小学科学课中传统实验教学转化为智慧实验教学的研究分析

范宏荣

智慧课堂是在教育信息化2.0背景下诞生出来的一种全新课程模式，强调教师以信息技术为支撑，通过微课教学、翻转课堂等模式来为学生进行授课。在这一过程中不仅学生能够更加直观地接收知识，教师还可以借助信息技术优势，通过评价反馈、资源推送、成果整理以及数据分析等相关技术手段，来创造课堂更为丰富的附加值，从而整体提高了课堂教学质量。将智慧课堂融入小学科学实验教学中，教师能够为学生创建开放式的学习平台，引导学生根据自身需求来设计并操作实验，最终完成实验成果转化，能够有效体现学科特色，全面培养学生的自主探究能力。为此，教师需要正确理解智慧课堂的应用内涵，并深入分析传统实验教学中存在的不足，为学生打造更为智能的实验空间。

一、传统科学实验教学中存在的弊端

（一）时间和空间不足，易受材料限制

实验是学生对课堂理论内容进行初步了解之后，通过实践操作来进行知识验证的环节。因此，在传统实验教学中，课堂本身极易受时间和空间限制，教师不仅要保证学生充分理解知识，同时还需要留出充裕的实验时间。除此之外，小学阶段接触的实验内容虽然相对基础，但是却也需要拥有大量的材料和设备作为支撑，对一部分经费较为紧张的学校产生了一定压力，甚至难以满足学生操作需求。如此一来便导致当前大部分学校的科学实验教学都不尽如人意，并且难以将学生的创意转化成具体的实验成果。

（二）存在局限性，课程资源不足

实验是学生探索生活的重要途径，也是学生认知并了解事物的有效方法之一。在小学阶段开展实验教学，并不单纯局限于引导学生掌握科学知识，同时也是希望通过实验的方式来帮助学生感悟学科思想，使其能够利用有效手段解决生活中的问题。但就以往的教学成果来看，教师开展实验教学的主要范围通常都集中在课内层面，同时实验开展的目的也往往局限于达成教材知识目标，并没有引导学生正确理解实验思想，也没有通过实验来开阔学生视野，引领学生了解更多的事物原理。为此，教师需要进一步拓展课程资源，为学生引入更加丰富的实验内容，从而促进实验教学的升级转型。

（三）缺乏效率性，学生理解困难

在实验教学过程中，存在一部分内容较为复杂，同时操作流程又相对繁琐的实验。而小学生由于思维水平与操作能力不足，在进行实验操作的过程中常常会遭遇各种障碍，如此一来便进一步增加了实验教学中的不可控因素，使教师难以有效把握教学节奏。针对这一现象，教师要做的不仅是简化实验流程，同时还需要寻求更为高效的教学手段，帮助学生理解实验目的、操作细节以及技术要点，如此才能够促使学生顺利完成实验项目，并通过对实验过程的梳理总结，来获得具体的知识经验与方法技能，以此全面提高小学科学实验教学质量。

（四）忽视主体性，学生被动学习

实验并非学生跟随教师演示盲目进行操作，而是要求学生理解每一个步骤之间的逻辑关系，并能够主动在实验过程中发现问题、解决问题，从而保证学生在实验项目中的收益达到最大化。当前教师在开展实验教学的过程中，常常忽略了学生的主体地位，甚至个别教师为了保证对教学时间的合理运用，还会剥夺学生的操作权利，通过单方面的操作演示，来帮助学生了解实验内容。如此不仅导致教学质量受到严重影响，同时也不利于培养小学生的问题意识、探究意识以及创作意识，使其无法将“实验”这一学习方法应用于现实生活中。

二、小学科学课中传统实验教学转化为智慧实验教学的关键途径

（一）加强平台建设，开展线上教学

加强平台建设是开展智慧实验教学的重要环节，教师需要根据学校的实际情况以及实验教学需求，来选择对应的线上教学软件，随后通过不断完善系统的功能配置，来为学生打造“虚拟实验空间”，使学生不仅能够通过线上平台了解实验知识，同时也确保教师能够在这一过程中开发课件、采集数据、管理档案以及开展线上教学，从而学生打造更为智能的实验学习空间。

以“学正宝”线上学习软件为例，该软件分为学生端与教师端两个接口。其中学生端结构包含自主学、随堂学、辅导学以及课堂学等四个模块，能够支持学生进行课前预习或课后拓展，并在课中引导学生跟随教师计划系统了解相关知识；而教师端则包含了教学管理、作业管理、学情分析、师生互动等多项功能，主要目的是方便教师进行课件制作，同时更加精准地掌握班级学情，以便于能够高效开展实验教学，如图1所示。

圖1  智慧实验平台的功能配置

借助平台强大的教学功能，教师可以展开线上教学，引导学生在课前或课后自主对实验项目进行了解，并借助家庭中丰富的生活材料来开展一些简单的实验活动。如此一来不仅极大缓解了学校的资源压力，同时也有效解除了教学时空间限制，使教师能够随时随地为学生开展实验教学，如图2所示。

图2  电路实验线上教学演示

（二）实施档案管理，丰富课程资源

“智慧实验课堂”要求具备强大的资源整合能力，使教师不仅能够完整记录学生的课堂学习情况，同时还可以详细记录不同实验的设计方案，以及教师在课堂中诞生出的创新想法等。通过对这部分内容进行整合，教师一方面可以不断扩充学校的课程资源储备，另一方面也可以借助平台与其他地区学校的教师进行交流，使得教师关于实验内容的一些设想能够得到不断完善，从而有效开发出更加丰富的实验内容。

例如，教师可以将学校的“智慧实验平台”与教育资源公共服务网站之间进行对接，使其他教师也能够浏览学校的一些特色实验项目，并借助平台的“大众点评”功能来给出评价及相关建议，从而为实验内容的持续改进提供群体智慧。在此基础上，教师也可以参考其他教师的实验设计方案，从中选择符合当前教学特点的内容进行改进、完善、保存，并将其作为实验素材引入到课堂之中，帮助学生接触更加丰富的实验学习内容。通过这样的方式，教师可以不断丰富学校的实验课程资源，同时根据学生的实际需求来打造针对性的实验项目。不仅有效提高了实验教学质量，同时也能够保证学生通过“智慧实验平台”了解到更加丰富的科学知识。

（三）采用数据技术，精准诊断学情

“数据分析”是智慧实验课堂的另一特征，通过对班级学生展开数据诊断，教师可以更加精准地了解学生的学习需求，并根据数据分析结果来针对性地调整教学计划。教师可以合理剔除一些不必要的基础讲解环节，集中针对实验的重难点环节进行操作演示，以此确保学生能够更为完整地了解实验知识，同时顺利完成实验操作任务。

例如，在课前环节，教师可以使用PPT演示课件将完整的实验操作流程分享给学生，引导学生进行课前自主预习。在这一过程中，智慧实验平台会自动采集学生的浏览数据，包括学生对某一环节实验操作的暂停、回放、重播次数，教师可以通过数据统计学生的平均观看时长以及点击量等内容，由此分析学生对实验的哪些细节存在理解障碍，并在课堂中进行更为清晰的演示说明。同时为学生介绍具体的实验目的，确保学生能够更加完整地掌握实验操作要求。除此之外，教师还可以通过记录学生的实验成果、提问内容以及错题情况等信息内容，自动分析学生当前的整体情况，以及在学习中讨论最多的话题，如图3所示。然后以此为基础为学生设置专项实验项目，确保能够通过实验教学来满足学生更多需求，并整体强化学生的学习能力。

图3  学生作业分析数据

（四）提出生活话题，自主设计实验

传统教育模式下，学生开展实验学习具有明显的被动性特征，无论是实验环节的设计，还是实验材料的选择，都只能够根据教师要求来进行。在智慧实验平台背景下，教师则可以通过在“公共发言”板块设置相关的生活话题来引导学生自主发现问题，并深入参与到整个实验流程的设计当中。如在教学“运动与摩擦力”一课的过程中，教师可以在课后要求学生思考“同样一种材料，受到的摩擦力会发生改变吗？”以此为基础引导学生联系课堂学习经验，自主展开实验设计来验证这一问题。不仅能够培养学生的问题意识，同时也能够帮助学生逐渐把握实验特质，进一步提高学生的实验学习能力。

在此基础上，教师还可以根据学校的实际情况，选择在智慧实验平台中加载音响系统、平板电脑、录播系统、交互式电子白板、蓝牙链接、红外追踪器、智能传感器、NFC贴片以及AR和VR设备等，为学生提供更为强大的设备支持，使他们不仅能够简化实验流程，同时也可以在虚拟环境下获得更加丰富的实验学习机会。

三、智慧实验教学在小学科学课程中的具体应用

（一）创设丰富情境，激发学习兴趣

兴趣在学生开展实验学习的过程中起关键作用，不仅能够引发学生对事物的探索欲望，同时也能够促使学生主动了解更加丰富的科学原理，能够奠定课堂教学的良好基础。然而小学生的综合能力薄弱，并且知识水平有限，往往难以完成一些复杂的实验内容，故而无法全面感知科学实验的魅力所在。为此，小学科学教师可以借助智慧实验平台，在虚拟场景下为学生呈现一些精彩的实验，以此激发学生的操作欲望，并使其能够展开实验探究。

例如，在“认识飞行器”这一课的教学活动中，教师可以引入国内外的一些航模比赛、航模设计视频，引导学生通过这些内容了解飞行器的科学原理。还可以通过VR眼镜，将学生代入航空模型的飞行视角当中，感受“虚拟飞行”带來的刺激体验。以此来充分激发学生的探究欲望，使其能够根据教师的指引，使用简易材料来制作一架“飞行器模型”，并在课后能够展开进一步探索。

（二）引入智能系统，进行实验辅助

科学实验不仅要求学生掌握正确的操作步骤，同时还需要学生进行精确的计算以及测量，如此才能够有效揭示事物的科学原理。然而小学生操作能力有限，在实验过程中经常会出现各种疏漏，使学生丧失信心。为此，教师可以借助一定的智能设备来帮助学生简化操作，使其能够顺利完成实验，并获得更为理想的实验效果。

例如，在“运动和摩擦力”一课中，教师可以在平台中连接智能传感器系统，将力学传感仪与学生需要进行实验的物品进行对接，然后将物体分别放置在木板、毛巾、玻璃面上进行拉动。如此一来，随着学生向后拖拽物体，力学传感器中便会自动显示出物体受到的拉力数值，并自动以数据图表的方式呈现出来，如图4所示。通过这样的方式，学生不仅能够获得更加精确的实验数值，同时还能够通过改变实验物体的重量、形状等相关参数，来探索摩擦力产生的更多影响因素，从而确保学生能够通过实验对“摩擦力”知识形成更为完整的认知。

图4  智能实验辅助系统

（三）加强数据管理，整理学习资料

实验的目的是帮助学生验证知识，并解决自身在学习过程中存在的问题，以便于能够对学生今后的学习产生启发。因此，对于学生来说，实验记录同样也是一份珍贵的学习资料，能够在学生今后复习与探究的过程中起到重要的参考作用。为此，教师应要求学生加强实验总结，以便于加强自身的知识积累，并获得更为理想的学习效果。

通过智慧实验平台，教师可以帮助学生自主申请个人专属账号。同时在每次进行实验的过程中，不仅能够由平台自动记录整理学生的实验数据，还可以将学生的实验图片、视频以及心得保存下来，形成完整的个人学习资料，并可以与其他学生之间进行交流共享。不仅如此，学生在日常生活中，也可以借助智能实验平台来记录自身的一些设计发明，并将自身的学习发现分享到平台“公共交流”板块，以此营造班级良好的科学氛围，使学生养成自主实验的良好习惯。

（四）完善作业设计，展开课后实验

在智慧实验教学背景下，教师还可以为学生设计一些课后实验作业，引导学生借助科学实验平台来完成实验任务，从而将科学实验与学生的现实生活联系在一起，有效培养学生的探究意识与创造意识。

例如，在学习了“用种子繁殖”之后，教师可以为班级内的学生每人发放一颗种子。然后要求学生按照教材中给出的种子生长条件将其种植在花盆中。然后要求学生在智能实验平台中每日记录“浇水数量”“光照情况”以及“施肥频率”等，并在每个固定周期要求学生记录植物的生长高度，同时对比其他同学的实验数据，总结影响植物生长状态的数据都有哪些。如此不仅进一步体现了智慧实验平台的优势，也有效创新了学生的实验形式，使学生能够通过科学实验获得更多的启发。

四、结语

综上所述，本文讨论了小学科学课中传统实验教学转化为智慧实验教学的具体途径，并对智慧实验教学在科学课程中的应用进行了分析。强调教师需要充分借助信息技术优势，来培养学生的自主实验意识，并紧密围绕学生需求，为其设置丰富的实验活动，以此全面提高科学课的教学质量。

注：本文系甘肃省教育科学“十三五”规划2020年度省级立项课题“如何在小学科学课中促进传统实验教学与现代新兴科技手段有机融合的研究”（项目编号：GS（2020）GHB4296）研究成果。