例谈数字化探究仪器在小学科学实验课中的应用

蒋波

[摘要]小学科学实验课堂上，大多数教师因使用传统的实验设备和器材，往往会碰到许多微小的实验现象学生难以发现、学生自主实验后整理的数据与理论上的数据存在出入、实验现象不明显或模糊不清让学生产生困惑等问题。这种情况下，许多教师常用的做法往往是将书中描述的实验现象或者相关结论告诉学生，敷衍了事。本文通过教学实践探讨这种情况下数字化探究仪器的应用方法及优势。

[关键词]小学科学实验 数字化探究仪器 传统实验设备

一、引入数字化探究仪器释疑实验争议数据

数字化探究仪器因其精密性高，稳定性强，在实验中往往起到关键性的作用。如在苏教版小学科学四年级《冷热与温度》一课，教材中有这样一个实验，连续测量一杯热水10分钟降温时的温度变化，并能发现其中的规律。A教师在课堂中使用常规的红液温度计进行实验，在教师的统一计时下（每2分钟记一次温度），学生连续测量水温，最后整理数据时发现热水降温的规律有几种，既有先快后慢的规律，也有没有规律的情况，更有均匀下降的规律。教师在面对学生实验数据时显得手足无措，匆忙中只好亮出自己的结论：热水降温规律只有一种——开始降得快后来降得慢。出现不同规律的原因是因为实验中操作的失误。学生们只好在被动中接受教师给出的结论。B老师在执教这节课时，使用了温度传感装置，并给每小组配置平板电脑配合电脑软件实时显示温度的变化。学生通过精确的温度传感装置，清晰地看到温度的变化，并得到了准确的数据，最终都得出了热水降温有先快后慢的趋势。同样的实验，B老师使用数字化探究设备，让学生对于温度细小的变化都能准确地捕捉到，从而解决了学生使用传统实验设备所产生的争议数据的问题。

再如苏教版小学科学六年级《节约能源与开发新能源》一课中，有这样一个对比实验：对比白炽灯与荧光灯哪个发光效率高。A老师这个实验中，一般会选择相同功率的两只白炽灯和荧光灯，然后在相同的条件下，让学生感觉发光的效果。实验中学生只能通过感觉去分辨，结果许多学生对哪个发光的效率更高难以判断。有的说是白炽灯，有的说是荧光灯。此时传统的实验方式已经使学生对实验结论产生了争议。而B老师在此处引入了能显示热量的数字化传感器，然后指导学生将数字化传感器分别放在白炽灯与荧光灯两侧，然后随着电源接通，电脑软件上显示着亮度值与发光辐射距离两个数值。随着时间的推移，学生看着电脑上的数据并讨论，不一会就得到了结论：荧光灯发光效率更高，因为亮度值更大，发光辐射的距离更远。同样的实验，B老师通过引入数字化的探究仪器，学生很容易的感知以前用传统仪器无法直观感受到的现象。将现象由感性的认知上升到理性的数据分析，更能激发学生的科学探究热情，培养了学生严谨的科学探究态度。

二、引入数字化探究仪器使实验效果更加明显

苏教版小学科学六年级《变色花》一课，有一个实验环节：利用紫甘蓝汁检测自己带的物品的酸碱性。A教师按照课本的要求，制作了紫甘蓝汁。学生利用紫甘蓝汁进行检测，实验中学生们能检测出部分物品的酸碱性，如白醋会看到明显的变红的现象；如小苏打也能看出让紫甘蓝变绿的现象。但对于一些如可乐、洗发水、洗洁精等就不那么容易分辨了。这时教师利用PH试纸来进行测试，但效果也不是特别的明显。学生们对身边物品的酸碱陛并没有直观的感知。B教师在这个环节中，引入了数字化PH测试仪，可以明确测出物质的酸碱性，在课堂中，学生一旦使用紫甘蓝汁和PH试纸无法测试时，教师就让他们使用数字化PH测试仪进行检测，学生很快就能发现相应的酸碱陛。课堂效率得到提高，学生也收获了成功。

使用数字化探究设备，可以帮助学生观察到难以观察到的实验现象，從而激发学生的实验探究兴趣，获得科学素养的提升。

三、引入数字化探究仪器拓展探究的多样性

苏教版小学科学四年级《小车的运动》一课，有一个实验环节：有哪些因素影响小车的运动速度？课堂中，学生通过讨论列举出几种因素如：拉力的大小、小车的载重量大小、轮子的多少，都可能会影响到小车的运动。面对这么多的假设，A教师是这样处理的，利用传统器材如秒表、线、铁圈，让学生根据自己喜欢研究的问题进行研究，结果每一小组研究的都不一样，最终结论就花样很多，看似百花齐放，其实每个小组探究的只是自己研究的一块，对其他小组研究的不甚了解，也不关注，最后反而失去了实验的初衷。B教师是这样处理的：规定学生一个因素一个因素的利用传统器材去实验去研究。由于时间关系，一节课的时间学生只能研究一个问题。教师只好将其他因素留给学生课外去探究。学生大多带着遗憾离开了课堂。而C教师则在本课中引入光电门感应设备，不采用传统的秒表记录的方式，把计算的时间交由电脑完成，自动绘制时间表。学生很快就能看到实验结果，然后能得出自己的结论。学生们兴致盎然地一个因素一个因素去探究，一节课下来，学生利用数字化感应设备完成了多种因素的探究，收到了很好的效果。

适当的引入数字化探究设备，可以在一节课的时间中，让学生经历多种科学探究。丰富学生的经历，提升学生的科学素养。

四、在普通探究设备无法完成实验时引入数字化探究仪器

苏教版小学科学四年级《加热与冷却》一课，有这样的探究环节：探究固体的热胀冷缩现象。A教师选择铜球和一个铁环的实验装置，期待的实验效果是：把铜球加热后发现不能穿过铁环，冷却后铜球就可以穿过铁环。实际教学效果却是：不管学生加热多久，总是有几个小组的铜球可以穿过铁环。接着冷却后，也有几个小组的铜球无法穿过铁环。学生们的意见不一，教师只好告诉学生们这些器材质量不好，事实是固体有热胀冷缩的特性。而B老师则采用一套固体热胀冷缩感应设备，然后对铜丝进行加热，设备上很明显地显示出铜丝的粗细变化，加热时铜丝的直径在不停地变化，数据直观地显示出来，接着再将铜丝放入冷水中，铜丝的直径也在不停地变化。学生们在此过程中感受到了固体的热胀冷缩现象。

综上所述，在小学科学实验过程中，当使用传统设备无法帮助我们更好地进行实验观察的情况下，使用数字化探究设备可以帮助我们更仔细地观察到现象，得到正确的结论。