信息化环境下传统实验与数字化实验的利弊分析

◇章玲玲（江苏：南京河西外国语学校小学部）

小学科学是一门以实验探究为基础的学科，实验探究是培养学生科学精神的重要手段。但由于教材内容的综合性、开放性和灵活性，加上科学探究仪器设备的不足，以及人为的操作失误引起精确程度不高，因而存在实验效果不明显的弊端。针对这种情况，小学科学引入了数字化实验，以弥补传统实验的不足。但在使用数字化仪器进行实验的过程中，我们发现并不是所有的实验都适合使用数字化仪器，有部分实验仍要运用传统的实验方法，才能取得最佳的实验效果。不管是传统实验还是数字化实验，它们都有各自的优缺点。

一、传统实验的优势

传统实验能让学生亲自读出数据、记录数据、观察现象并分析数据，可以培养学生观察思考的能力，让学生充分理解实验的意义。

例如，实验“测量三杯水的温度”，学生可以亲自使用传统的温度计测量水温，观察温度的变化过程，亲自记录下实验数据，并比较出三杯水的温度高低。学生还可以发现组内不同的同学在测量同一杯水的温度时，往往读到的温度有偏差，从而明白，实验过程中由于人为原因而存在的误差问题。而在数字化实验过程中，学生使用温度传感器测量直接读取数据，大家测得的同一杯水的温度都是一样的，也不会发现实验会存在误差，缺少了很多重要的环节，这些都是数字化实验过程中无法体会到的。

传统实验能让学生亲自准备实验材料、组装并动手操作，能看出直观的实验现象，更好地理解科学原理，锻炼学生的动手能力。

例如，实验“固体的热胀冷缩”，数字化实验是通过加热金属棒，金属棒膨胀后力传感器受到挤压，此时，数据采集器显示压力变大的现象，从而感知金属棒加热后膨胀了。移开酒精灯，让金属棒慢慢冷却，压力会变小，从而感知金属棒收缩了。虽然数字化实验中所用的原理并不存在错误，但其忽略了此年龄段学生的认知水平。对四年级的学生来说，这样的实验方式，反而让他们更难理解热胀冷缩的现象了。而在传统实验中，我们先将铜球放入铁圈，发现刚好能通过；然后用酒精灯给铜球加热一段时间，再将铜球放入铁圈，发现铜球不能通过铁圈了；最后将铜球放入冷水中冷却后，再尝试让其通过铁圈，发现铜球又可以通过铁圈了。此实验现象极其明显，采用铜球能否通过铁圈的方式，学生一目了然，铜球不能通过铁圈，是因为铜球变大，也就是受热后膨胀了，冷却后能通过，是因为铜球又变小，也就是收缩了。学生通过这样直观的现象很容易理解固体热胀冷缩的现象。而且，在传统实验中，学生还可以亲自动手操作，亲自感受明显的实验现象。相比之下，数字化实验就显得没有必要了。

二、传统实验的弊端

部分传统实验在仪器的选择上存在弊端，无法克服外界条件的干扰，导致实验耗时长、误差大，很难达到理想的实验效果。

例如在“比较不同颜色物质的吸热性能”实验中，传统实验是选择一深一浅两种颜色的气球进行实验，将其放在太阳光下，用传统温度计来测量温度，然后每隔一段时间分别记录两种颜色气球的温度，最后分析这些数据，得出结论。就学生日常实验来看，几乎未成功过。这是因为实验数据记录涉及秒表的使用，学生难以准确地在同一时间记录两个温度计的示数；气球的选择也是导致实验失败的主要原因，什么样的形状、什么样的颜色，甚至是大小都可能会影响实验结果。或者是换一种实验材料，又会带来不同的问题。众多的实验干扰因素会让这个传统实验很难取得成功。

而数字化实验就解决了传统实验中遇到的种种无法解决的问题，大大提高了实验的成功率。数字化实验用温度传感器代替普通温度计，所测得的温度更加精确。实验采用了数据采集器实时采集数据的方法，将所测得的温度通过软件平台传输到电脑或是平板上，就可以轻松自由地搜集各个时间段的温度数据。在数字化实验中，我们用同一材质不同颜色的三根金属棒代替传统实验中屡次失败的各类材料，让我们不再为选择何种材料发愁，而且三根金属棒同时进行实验相比于传统实验中使用的两种颜色的材料，所得实验结果更具说服力。在热源问题上，传统实验采用的是太阳光照射，耗时长、效果差，而在数字化实验中，采用的是灯光照射，短短几分钟，金属棒就能迅速吸热升温，效果明显。为了解决照射不均匀的问题，数字化实验装置也是别出心裁，将金属棒置于以热源为中心的圆弧上，以保证每根金属棒被灯光均匀照射。

就数字化实验软件来说，卡通画的界面符合此年龄段学生的心理特点，能吸引学生的注意力。每根金属棒的温度实时显示在界面上，吸热性能一目了然。同时软件能将采集到的温度数据绘制成图像，这样更容易分析出不同颜色物质吸热性能的强弱。相比于传统实验，数字化实验在此实验中可行性高、数据精确、耗时短，且实验结果更可靠。

部分传统实验存在操作技术问题，观察实验现象受到限制，导致实验结果分析错误。

例如，在“探究摆的运动快慢与哪些因素有关”实验中，传统实验是用秒表计时，改变一个条件，控制其他条件不变，数出同一时间内摆动的次数。这样的方法固然可行，但是秒表的控制依旧是学生的难题，学生在数次数的时候，很难准确数出摆动的次数，稍不留神就会数错，如果条件控制得不好，还会来不及数，最终导致错误的实验结论。

本实验的数字化实验装置，采用的是光电门传感器记录摆动的次数，比起学生自己数，要精确得多。改变实验探究条件也比传统实验简便得多。此软件可以设置实验时间，到了时间自动停止实验，与人工计时相比，实验结果更加准确。每个实验进行三次，自动取平均值作为最终结果，减少实验误差。在此实验中，数字化实验弥补了传统实验的不足，让实验结果更加接近真实情况。

三、数字化实验的优势

在传统的教学设备中逐渐融入数字化的模式，将成为今后教学的必然趋势。数字化实验设备在小学科学教学中的应用,将大大提升小学科学实验教学的科学性,让数字说话,或许会对学生的实验观和价值观发生较大的改变。同时可以把学生从烦琐的数据获取和记录、公式运用和图线编辑中解放出来，使学生有更多的时间和更大的空间去思考和讨论，从而培养创造性思维和科学素养。

在实验过程中，学生使用传统的测量工具时，通常会因为操作失误而致使实验数据的精确度很低，从而造成错误的实验结论；而通过传感器测得的数据会更加精确，提高实验的成功率。有些实验，比如磁铁不同部位的磁性大小分析，传统实验不能很直观地表现出磁性的大小，但我们通过磁场传感器就能测得磁铁某个部位的磁性的具体数值，化抽象为具体，使一些不易观察到的现象能用数值或是图像的形式呈现出来，更为直观。传统实验主要是靠人工处理数据，而数字化实验可以很方便地通过实验软件直接处理数据，如绘图、制作表格、直线拟合等，省却了传统实验中的纸笔和复杂计算，为学生提供更多思考的时间。培养学生利用新技术的科学素养，传统实验并不能很好地做到这一点。

四、数字化实验的弊端

（一）为使用数字技术而使用

当前，在很多小学科学课堂教学过程中，教师仅为了迎合学生和领导的需要，以激发学生的学习兴趣为由，过于追求教学形式的创新和新颖，在教学中有动感的表现，有更加美化的图片还有更多更为强烈的色彩和动画，这样的课堂看起来非常热闹，但是学生所学习到的知识寥寥无几，也基本是在形式上对学生有吸引的作用，事实上给学生造成了诸多的干扰和误导。学生的注意力完全在花哨的多媒体上，忽视了真实的教学内容。这种华而不实的课堂，会让学生的精力耗尽，影响最后的学习效果。

（二）容易忽视学生的主体地位

学生在整个认知活动中处于主体位置，课堂教学的整个过程也是学生和教师的交流过程，教师和学生能够相互间产生影响，因而形成有助于学生学习的教学环境。在科学课堂上，使用数字资源，能给学生学习提供更多的多媒体资料，在信息的传递过程中比传统方式更有效率。但缺失的是教师不能对学生进行情感方面的教育，也不能发挥出传统教育的优势，课堂上教师和学生的沟通变少，这样就极大地阻碍了学生的发展和学生与教师之间的情感沟通。

五、客观看待数字化实验与传统实验的关系

数字化实验装备反映了当代最新科技成果。随着小学科学数字化探究实验室走进校园,教师借助信息技术给学生提供多样化的学习活动和开放的学习环境,数字化探究成了学生科学思维和创新的工具。数字化实验符合小学科学的学科特征，同时也成了学生获取、理解和应用科学知识的重要途径。

我们要以低年级小学生发展与认知特点作为出发点，结合小学生认知发展与教育特点，用新的数字化交互技术为他们构建一种趣味、娱教相结合的科学实验软件，促进和加快适合于低年级小学生学习类软件的研发进程。要为小学生提供专门化、更有针对性的数字化学习环境，激发他们学习和探索的兴趣，推动他们内在学习动力，提升数字化学习素养，最大限度消除数字化时代这把双刃剑的负面效应，从而促进学生健康学习和成长。这对于学生的数字化学习具有重要意义。

传统实验能够锻炼学生的观察能力、动手操作能力及分析思考能力，但同时也有着精度低、误差大、浪费时间等不足，而数字化实验正好弥补了传统实验的不足，但这并不意味数字化实验完全取代传统实验，小学科学实验并非全部适于数字化实验。数字化实验比较适合用在那些过程比较复杂，要采集的数据量比较多，数据处理中计算量比较大的实验，同时数字化实验系统对数据的采集、处理都是在幕后进行的，这在实际教学中可能会带来很多便利，而在教学中却是一个不足。因此，在实际的教学中，二者应互为补充，教师可根据教学的实际需要，将数字化实验和传统实验相结合，提高课堂教学效率。

六、结语

在信息爆炸的年代，信息化已经深入到了人们的方方面面。衣：电子商城的流行，让商品的流通更加扁平，让人们的选择更加广阔；食：外卖软件的普及，让大家足不出户便可享受到自己心仪的食品；住：各种租房购房App，让居住变得更加便捷；行：打车软件的流行、购票系统的普及，无论是打的还是乘坐高铁飞机，都可以通过智能终端快速解决。

教育的信息化，也逐渐普及。随着教育部发布《教育信息化2.0行动计划》，我们相信，不久的将来，教育的信息化将会更加智能，将会搭建出非常强大的教育信息化平台。教育信息化将带来教育的终身化、社会化和生活化。在科学技术日新月异的今天，一切设想都可能成为现实，让我们的教育能够真正地寓教于乐，解放教师的时间，拓宽学生的视野，让学生感受到知识的魅力。感谢科技的发展，让许多的不可能变成了可能，感谢科技的力量，让教育变得更加公平公正。■