U-S合作模式下数字化探究仪器在教学中的应用

◇林 丽（江苏：常州市新北区河海实验小学）

《小学科学课程标准》提到，科学课要积极倡导让学生亲身经历以探究为主的学习活动，培养他们的好奇心和探究欲，发展他们对科学本质的理解，使他们学会探究解决问题的策略，为他们终身的学习和生活打好基础。而数字化实验教学，可以有效激发学生的探究兴趣，让学生经历探究科学的过程，从而培养其探究科学的思维，学会探究的方法。随着科技的进步，数字化探究仪器在学生探究性学习过程中发挥着越来越大的作用。

一、数字化探究仪器与U-S 合作模式概述分析

（一）数字化探究仪器

数字化探究仪器是一类新型实验系统，主要由传感器、数据采集器、计算机及实验软件包（专用软件、通用软件）等构成。传感器是系统的核心，可以测量pH 酸碱度、光强度、氧气含量等各种数据。而数据采集器则是数字化实验的“显示器”，它能够直接显示各种测量数据，以数字的形式最直观地呈现给实验者，也可以显示绘制数据趋势曲线，还可以对实验设置进行保存，生成实验模板，并对实验结果进行保存。

（二）U-S合作模式

U-S 合作模式，即大学和小学在共享的合作理念指导下，通过建立一定的合作机制履行自身角色并进行互动的基本样式。U-S 合作中的“U”是“univer‐sity”的简称，特指大学；“S”是“school”的简称，特指小学。因此，本文中的U-S合作模式是指大学与小学在科学资源共享的合作理念指导下，建构多元化合作平台，以学生发展为本，以科学实验为起点，充分利用大学的人力资源、智力资源、场地资源及相关科学技术资源，引导小学生进行科学实验，提升科学素养，进而改革学校课程。在此过程中，双方相互配合、相互支持，为实现建立新科学实验体系和培养学生科学素养的目标而进行合作。

二、数字化探究仪器在小学科学教学中的应用

数字化探究仪器及技术作为现代科学技术手段，已经与实验教学紧密结合。数字化仪器装备与小学科学探究性实验的有机结合，不仅可以让实验过程可视化、数据化，有效减少实验误差，增强实验的严谨性，而且更加高效化、科学化，可以大幅度提高课堂效率，提高学生学习科学的兴趣，增强学生学习科学的主动性。这也体现了现代教育以学生为本、以学生为主体的教育理念。

例如，在《蜡烛燃烧过程的变化》一课中，我们通过数字化传感技术，将二氧化碳传感器、相对湿度传感器和氧气传感器等综合应用，能够快速测得确切实时的数据，这些数据可以通过“显示器”，以数据、图表或曲线表的形式动态实时地呈现给学生，让他们直观理性地认识到蜡烛燃烧过程中确实包含不易看到、不易捕捉到的两种气体及水蒸气的变化。数字化实验不仅拓宽了学生选择科学探究工具的视野，也使他们进一步感受了现代信息技术对科学探究的重要影响。

三、数字化探究仪器在小学科学应用中存在的问题

当前，数字化仪器设备及技术在小学科学教学中的应用还处于探索发展阶段，因此在全国范围普及数字化探究仪器探究教学还存在很多问题。

首先，数字化实验仪器经费投入较大。目前全国大部分小学，尤其是广大农村小学还没有相关经费投入购买数字化仪器，制约了数字化实验的研究和在教学中的普及应用。其次，数字化实验在小学科学课堂的使用率不高。我们开展数字化实验更多是在课外兴趣小组或社团活动，在课堂的应用率还不高。这需要数字化实验器材与传统实验器材互补，将数字化实验和传统实验相结合融入小学科学课堂中进行教学，开发更多符合小学生的数字化探究实验。最后，小学数字化实验教材、课例、设计等教学资源还严重不足。当数字化实验进入小学课堂时，我们利用网络、报刊去搜索数字化实验方面的资源还比较少。因此我们在推行课改、铺开数字化实验的同时，要注意积累经验、整理资源、构建数字化实验精品资源库。

四、数字化探究仪器在小学科学应用的解决方法

首先，通过U-S 合作模式，借用仪器设备，加强人才培养。大学提供可靠的教研技术支持以及数字化探究仪器设备，加大数字化探究仪器及技术的开发，老师密切联系教材及教学目标，充分发掘教学过程中数字化实验仪器及技术的使用潜能，发现、开发能够切实提高教学效果的产品。

从理论上来说，U-S 合作模式下的科学实验新体系，能够丰富科学实验的相关理论。从实践上来看，第一，U-S 合作模式有利于操作性地指导老师如何更好地落实科学实验；第二，通过U-S 合作模式对科学实验的落实、推进，能够培养学生科学实践能力，培育学生科学创新精神，促进学生科学素养的提升；第三，U-S 合作模式的实践能够培育学校的品牌特色。学校长期秉持U-S 合作的理念，不断探究满足学生科学学习需求的教育理念，是学校育人理念的进一步彰显，有利于培育学校的品牌特色。

建立科学实验新体系，帮助学生提升科学素养。多维构建U-S 合作模式下的科学实验新体系，并在该体系框架下，开展科学实验活动，让学生能够真正走进大学实验室，利用大学专业化、多元化的科学教育资源，像科学家一样进行科学实验，提高科学素养。

在新体系的基础上，探索U-S 合作模式下小学科学实验的实践路径、方法策略，提高老师教学指导能力，促进科学实验的有效开展。

开展U-S 合作模式下科学新体系的实践路径探索，并以此建设学校的品牌特色。

其次，做好教学设计。数字化实验设备不是课堂的主角，而是绝对的配角。老师在充分发挥数字化实验优势的同时，要做好教学设计，培养学生对实验数据的分析力度，发现规律，获得对科学概念深入有效的理解，从而促进学生的思维发展。

在小学科学探究教学中引入数字化探究仪器，能够提高实验可视化程度，拓展实验探究范畴，为学生提供更加真实的实验探究环境，从而拓宽学生的实验视野，激发学生的兴趣，更有利于学生的探究性学习及小学科学教学。数字化探究仪器在小学科学中的应用优势明显，但也存在因投入不足导致设备不完善，实验课程偏少而资源利用率不高，数字化实验教材、课例、设计等教学资源不足的实际问题。通过U-S 合作模式，可以有效整合多方资源，充分发挥数字化探究仪器在小学科学的实际作用，只有这样才能让小学科学课真正发挥其积极作用。