吳向東

在信息技術(shù)已經(jīng)融入生活的今天，技術(shù)在課程中已經(jīng)成為課程中不可或缺的一部分。特別是對于科學(xué)課程來說，由于它在觀察、實驗和概念形成等諸多方面的特點，這一點顯得尤為突出。

一、借助網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)跨地域觀察

秋天植物葉子的變化是觀察四季變化的一個典型內(nèi)容，但由于不同緯度和不同地域氣候，植物種類的不同，植物的葉子在秋天的變化也是不一樣的。比如，江浙的秋天樹葉枯黃，層林盡染，秋風掃落葉，寒潮陣陣；廣州的秋天紫荊花盛開，溫暖如初夏，生機盎然，黃葉要在萬綠叢中去找。氣候環(huán)境的不同，長期生活在這兩地的學(xué)生對秋天的認識也會大不一樣，只是觀察本地秋天樹葉的變化顯然是不夠的。為了使學(xué)生對秋天有準確豐富的認識，廣州和江蘇江陰兩地的學(xué)生進行了跨地域的觀察活動，即把本地最常見的植物生長變化的情況用數(shù)碼相機甚至錄像機拍攝下來，做成Pwoerpoint演示文稿，或直接放到網(wǎng)站上進行分享，并組織學(xué)生相互進行提問和交流。經(jīng)過近兩個月的觀察和交流，甚至葉標本的郵寄互換，學(xué)生對秋天植物變化的認識極大地豐富起來，所建立的關(guān)于秋天的概念更加準確。

當然，也可以廣泛收集全國各地甚至世界各地秋天植物變化的照片和視頻資料呈現(xiàn)給學(xué)生，以豐富學(xué)生的認識。但我們通過實踐發(fā)現(xiàn)，由于沒有跨地域觀察的協(xié)作互動，學(xué)生對秋天的認識深度和關(guān)于秋天植物變化的概念形態(tài)是有區(qū)別的。最好的做法是，以跨地域的協(xié)作觀察為主，以觀看網(wǎng)絡(luò)資料為輔，使形成的概念既深又廣。

二、借助虛擬地球觀察地球?qū)嵕?/p>

在科學(xué)課中有一些觀察地球?qū)嵕暗膬?nèi)容，比如地球上的地形和地貌：高山、平原、盆地、峽谷、河流、火山、海溝、沙漠、冰川等。涉及這些內(nèi)容時，完全可以放棄掛圖和Pwoerpoint演示文稿，打開Google Earth，帶領(lǐng)學(xué)生到地球上的任意角落去漫游，以解決傳統(tǒng)情形下，只能借助照片、示意圖和錄像進行有限觀察，更多地依靠學(xué)生去想象的問題。

比如學(xué)生在研究“卵石的成因”中，關(guān)于河道的上、中、下游的巖石分布的特征是必須考查的內(nèi)容。我們往往只是把濃縮了河道上、中、下游巖石分布特征的示意圖呈現(xiàn)給學(xué)生，這樣的示意圖雖然是概括化了的，借助照片和視頻提供了一些現(xiàn)實的感受，但對現(xiàn)實場景的真實情況更多的還是需要學(xué)生去想象。通過在Google Earth或Google Maps(maps.google.com)上的衛(wèi)星圖像，教師可以事先找一條較典型的小河流去做現(xiàn)場觀察。

三、借助虛擬星空天文解決教學(xué)難點

天文部分是科學(xué)教學(xué)中的難點，涉及星座的認識，日月蝕、月相、太陽和星座四季的變化、太陽系和宇宙等，每一項都涉及觀測。但是因光污染、天氣、觀測時間等諸多因素的影響，這些觀測基本上無法完成。Starry Night是最著名的三維星空虛擬軟件，其真實感令許多天文愛好者愛不釋手。它可以使用如Google Earth那樣的軟件去做三維的虛擬演示和漫游，這些難以觀測的天象都可以借助它逼真地演示出來，從而在最短時間的內(nèi)做完這些天象觀測的活動。比如認識星座，可以顯示星座連線及其相應(yīng)的神話圖像，可以設(shè)置觀測時間和視運動的速度，還可以重現(xiàn)。如2008年12月1日出現(xiàn)的“笑臉”天象（圖1）。更有意思的是，在研究日蝕時，可以借助其三維虛擬的功能，在月球向著地球的一面，觀察從中間向四周淡開去的月球陰影在地球表面移動的景象，其真實感比三球儀更好（三球儀中的地球太小，并且容易受到演示時室內(nèi)外光線的影響而影響月影的效果）。至于月相變化的觀察，可以通過改變?nèi)掌诘姆椒?，?0天的月相周期及月亮在星空中的位置快速呈現(xiàn)出來。即便如此，我們還是提倡生活中的真實觀察，有趣的是，因為有了這樣的虛擬星空軟件體驗，學(xué)生進行現(xiàn)實觀察的興致被激發(fā)出來了。

四、借助傳感器實現(xiàn)精確測量

伽利略的精確實驗開啟了科學(xué)實驗的大門，使得科學(xué)脫離了粗糙的博物學(xué)形態(tài)，并從哲學(xué)中徹底地獨立出來。但目前科學(xué)課的實驗由于受到實驗條件的限制和教學(xué)方式的制約，不精確、實驗條件控制不嚴格。傳感器的引入可以使師生的實驗和演示更加精確。比如研究陽光中紅外線的熱效應(yīng)，傳統(tǒng)的溫度計往往因精度不夠和反應(yīng)不靈敏而很難在短時間內(nèi)看出其溫度的變化，如果把多個溫度傳感器分別放到紅外和其他色光處，電腦顯示屏上就可以立即出現(xiàn)各個傳感器測量的溫度和即時繪制的曲線，比較這些溫度曲線，就很容易看到紅外線的熱效應(yīng)情況了。

不僅如此，由于傳感器的精確度高，如果實驗條件控制不嚴格，屏幕上的曲線和讀數(shù)就會馬上出現(xiàn)反常，這就迫使學(xué)生不得不去思考和控制實驗中的各種變量，盡可能減少誤差。學(xué)生分組研究晶體的熔化特點（熔化時溫度保持不變）時，有的小組由于大蘇打的用量不足以使溫度傳感器的探頭被完全放入，致使大蘇打熔化時溫度還是在較大幅度地上升。最后學(xué)生通過與其他組對照，終于找出了原因，改進了實驗，對科學(xué)實驗的實質(zhì)和實證精神的體驗更深刻了。

傳感器實驗不僅測量快速準確，更由于數(shù)據(jù)測量的結(jié)果可以直觀地以曲線圖的方式顯示，使學(xué)生在數(shù)據(jù)的分析能力上得到了比傳統(tǒng)實驗條件下更多、更好的訓(xùn)練，有利于提高學(xué)生科學(xué)思考的能力。

非常遺憾的是，由于傳感器一直價格居高不下，目前還很難進入中小學(xué)課堂。

五、借助傳感器和虛擬實驗加深或擴展探究領(lǐng)域

傳感器和虛擬實驗不僅可以為我們提供解決現(xiàn)有教材中重難點知識的手段，更可以擴展學(xué)生的探究領(lǐng)域。比如用二氧化碳傳感器測量教室內(nèi)二氧化碳的濃度，在密閉的瓶內(nèi)測量葉因光合作用而使二氧化碳的濃度降低等，從而使學(xué)生對科學(xué)問題的探究更加深入。傳感器的種類很多，不僅可以滿足各個科學(xué)學(xué)科的實驗需要，還可以使原來一些無法開展的實驗得以開展。比如對超過100攝氏度高溫的測量，可以使學(xué)生開展對不同燃燒物火焰溫度的測量，聲音傳感器對噪聲強度的測量可以使學(xué)生去研究設(shè)計隔音裝置。這樣學(xué)生探究活動的范圍就得到了擴展。

虛擬實驗更是如此。危險的化學(xué)實驗可以借助虛擬實驗解決，無法觀測的世界可以虛擬觀測，人無法到的地方可以虛擬漫游，長周期的難以完成的實驗可以在極短時間內(nèi)完成，更可以通過虛擬實驗的數(shù)據(jù)開展定量研究。從Starry Night和Google Earth上我們已經(jīng)可以看到這些端倪。虛擬實驗的軟件網(wǎng)上有很多，可以根據(jù)實際需要選擇使用。但要注意的是，不要用虛擬實驗代替真實實驗，而應(yīng)將兩者結(jié)合使用，相得益彰，互補增效。

六、借助動態(tài)示意圖理解概念

科學(xué)概念的掌握是建立在形象的科學(xué)表象基礎(chǔ)之上的，科學(xué)表象是對具體的科學(xué)現(xiàn)象及其變化規(guī)律的進一步概括，是形象思維的基礎(chǔ)，是科學(xué)概念的基礎(chǔ)。進行了科學(xué)實驗之后，往往需要對實驗現(xiàn)象特別是較復(fù)雜的實驗現(xiàn)象的變化規(guī)律進行歸納整理，從而形成科學(xué)概念。圖2是凸透鏡成像實驗示意圖，它可以把凸透鏡成像的原理直觀地顯示出來。左邊的蠟燭和中間的凸透鏡的位置是可以移動的，所有的參數(shù)都可以隨著蠟燭或凸透鏡的移動而變化，既直觀，又能很快地了解各參數(shù)間的數(shù)量關(guān)系，對于學(xué)生歸納科學(xué)概念有很好的幫助。

需要注意的是，這類軟件呈現(xiàn)的不是虛擬實驗，而是科學(xué)規(guī)律的直觀的概括化的動態(tài)的圖示。我們可以把它放在真實實驗結(jié)束后幫助學(xué)生歸納科學(xué)概念時使用，作為真實實驗的補充發(fā)揮出教學(xué)效益。

科學(xué)課程本身對各種信息技術(shù)如網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、虛擬實驗和教學(xué)軟件、傳感器實驗器材等的需求是越來越多、越來越大的。這些技術(shù)已經(jīng)是課程教學(xué)中的一部分，如果還把技術(shù)作為科學(xué)課程或其他課程的身外物來對待，那么我們所實施的整合就只能是機械相加，而難以產(chǎn)生整體的效應(yīng)。

(作者單位：廣東廣州華南師范大學(xué)附屬小學(xué))