数字化实验教学在小学科学实验探究中的应用

尤志津

小学科学是一门以培养学生科学素养为宗旨的学科，在数字化时代，小学科学的数字化学习将表现出怎样的特征，呈现出何种魅力是值得我们思考和实践的重点。

数字化实验系统能够直接将测得的物理量以数据表格、坐标图像等形式呈现，具有可视性、直观性的特点，配合手持分析仪使用还具有户外拓展性。下面主要以案例形式探讨数字化实验在小学科学实验探究中的应用。

一、数字化实验使实验数据更准确

在小学科学教学中，传统实验的数据采集不可避免地受到很多外在因素的干扰，导致测不准。数字化探究仪器利用简单的数字化技术与实验教学相结合，可以将数据集的时间大大缩短，能快速、准确、实时地采集数据，让学生将更多的时间用到分析实验数据，得出实验结论中去，提高实验本身的精确度和可信度，使实验数据更准确。

案例一：探究一杯热水变凉的规律

在苏教版小学科学四年级《冷热与温度》一课中，连续测量一杯热水10分钟温度的变化，绘制图像，探讨温度变化的规律。

传统的实验：学生在教师的统一计时下（每2分钟记录一次温度），学生使用温度计连续测量水温，由于学生读取温度计不及时，最后整理数据时发现热水降温的规律有几种：（1）有的呈现先快后慢的规律；（2）有的呈现均匀下降的规律；（3）甚至有的出现了时快时慢的无规律现象。教师这时只能告诉学生.热水降温规律只有一种：先快后慢。

在数字化实验课堂上，使用了温度传感装置，给每个小组在实验探究室中配备电脑（或平板电脑），安装数字化实验所需的专用软件，可以实时显示温度的变化（也可以记录下2分钟时的瞬时温度）。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来绘制图像，最终都能得出热水降温呈现先快后慢的规律。

二、数字化实验使实验效果更明显

数字化仪器在小学科学实验中的应用，轻松地采集到了丰富的实验数据，克服了传统实验仪器的局限，实现了学生的认识由感性向理性的飞跃。数字化设备在小学科学实验探究中的应用，可以让学生观察到传统实验教学仪器无法观察到的真实实验现象、实验过程、探究对象，有利于学生建立对实验的感性认识，从而激发学生的实验探究兴趣，利于学生科学素养的提升。

案例二：利用紫甘蓝水检测物品的酸碱性

在苏教版小学科学六年级《变色花》一课中，利用紫甘蓝水检测物品的酸碱性。学生利用紫甘蓝水进行检测，实验中学生们能检测出部分物品的酸碱性，白醋会看到明显的变红的现象，而小苏打能看出让紫甘蓝变绿的现象。但对于一些如洗衣液、沐浴露、洗涤精等生活中的常用物品不易分辨。利用广泛PH试纸来进行测试，但效果也不是特别的明显。学生们对很多身边物品的酸碱性并没有直观的感知。利用PH传感器进行数字化实验，可以直接测出物质的pH酸碱度，从而判定物质的酸碱性。在课后，学生有的利用PH传感器对生活中其他物质（如水果蔬菜等）的PH进行测量，判定酸碱性，并比较不同物质酸碱性的强弱。

三、数字化拓展实验使实验形式多样化

科学的学习要以探究为核心，细看小学生所开展的科学实验，其实基本都属于以探究为形式的验证性实验。真正的探究性实验非常少， 是原因小学生现有的水平不太可能有探究性实验，还有小学生所用的实验器材相对比较落后。全新的实验仪器来采集数据，根据可见的数字做实验分析，这样才能从重视知识传授的验证性实验向重视培养学生科学素养的探究性实验转变。

案例三：探究影响摆快慢的因素

在苏教版小学科学四年级《摆》一课中，在探究影响摆快慢因素的实验中，学生对计时和松开摆锤不能同步，常常会出现与实验结论相悖的结果。往往对于错误的结果会再进行实验，虽然最终同样获取了结果，但在课堂上浪费了大量的时间。在利用力学传感器（限于条件，没有专用传感器）完成该实验时，可以无视摆锤松开的时间，只需要在实验结束后对15s的图像进行分析就可以了，使实验的难度大大降低，结果的准确性却大大增加。

四、数字化探究仪器可以弥补普通实验设备的不足

小学科学课上，大多数教师因使用传统的实验器材，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。数字化探究实验在更新测量、分析工具的同时，显著地提升了实验数据的质量，有利于学生构建正确的科学知识。

案例四：案例四：探究固体的热胀冷缩

在苏教版小学科学四年级《加热与冷却》一课中，探究固体的热胀冷缩现象。选择铜球和一个铁環的实验装置，期待的实验效果是：铜球加热前可以穿过铁环，加热后发现不能穿过铁环，冷却后铜球又可以穿过铁环。但实际实验结果却是：不管学生加热多久，总是有几个小组的铜球可以穿过铁环，也有几个小组的铜球不能穿过铁环。学生们的意见不一，教师只能告诉学生们这些器材设计规格不是特别精密，实验中存在一些误差。

数字化实验采用一套固体热胀冷缩感应设备，然后对铜丝进行加热，屏幕上很明显地呈现出铜丝的粗细变化，数据直观地显示出来，再将铜丝放入冷水中，铜丝的直径也不断地变化。学生们在此过程中直观感受到了固体的热胀冷缩现象。

五、结语

在设计数字化实验时实验原理、方法要科学，实验要符合小学科学教学规律，遵循小学生的认知特点，避免使实验复杂化，这样才能提高学生的学习兴趣；数字化实验实验设计应该围绕实验教学的目标，针对教材中的重难点，不能因为要刻意使用数字化实验设备而改变探究实验活动的主旨；要正确地认识数字化实验和传统实验之间的关系，实验的设计要能够使学生更易于接受，使得数字化实验更直观。

总之，在信息化实验教学的大环境中，教师要充分利用数字化优势，巧妙地将数字化实验设备参与到小学科学实验教学中，发挥其优势作用，体现其独特价值，小学科学实验将更“科学”。

【作者单位：句容市华阳实验小学 江苏】