我们已经可以看到这些端倪。虚拟实验的软件网上有很多，可以根据实际需要选择使用。但要注意的是，不要用虚拟实验代替真实实验，而应将两者结合使用，相得益彰，互补增效。

六、借助动态示意图理解概念

科学概念的掌握是建立在形象的科学表象基础之上的，科学表象是对具体的科学现象及其变化规律的进一步概括，是形象思维的基础，是科学概念的基础。进行了科学实验之后，往往需要对实验现象特别是较复杂的实验现象的变化规律进行归纳整理，从而形成科学概念。图2是凸透镜成像实验示意图，它可以把凸透镜成像的原理直观地显示出来。左边的蜡烛和中间的凸透镜的位置是可以移动的，所有的参数都可以随着蜡烛或凸透镜的移动而变化，既直观，又能很快地了解各参数间的数量关系，对于学生归纳科学概念有很好的帮助。

需要注意的是，这类软件呈现的不是虚拟实验，而是科学规律的直观的概括化的动态的图示。我们可以把它放在真实实验结束后帮助学生归纳科学概念时使用，作为真实实验的补充发挥出教学效益。

科学课程本身对各种信息技术如网络应用、虚拟实验和教学软件、传感器实验器材等的需求是越来越多、越来越大的。这些技术已经是课程教学中的一部分，如果还把技术作为科学课程或其他课程的身外物来对待，那么我们所实施的整合就只能是机械相加，而难以产生整体的效应。

(作者单位：广东广州华南师范大学附属小学)