数字化实验点亮科学课堂

长沙市天心区沙湖桥小学 黄佳妮

数字化时代已然到来，教育也要与时俱进。随着教学方式的不断创新，数字化实验逐渐被引入课堂，如何让传统教学方式与现代新兴技术在科学课堂中开出并蒂莲花，值得我们深思。

一、数字化实验让科学课堂更具说服力

数字化实验是指在小学科学课堂上运用实时测量、数据采集分析和智能控制等先进技术，将实验过程中一些不可见或者难以观察的实验现象利用信息技术来呈现。

（一）实验过程“可视化”

在传统实验中，学生动手操作并用肉眼观察现象，会受到不少客观因素的影响，导致实验结果出现偏差。

比如《声音的高与低》一课中教材实验是：学生拨动钢尺使其振动，通过观察钢尺振动的快慢（即振动频率），判断钢尺振动快慢对音调的影响。由于物体振动速度快、振动幅度小，学生很难通过肉眼直接观察到明显的实验现象。

图1 学生通过拨动钢尺探究振动频率对音调的影响

为此，我将声音传感器靠近振动物体，用波形图表示音调的变化幅度：当音调变高时，传感器振动频率变快，所呈现的波形图内的曲线变化幅度大；当音调变低时，传感器振动频率变慢，所呈现的波形图内的曲线变化幅度小。

将抽象的振动“可视化”后，学生只需观察波形图内的曲线变化便可知振动频率对音调的影响。

图2 用电脑显示音调变化幅度的波形图

（二）采集数据“智能化”

传统实验往往受时间、空间的影响较大，而数字化实验工具可以设置系统自动采样、连续采样、定时采样等多种数据采集模式，实现数据采集智能化。

比如在教《天气》一课时，教师通常采用口述或者播放视频的方式让学生了解天气的变化以及各类天气的特点，学生无法获得深刻的感知。

我借助数字化实验工具运用PBL 教学模式开展教学，让学生在不同的天气情况或者同一天的不同地点手持风力传感器、湿度传感器、PM2.5传感器等传感设备采集风力、湿度、PM2.5 等数据，分析不同天气的特点，这样不仅简化了实验过程，还提高了学生的参与度。

（三）实验测量“精准化”

数字化实验工具可以用精确的数字来呈现实验现象。在教科版小学六年级下册第二单元“物质的变化”《小苏打与白醋的变化》一课中，氧气和二氧化碳都是无色无味且肉眼不可见的气体，传统的实验是通过检测气体能否让燃烧的蜡烛熄灭或者让澄清的石灰水变浑浊来验证二氧化碳是否生成。而蜡烛燃烧所产生的二氧化碳较少，且空气中也有二氧化碳，导致实验现象不明显，无法证明氧气减少了。

图3 用点燃的蜡烛检测小苏打与白醋反应是否生成不支持燃烧的气体

借助数字化实验工具中的含氧量传感器、二氧化碳传感器及温度传感器能有效避免这些外界干扰。在实验前，我将含氧量传感器和二氧化碳传感器放入瓶中，测得瓶内氧气和二氧化碳的含量，实验后再检测一次，通过比对反应前后两种气体量的变化得出结论。

数字化实验工具将抽象的实验现象转换成具体的实验数据，帮助学生更好地理解实验原理，加强学生记忆。

图4 用传感器检测小苏打与白醋反应后瓶内气体含量的变化

图5 学生操作集成电路

二、数字化实验工具应用的意义

随着数字化实验的不断发展，数字化信息工具已经渗透课堂，小学科学实验课堂会更高效、更深入、更有趣。运用数字化实验工具可以有效拓展科学探究的领域，激发学生探究的积极性和主动性，提高课堂实验效率，给学生留出更多时间和精力思考、创新。

三、数字化实验带来新挑战

数字化实验虽然科技含量高，实验现象可视化，但也带来新挑战。

（一）器材价格高

购入一套能满足45 名学生的班级实验教学的数字化实验工具起码需15 万元，这远远高于购买传统实验器材的费用。

（二）器材损耗大

数字化实验器材都是由微小的零件、芯片和集成电路组装而成，小学生好奇心重且操作不熟练，导致材料损耗率高，维护费用高。

（三）简单问题复杂化

数字化实验操作便捷，易弱化学生的实验操作能力，教师盲目使用数字化实验工具，会降低学生的参与度。

因此，科学教师要提升对数字化实验的认知，科学地使用数字化实验工具，让数字化实验点亮科学课堂。