陈小卫

[摘 要]在小学科学实验教学中，使用数字化工具可以完成力、热、声、光、电等各类实验，提高测量的精度和速度，完成常规仪器难以完成的实验。基于此，需要对数字化工具在小学科学实验教学中应用进行研究，系统梳理出教科版小学科学教材中适合应用数字化工具进行教学的实验内容，并将这些内容编制成案例，为一线科学教师尤其是兼职教师更好地开展教学提供范本。

[关键词]实验教学;案例研究;数字化工具;应用

[中图分类号] G623.6[文献标识码] A[文章编号] 1007-9068（2021）09-0074-02

国外研究者从不同的层次、不同的方向、不同的角度对数字化工具应用于实验教学进行研究，结果表明：数字化工具应用于教学，可以促进学生认识能力、信息素养、自主探究能力及综合能力的提升，对小学科学教学具有突破性意义，因为数字化工具的介入与使用，让科学实验获得的数据更精准，解释更有说服力。

伴随着中小学课程教材改革，数字化教学理念也开始在我国逐步推广。如上海著名的实验教学专家、特级教师冯容士与山东远大集团合作研发的“朗威数字化实验系统”，加快了我国信息数字化教学的步伐。“十二五”期间，广东省中山市凤鸣小学的黎少容老师主持了一个课题，题目是《数字探究促进学生科学素养发展的研究》，该课题围绕“朗威数字化实验系统”设计了一些教学的活动方案，但不是依托科学教材进行的，类似于课外探究性实验社团，形成独立于小学科学教材之外的内容体系。另外，通过文献查阅，一些中学物理、化学学科教师发表了关于使用数字化工具提高教学有效性的论文，这些论文虽然只是零星的、以碎片化的方式，用事例来说明数字化工具在教学中使用的意义，没有进行系统的阐述和编制成教学案例，但也是学界对数字化教学的一种尝试。基于此，我校开展了数字化工具在小学科学中应用的案例研究，系统梳理出教科版小学科学教材中适合使用数字化工具进行教学的实验内容，并将这些内容编制成案例，在案例设计上加强指导，为一线科学教师尤其是兼职教师更好地开展教学提供范本，最大限度地保证实验教学效果。

一、数字化工具简介

数字化工具是一种建立在测量技术上的检测装置，能够感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律转化为需要形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。这里的数字化工具，指为完成小学科学教学目标而使用的系列传感器和应用软件，用它们可以完成力、热、声、光、电等各类实验，提高测量的精度和速度，完成常规仪器难以完成的实验。

我校通过对教科版小学科学教材中适合用数字化工具进行教学的实验内容进行梳理，经过设计、实践，使之形成一组独立案例，借助案例的推广使用，让一线科学教师，特别是兼职教师，对数字化工具有一定的认识，并能将其运用于日常实验教学中，提高课堂教学效率。同时，通过教师参与案例的设计和研究，实现其运用理论提高实践水平的目标。

二、研究背景

1.科学课程发展的要求

实验是科学教学的核心，想要学好科学必须从实验开始，而实验材料又是实验教学的基础，选择有结构的实验材料，可以让学生获取直接经验和引发思考，揭示科学概念的内涵，促进认知发展。同时，教育部办公厅《关于印发<2017年教育信息化工作要点>》中明确指出：“以构建网络化、数字化、个性化、终身化的教育体系，建设‘人人皆学、处处能学、时时可学的学习型社会，培养大批创新人才为发展方向，贯彻落实教育信息化‘十三五规划总体部署，按照‘服务全局、融合创新、深化应用、完善机制的原则，大力推动‘四个提升和‘四个拓展，充分发挥教育信息化对教育现代化的支撑和引领作用。”由此可见，将数字化工具应用在小学科学实验教学中是教学手段变革的趋势。

当前，小学科学教材中的科学实验大多以不精确、定性为特征，很少有定量研究，主要原因是小学科学实验仪器配备标准已有近十年未更新，老旧的实验器材依然是主流。数字化工具的引入，不仅仅是实验工具的更新，更重要的是为定性实验转变为定量实验提供可能。而且，数字化工具以精确、智能、易于操作等优势，可大大提高实验教学的实效。

2.学生实验素养提升的要求

受传统教学理念和实践的影响，小学科学实验教学中普遍存在“重知识，轻探究”“重形式，轻实质”“重动手，轻思维”的假探究活动现象。如果将数字化工具引入科学探究实验中，能夠让学生亲历探究活动，拓展研究内容，更好地满足学生的好奇心和求知欲;能够降低实验难度，提高实验效率，让学生有更多的时间和精力反思、交流自己与同伴的探究过程，整理、分析实验现象和数据，完成对新知的自主建构;能够创新实验方法，拥有更多定量实验的机会，让学生的探究活动更接近科学本质。

3.科学教师专业水平发展的要求

目前，很多一线科学教师是兼任教师，他们对教材的研究不够，如何使他们胜任科学课程的教学任务，是一个既现实又迫切需要解决的新课题。基于此，我校提出这个课题，意在从小学科学探究实验教学的设计与研究切入，梳理出教材中适合使用数字化工具进行教学的演示实验和学生的分组实验，并形成优秀的教学设计、教学范例，使科学教师能够更好地理解和进行这些实验，提高科学实验教学的效果。为了更好地理解和把握教材中适合使用数字化工具的探究实验，教师还需要学习相关理论、文献资料和数字化工具的使用方法。

三、研究思路与策略

1.研究思路

2.研究策略

（1）开展前期调研。

为了解目前宿迁市中心城区各校对数字化工具的使用情况及课堂教学效果，我校以发放调查问卷的形式，向中心城区39所学校的390名科学教师展开前期调研工作，收到有效问卷322份。调查结果显示，在学校层面，各校均能够执行科学课程计划开设的科学课，规范配备科学实验室和实验器材，但很多实验器材为常规、老旧器材，教学中存在实验现象不明显、实验数据不精确等现象;只有7所学校增添购置了数字化工具，能正常使用数字化工具进行实验教学的只有3所学校。在教师层面，大多数教师由于是科学兼职教师，科学素养不高，没有时间思考科学教学，普遍的教学方式是拿着书本讲知识、讲实验，也有一些优秀的年轻教师，能对数字化工具与传统实验器材在精确程度、实验速度、培养学生能力、实验误差等方面做详细的比对分析和汇总。从调查结果可以看出，在小学科学实验教学中应用数字化工具迫在眉睫。

（2）对小学科学教材中适合应用数字化工具教学的内容进行系统梳理。

我校按照“主题引领，活动整合，突出探究”的思路，对教科版小学科学教材中适合应用数字化工具教学的内容进行系统梳理，形成了40个典型的实验主题，其中物质科学20个，生命科学12个，地球与宇宙科学8个。如在《变色花》一课中使用酸碱指示笔进行教学，解决了紫甘蓝汁无法检测弱碱和弱酸性物质的问题，使学生进一步认识酸碱性的本质。又如，在《观察一朵花的结构》一课教学中使用体视显微镜，拓展感官的局限，使学生更准确地区分完全花和各种不完全花。

（3）研讨确定案例的基本格式。

为了形成独特的研究成果，我校在案例编制过程中，本着实用、有效、简洁的原则，形成三个主体的结构框架：基本设计思想—实验活动设计—数字化工具介绍。

基本设计思想，主要阐述教学中使用常規仪器有哪些弊端，应用数字化工具对达成教学目标、建构科学概念有怎样的帮助，重点体现学生哪方面的能力得到培养和提升。

实验活动设计，重在选择符合学生认知规律、有利于激发学生探究兴趣、发展学生思维、体现学生亲历探究过程的活动，引入教学环节。这一主体主要由两个教学活动组成：一是使用常规仪器进行教学，强调教师要选择有结构的材料，既要有使用常规仪器检测可以得出结果的材料，又要有使用常规仪器无法得出结果的材料。如《测量力的大小》一课中使用弹簧测力计测量身边常见物体的重力时，教师可以为学生准备这样一些物体：钩码、科学课本、文具盒、修正液、橡皮筋。学生掌握弹簧测力计的正确使用方法后，可以准确测量出钩码、科学课本、文具盒、修正液的重力，但由于弹簧测力计的精确度不够，所测橡皮筋的重力为0牛，难道橡皮筋不受地球引力的影响？学生形成认知冲突，也为下面数字测力计的出现埋下伏笔。二是使用数字化工具进行教学时，教师要引导学生从横向和纵向两个方面对数据进行分析，重点培养学生分析、归纳、推理等能力。每个教学活动结束后，案例编制教师要写清设计意图。

数字化工具介绍部分，主要由数字化工具图片、使用方法、带来的优点组成，为一线教师使用数字化工具展开教学提供了借鉴。

（4）关于使用案例开展实验教学的应用。

为了研判案例的价值和效果，我校利用同课异构、专题沙龙、教学研讨等形式对所编写的案例进行实践应用，以检验案例的实用效果。如在同课异构活动中，可先分组，让一组教师使用常规仪器进行教学，另一组教师使用数字化工具进行教学，形成实验对比，从而分析出哪种方式更有利于促进学生科学素养的提升。通过各项活动的开展，我校对执教人员的案例设计进行点评、分析，逐步完善，强化了教学案例的效果。

（特约编辑 木 清）