小学科学与技术学科数字化实验的应用与研究

一、背景介绍

数字化学习手段和方式在教育教学领域的不断应用，影响着教育教学的内容与形式。《义务教育小学科学课程标准》在教学建议中指出“现代教学媒体及技术不仅可以为科学知识的学习服务，也可以为科学探究的学习服务，如利用数字化信息技术（Digital Information System，简称DIS）进行科学探究，通过互联网收集数据”。先进的数字化实验系统为传统的科学教学提供了新的契机，如何利用数字化实验系统促进科学学科的发展，加强小学科学实验数字化整合等问题，给科学教师的实验教学带来了新的实践与思考。

鉴于此，上海市虹口区小学科学与技术学科确定了“数字化实验系统在学习活动中的应用”区域教研主题，根据教学情境和实践的需要开展教学研究，形成解决问题的方法和经验。

二、实践研究，积累课例

确定教研主题后，我们在上海市中小学数字化实验系统研发中心的支持下，通过一系列的区域教研，以课例展示、专项培训、教学评优等形式，逐步、扎实地探索数字化实验系统在科学与技术教学中的应用，并积累了一些实践案例。

（一）适时补充，突破教学难点

教师运用数字化实验系统进行演示实验，能让实验获取平常肉眼难以观察到的数据和现象。小学生们在学习中运用多种感官，能更加直观形象地理解科学概念和科学原理，加深认知深度。

案例一：“分辨声音的高低”实验

“声音的轻响与高低”是低年级的教学内容。在本节课的教学中，学生要初步了解声音有强弱和高低的不同，并能在小组合作下对声音进行观察、比较，从而提高认识事物的能力。

声音是学生熟悉的自然现象。学生在日常生活中已经积累大量有关声音的感性认识，能比较准确地辨别柔和、喧闹的声音；也能准确辨别声音的强弱，但是对辨别声音的高低则显得比较困难。学生通常会把声音的高低和声音的强弱混淆起来。在本节课的教学中，教师的教学既有传统实验游戏“玩乐器”，又有数字化实验辅助教学，不仅能加强课堂教学的科技化和综合性，而且能很快帮助学生认识到声音的高低。

为了解决“如何分辨声音的高低”这一教学难点，教师采用了以下三种方法。

（1）玩口风琴：学生分别吹口风琴红色低音do 和蓝色高音do（红色与蓝色是教师预先标注的），初步感知有些声音高、尖，而有些声音低、沉。

（2）数字化实验辅助教学：教师用声波传感器分别测口风琴红色到蓝色之间发出的音，学生观察屏幕上图形的变化，进一步分辨声音的高低。

（3）分辨高低音：出示生活中不同情境下的声音，请学生分辨哪些是高音、哪些是低音，使学生了解生活中到处都有高低音，并达到巩固练习的目的。

以往在传统教学中学生只能依靠感官来对声音进行记录、描述和分析。在这个案例中，教师先请学生玩口风琴，听一听声音有什么不同，再利用声音传感器，把学生吹的声音用传感器记录下来，瞬间“看不见的声音”立刻清晰可见。而且学生不仅仅能看到声音，还能直观地观察音调高和音调低的声音形态。学生进行实验体验后，教师再次用声音传感器把数据录制下来并转化成图表，通过多次对音调高低的数据图像收集、展示，学生在玩、听、看的多种体验中，理解了音调高低的变化。

诸如此类型的实验还有“声音的反射、声音的传播、乐音及噪声”等与声音相关的教学；又如“摩擦生热——摩擦究竟产生的温度是多少”“水的浮力——沉在水中的物体是否受到浮力”“散热技术——温度下降的变化”“盐水导电吗——盐水浓度低就不能导电吗”“溶液的酸碱性——果汁的酸碱性”“水果电池——不同水果导电时的电流大小”等实验教学片段，都可以先通过学生运用传统实验器材进行实验，体验感悟。在学生实验的基础上，教师再利用DIS 进行演示实验，将“看不见的数据”或无法用传统实验器材收集到的数据，变成可以形象感知的图表，扫除学生在学习过程中的疑问和障碍，帮助学生理解科学概念和科学原理，使学生知其然并知其所以然。

（二）有效结合，发散学生思维广度

实验按种类可以分为验证性实验、探究性实验等，它们都依赖学生的自主参与，紧密结合科学知识的学习，通过动手动脑，亲自实践，在感知体验的基础上形成科学探究的能力。其中，探究性实验更强调激发学生采取多种方法开展探究。在开展实验设计方案时，教师要激发学生的发散性思维，引导学生思考：“为了搜集实验的证据，我们能做什么？我们需要做什么实验？这是一种好方法吗？这样做公平吗？我们能用其他方法吗？ 哪一种方案会更好一些？”

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