契合·整合·融合：将信息技术应用于科学教学

科学课程标准在科学课程资源开发与利用中提到，教师要善于选择与组合各种适宜自身教学实际的课程资源，创设真实教学情境，利用信息技术辅助手段，如虚拟仿真实验、数字化实验等，让学生比较直观便捷地学习相关知识。将信息技术应用于科学教学，可以让实验效果更为显著，帮助学生观察到可视化的实验现象，使实验分析更加精确。

一、契合学习需求，现象从抽象到可视

教师要基于学生的认知起点，契合他们的学习需求，利用信息技术为他们的学习提供真实的场景。一方面能够突破时空的局限性，增强空间感知能力，另一方面能使学生进入真实情境，激发他们的学习兴趣。

1.捕获现象，再现真实情境

3D演示动画能够突破传统实验的局限性，为学生提供崭新的学习情境，如地震、火山喷发等自然现象的再现，细胞的运动、宇宙大爆炸等微观和宏观层次的再现。五年级“地球表面的变化”单元的学习是以探究式学习为主，多元学习方式相融合，体现基于真实情境问题猜测地表变化的成因，通过模拟实验、图文资料等学习方式，搜集证据，关联记录，形成概念以及对问题的解释。3D演示动画能够从不同空间角度呈现地球表面的变化过程，如利用Mozaik3D软件播放全息演示动画，让学生有交互式体验、学会空间表述，提升科学课堂的效率（如图1）。

在《火山喷发的成因及作用》一课中，汲取生活情景的真实要素，可以从生活中发生的实时新闻中选择。火山喷发的成因比较抽象，教师可以给学生布置具体的学习任务，让他们观看相关的3D全息演示动画，以三维空间视角观察火山喷发的现象，从而将实验材料与自然因素、实验现象与自然现象、所得证据与解释问题建立联系，逐项进阶。学生发现火山喷发和之前学习的地震灾害都处于板块边缘地带，同时也了解到后火山喷发有间歇泉、喷气孔等现象产生。以地球表面的变化为逻辑线，学生在探究活动中认识地球的地形地貌是地球内外因素共同作用形成的。

2.揭开暗箱，增强课堂体验

在四年级“声音”和“呼吸与消化”单元中，教材以图片形式展示耳朵、呼吸器官、消化器官的结构，对学生来说，构建这些器官与功能对应的关系有一定的难度。教师利用3D演示动画，能够让学生从不同的空间视角清楚地观察到不同器官之间的位置关系，揭开身体暗箱，增强他们的空间感知能力，激发其学习兴趣。

在《食物在身体里的旅行》一课中，教师以物体在身体里经历哪些器官为驱动问题，借助VR技术，让学生能够清晰地观察到食物经过口腔、食道、胃、小肠、大肠等器官，并且对于这些器官的顺序和在人体内的位置都有明确的认知。同时，这也让学生发现消化器官和其他器官也紧密连接在一起，并不是孤立存在的，每个器官都有相对应的功能。

3.立体呈现，突破时空限制

六年级“宇宙”单元要求学生基于事实经验建构模型。受制于时空限制，针对这些内容的教学，教师可以利用数字化实验改进传统课堂，通过三维立体动态展示，将观察整个宇宙由“不可能”变为“可能”。结合三维立体图像、视频、动画等多媒体资源，动态地再现宇宙科学的现象和过程，使原来静态的科学内容变得立体而生动，让学生沉浸到宇宙世界之中。通过观察、记录、推测、建模、研讨、阅读等方式，教师引导学生一步步地探索宇宙。在信息技术的支持下，学生能够更加互动化、个性化地学习宇宙相关知识。

二、整合技术资源，效果从细微到显著

将信息技术与科学整合，将微视频用于实验教学，能使复杂、抽象的实验知识更直观、立体，使学生更容易理解事物的本质规律。在科学课堂上利用慢镜头、延时摄影、GIF动画等多样化展示，能放大实验效果，便于学生交流互动。

1.慢镜头解决观察难点

在三年级《物体在斜面上运动》一课实验探究活动中，在教师指导下，学生有目的地系统观察，发现“滚动”和“滑动”的不同的运动情况。另外，教师积极搭建技术支架，利用慢镜头视频强化运动的特点，让学生如实记录现象，深入研究。

在实验过程中，由于小立方体和小球的运动速度过快，不利于学生观察物体与斜面的接触面是否改变，教师可以拍摄慢镜头视频。慢镜头能够让学生清晰地观察到立方体始终只有一个面和斜面接触，而小球和斜面的接触面是在不断变化的。这样使物体的运动轨迹形象化，直观展示抽象的科学知识，让学生更好地理解和接受实验教学。按物体的运动形态来分，滚动可分成平动和转动，本课涉及的“滚动”是平动和转动相结合（如图2）。学生画出物体的运动路线，是他们从实物模型抽象为心智模型的认知过程。

2.延时摄影解决记录难点

一些科学实验观察课程，如《凤仙花开花了》《种子发芽实验》《观察绿豆芽的生长》《蚕的一生》等课程，在40分钟有限的课堂上往往不具备观察条件，难以展现动植物的变化。这些观察活动一般是放到课后让学生观察，但他们难以捕捉全过程的细节。由此，教师可以利用延时摄影，在视频编辑中调整播放速度，让学生能够在课堂上短时间内对研究对象整个变化过程进行细致观察和记录，提升课堂效率。

3.GIF动画解决操作难点

GIF动画通过有趣的动态、声音和特效吸引学生，提高他们的学习积极性。[1]例如，在《做一个指南针》一课中，通过任务的明确，让学生了解到指南针的结构并掌握其工作原理，知道指南针最关键的部分是磁针。把钢针变成磁针的方法，对于二年级学生来说略有难度，因此，教师在GIF动画里加上特殊符号和声音提醒：按住钢针的一端，用条形磁铁的一个磁极沿同一方向摩擦钢针，用力多摩擦几次，注意不能来回摩擦，也不能把整根钢针都摩擦（编者注：此问题可参考本刊2022年第8期卷首文章）。

三、融合思维发展，分析从粗略到精确

实验是科学探究的重要途径，要通过科学实验得出正确的科学结论，关键在于获取实验证据的准确性。要获得科学的实验数据，让学生的思维从定性到定量，教师可以借助数字化实验、虚拟实验和相关手机App软件。在科学课堂中将其与信息技术深度融合，能突破传统课堂中的教学难点，使学生直观观察到实验现象，获取准确的实验数据，实现实验结果的分析从粗略到精确。

1.有形数据，定量分析

数字化实验是将传感器和计算机连接，在实验过程中进行定量采集和数据处理，并通过相关软件系统，将实验数据的大小和变化趋势多样化呈现。针对一些传统课堂无法获取、连续快速变化数据的实验，利用数字化实验能够快速、准确地持续检测，如温度传感器、声波传感器、力传感器、光电门传感器、微电流传感器、心电图传感器指标的测量，让数据从无形到有形。[2]同时，通过对研究对象的数量特征、数量关系和数量变化的分析，学生能够更高效地分析问题、充分研讨并得出科学结论。

在五年级《哪个传热快》一课中，学生运用比较和归纳的方法从实验证据中发现物体导热性能的差异。利用数字化实验能更加科学地获得实验证据，让热在铜、铝、铁等金属材料中传导的温度可视化，帮助学生完成对比实验。在研究铜、铝、铁的导热快慢时，教师可以出示温度传感器，利用微视频指导学生连接仪器设备，用酒精灯同时给3种不同的金属加热，设置计算机每10秒记录一次温度，让他们重点关注屏幕中的数据变化。利用数字化实验的折线图功能，让实验结果变得可视和定量。学生根据折线图就能分析出在相同的条件下，不同材料制成的物体，导热性能不同。

2.捕捉变化，产生关联

在指导学生进行科学探究时，教师可以利用Star Walk、Stellarium、实时温度计、形色等手机App软件辅助教学，让学生的科学学习更加形象化、情境化、多元化和智能化。

在四年级《声音的高与低》一课中，学生常混淆声音高低和声音强弱的影响因素。在传统实验探究课中，教师通过敲击不同水量的水杯或是弹拨小乐器，让学生用耳朵听来判断声音高低。对于一些学生来说，他们只能区分不同的声音，很难分辨出哪个声音高和哪个声音低，更不用说把物体振动的快慢和声音的高低关联起来。这些探究活动只能让学生对声音的高低有初步的感性认识。实际上，在敲击不同水量的杯子时，教师很难确保每次敲击的力度是相同的，这也影响到了声音的强弱，使学生对声音的高低与声音的强弱产生混淆。在探究活动时，各小组声音交叉干扰，整节课下来难以达成学习目标。由此，教师可以利用声音传感器辅助教学，让声音可视化，促进学生建构科学概念。在手机App“数字传感器”中有“振动分析”和“声学分析”模块，针对不同的声音可以观察到声波线条的变化。在课堂上，教师指导学生听不同频率的声音，观察声波形态的变化，分析声音的高低与振动快慢之间的关系。

3.仿真实验，延伸空间

仿真实验是在计算机上用仿真软件辅助或部分替代传统实验的软硬件操作环境，让实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，从而模拟现实的效果。仿真实验强调与传统教学融合，在融合中补充和完善，完成实验方案的呈现、展示和研讨。从单一的接受性学习方式转变为体验、研究、发现相结合的学习方式。教师需要分析教材中科学探究内容的特点，寻找数字化教学的实施点和落脚点，帮助学生选择合适的信息技术工具。

在希沃白板5中有仿真实验模块和NB实验，四年级“电路”单元的教学就能与信息技术充分融合（见表1）。如在学习《简易单电路》时，可以利用仿真实验。借助白板笔，学生练习连接简单电路，当他们把导线正确连接到接线柱上，闭合开关，小电灯泡便会自动发光，电流流动的路径也会动态呈现。即使学生把导线连接错误，也能马上更改，避免了因短路产生的安全隐患。这样不仅让学生的学习过程高效而快捷，延伸了教学空间，也便于教师直观判断他们的学习情况，达到事半功倍的效果。

（作者单位：浙江省杭州市临平区育才实验小学教育集团荷花小学）

参考文献

[1]董慧珊.基于微视频突破实验教学难点[J].湖北教育（科学课），2022（11）.

[2]李艳.聚焦数字力量 催化教学变革[J].湖北教育（科学课），2020（07）.