数字化探究进入小学科学课堂之我见

文/鲍 峰

【摘 要】人类已进入数字化时代，随着信息技术不断发展，我们的思维方式、学习方式和生活方式正在悄悄地改变着。数字化实验设备参与到小学科学探究，突破了传统实验的局限，实现了学习形式、研究方式、分析方法和认识过程的转变，从而促进学生更深刻地认识科学本质。

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关键词 数字化；探究；小学科学

一、实验仪器新型化，学习形式由验证向探究转变

科学学习要以探究为核心，细看小学生所开展的科学实验，其实基本都属于以探究为形式的验证性实验。真正的探究性实验非常少，其原因是小学生现有的水平不太可能有探究性实验，还有小学生所用的实验器材相对比较落后，实验室里的温度计、测力计这些仪器已经离我们的生活太远了。如今人类已进入数字化时代，数字化实验仪器对当今的小学而言并非陌生，有些学生甚至已经对数字化仪器（如电子温度计）有了一定了解，并已形成了科学前概念。我们需要在小学科学实验中应用一些全新的实验仪器来采集数据，根据可见的数字做实验分析，这样才能从重视知识传授的验证性实验向重视培养学生科学素养的探究性实验转变。

二、数据采集精准化，研究方式由定性向定量转移

1.变模糊为精准。在小学科学教学中，传统实验的数据采集不可避免地受到很多外在因素的干扰，导致测不准。教师引入高科技数字设备后，可以让数据采集避免人为的干扰，使采集的数据更精准、可靠。数字设备能有效采集传统实验室不可能采集到的数据，把传统实验室只能定性采集的数据定量化，促使学生更专注于实验数据的讨论与分析。例如“谁先落地”这个探究活动中，传统实验导致误差的因素很多，如松手时间是否同时，物体下落高度，肉眼观察……而借助光电传感器就能精准地记录物体下落时间。实验中只要安装两个光电传感器，由于光电传感器对光非常敏感，有物体经过时，测得的数据会突然下降，根据这个原理记录经过第一个传感器的时间，即为起点时间，再记录经过第二个传感器的时间，即为终点时间，然后自动计算出物体下落时间。

2.化细微为有形。在小学科学教学中，空间上细微过程人眼难以观察，我们可以借助于显微镜实现细致的观察。时间上的细微变化难以捕捉，难以记录，成为学生开展探究的一个难点。例如“最大静摩擦力的测量”，这类实验往往只能定性研究，或者用多媒体模拟演示。怎样突破这个难点呢？只要借助一个力传感器，这个问题就迎刃而解了。实验时可以用力传感器拉动小车，一开始小车与桌面是有静摩擦力的，所以是静止不动的，但表示拉力大小的曲线在不断上升，即静摩擦力也在不断增加。当小车开始运动的一瞬间，表示拉力大小的曲线到达最高点然后突然下降。曲线最高点所对应的拉力大小就是小车与桌面之间的最大摩擦力。数字化传感器实时采集数据，记录数据，实现了时间上细微过程的实验过程数据自动记录，可以将细微的现象转化成明显的现象，不仅实现了瞬间现象的“可视化”，还实现了数据记录的连续性。

三、数据处理智能化，分析方法由繁琐向高效改变

利用数字化技术与实验教学结合，可以将数据采集器、传感器和计算机软件、硬件组成多功能的测量系统，能快速、精确、实时地采集数据，并自动记录和分析处理。由于大大节省传统实验数据的记录、计算和分析的时间，使实验分析由繁琐转向高效。随着对科学探究研究的深入，我们越来越多地认识到：真正的探究发生在孩子的头脑中，着力培养孩子的科学思维力，提升孩子的科学智慧，才是我们课堂的重心，所以在数字化科学课堂上加强对数据的科学解读，这才是学生科学思维发展的关键。数字设备不是课堂的主角，而是绝对的配角，科学教师要充分发挥数字实验室“实时采集，实时处理”的优点，让学生在数据梳理的过程中不断地分析、归纳，得出结论，从而透过数据发现其背后的深刻科学道理，使学生不仅关注于数字化探究中测得的数据，而且更加注重发现数据背后的科学本质，促使学生的科学思维得以升华。

四、实验结果形象化，认识过程由感性向理性飞跃

1.结果转化为数字。人类对任何具体事物的认识，都是从感性认识开始的。人通过眼、耳、鼻、舌、身等接触客观事物，形成对客观事物的感性认识。但人类对自然现象的认识不只停留在感性认识阶段，还会去寻找其产生、发展的原因和规律，从而由感性认识上升为理性认识。对小学生而言，他们的科学观察和实验大多停留在感性认识的阶段。例如“声音”这节课，教学目标是让学生认识声音的特征，利用自己的感官分辨出声音在高低和大小的差异。但通过一番似是而非的分辨，由于学生感官的局限和差异，他们对声音的高低、大小规律没能形成一致的结论，难道学生对声音的认识只能限于此吗？我们何不借助声音传感器来测出声音的高低、大小，来弥补人类感官的不足呢？数字化仪器在小学科学实验中的应用，轻松地采集到了丰富的实验数据，克服了传统实验仪器的局限，实现了学生的认识由感性向理性的飞跃。

2.数据转化为图形。以图形的方式认识世界是人类最便捷的认识方式之一，视觉能力是我们获取世界信息的重要能力。人类进化过程中，人脑最先接触图像而后才接触文字，每一种技术的发明都是人类进步的表现，上述的这种理解世界的认识方式与互动方式产生深刻的变化。对于数字化探究来说，如果仅仅满足于数据的获得，显然难以符合小学生的身心发展特征，难以达到理想的教学效果。相比较简单的数据，形象的图形似乎更能符合小学生学习的特点，更能够有效地激发学生的学习兴趣。从另外一个角度看，现在的学生由于从小接触到各类视觉媒介，对图形的敏感程度要显著高于数据和文字。因此在科学教学中，如果将图形巧妙融于学生的探究活动中，符合小学学段年龄特征，同时能够有效帮助其认识到事物的表象和内部结构之间的关系，更加深刻地认识科学的本质。

（作者单位：江苏省苏州工业园区方洲小学）