蔣波

[摘要]小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂上，大多數(shù)教師因使用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材，往往會(huì)碰到許多微小的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象學(xué)生難以發(fā)現(xiàn)、學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)后整理的數(shù)據(jù)與理論上的數(shù)據(jù)存在出入、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯或模糊不清讓學(xué)生產(chǎn)生困惑等問題。這種情況下，許多教師常用的做法往往是將書中描述的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或者相關(guān)結(jié)論告訴學(xué)生，敷衍了事。本文通過教學(xué)實(shí)踐探討這種情況下數(shù)字化探究儀器的應(yīng)用方法及優(yōu)勢(shì)。

[關(guān)鍵詞]小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn) 數(shù)字化探究儀器 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備

一、引入數(shù)字化探究儀器釋疑實(shí)驗(yàn)爭(zhēng)議數(shù)據(jù)

數(shù)字化探究儀器因其精密性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)中往往起到關(guān)鍵性的作用。如在蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)《冷熱與溫度》一課，教材中有這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，連續(xù)測(cè)量一杯熱水10分鐘降溫時(shí)的溫度變化，并能發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。A教師在課堂中使用常規(guī)的紅液溫度計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在教師的統(tǒng)一計(jì)時(shí)下（每2分鐘記一次溫度），學(xué)生連續(xù)測(cè)量水溫，最后整理數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)熱水降溫的規(guī)律有幾種，既有先快后慢的規(guī)律，也有沒有規(guī)律的情況，更有均勻下降的規(guī)律。教師在面對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)顯得手足無措，匆忙中只好亮出自己的結(jié)論：熱水降溫規(guī)律只有一種——開始降得快后來降得慢。出現(xiàn)不同規(guī)律的原因是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中操作的失誤。學(xué)生們只好在被動(dòng)中接受教師給出的結(jié)論。B老師在執(zhí)教這節(jié)課時(shí)，使用了溫度傳感裝置，并給每小組配置平板電腦配合電腦軟件實(shí)時(shí)顯示溫度的變化。學(xué)生通過精確的溫度傳感裝置，清晰地看到溫度的變化，并得到了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，最終都得出了熱水降溫有先快后慢的趨勢(shì)。同樣的實(shí)驗(yàn)，B老師使用數(shù)字化探究設(shè)備，讓學(xué)生對(duì)于溫度細(xì)小的變化都能準(zhǔn)確地捕捉到，從而解決了學(xué)生使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備所產(chǎn)生的爭(zhēng)議數(shù)據(jù)的問題。

再如蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)《節(jié)約能源與開發(fā)新能源》一課中，有這樣一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)：對(duì)比白熾燈與熒光燈哪個(gè)發(fā)光效率高。A老師這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，一般會(huì)選擇相同功率的兩只白熾燈和熒光燈，然后在相同的條件下，讓學(xué)生感覺發(fā)光的效果。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生只能通過感覺去分辨，結(jié)果許多學(xué)生對(duì)哪個(gè)發(fā)光的效率更高難以判斷。有的說是白熾燈，有的說是熒光燈。此時(shí)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式已經(jīng)使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論產(chǎn)生了爭(zhēng)議。而B老師在此處引入了能顯示熱量的數(shù)字化傳感器，然后指導(dǎo)學(xué)生將數(shù)字化傳感器分別放在白熾燈與熒光燈兩側(cè)，然后隨著電源接通，電腦軟件上顯示著亮度值與發(fā)光輻射距離兩個(gè)數(shù)值。隨著時(shí)間的推移，學(xué)生看著電腦上的數(shù)據(jù)并討論，不一會(huì)就得到了結(jié)論：熒光燈發(fā)光效率更高，因?yàn)榱炼戎蹈螅l(fā)光輻射的距離更遠(yuǎn)。同樣的實(shí)驗(yàn)，B老師通過引入數(shù)字化的探究儀器，學(xué)生很容易的感知以前用傳統(tǒng)儀器無法直觀感受到的現(xiàn)象。將現(xiàn)象由感性的認(rèn)知上升到理性的數(shù)據(jù)分析，更能激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究熱情，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究態(tài)度。

二、引入數(shù)字化探究儀器使實(shí)驗(yàn)效果更加明顯

蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)《變色花》一課，有一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：利用紫甘藍(lán)汁檢測(cè)自己帶的物品的酸堿性。A教師按照課本的要求，制作了紫甘藍(lán)汁。學(xué)生利用紫甘藍(lán)汁進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生們能檢測(cè)出部分物品的酸堿性，如白醋會(huì)看到明顯的變紅的現(xiàn)象；如小蘇打也能看出讓紫甘藍(lán)變綠的現(xiàn)象。但對(duì)于一些如可樂、洗發(fā)水、洗潔精等就不那么容易分辨了。這時(shí)教師利用PH試紙來進(jìn)行測(cè)試，但效果也不是特別的明顯。學(xué)生們對(duì)身邊物品的酸堿陛并沒有直觀的感知。B教師在這個(gè)環(huán)節(jié)中，引入了數(shù)字化PH測(cè)試儀，可以明確測(cè)出物質(zhì)的酸堿性，在課堂中，學(xué)生一旦使用紫甘藍(lán)汁和PH試紙無法測(cè)試時(shí)，教師就讓他們使用數(shù)字化PH測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)，學(xué)生很快就能發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的酸堿陛。課堂效率得到提高，學(xué)生也收獲了成功。

使用數(shù)字化探究設(shè)備，可以幫助學(xué)生觀察到難以觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究興趣，獲得科學(xué)素養(yǎng)的提升。

三、引入數(shù)字化探究儀器拓展探究的多樣性

蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)《小車的運(yùn)動(dòng)》一課，有一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：有哪些因素影響小車的運(yùn)動(dòng)速度？課堂中，學(xué)生通過討論列舉出幾種因素如：拉力的大小、小車的載重量大小、輪子的多少，都可能會(huì)影響到小車的運(yùn)動(dòng)。面對(duì)這么多的假設(shè)，A教師是這樣處理的，利用傳統(tǒng)器材如秒表、線、鐵圈，讓學(xué)生根據(jù)自己喜歡研究的問題進(jìn)行研究，結(jié)果每一小組研究的都不一樣，最終結(jié)論就花樣很多，看似百花齊放，其實(shí)每個(gè)小組探究的只是自己研究的一塊，對(duì)其他小組研究的不甚了解，也不關(guān)注，最后反而失去了實(shí)驗(yàn)的初衷。B教師是這樣處理的：規(guī)定學(xué)生一個(gè)因素一個(gè)因素的利用傳統(tǒng)器材去實(shí)驗(yàn)去研究。由于時(shí)間關(guān)系，一節(jié)課的時(shí)間學(xué)生只能研究一個(gè)問題。教師只好將其他因素留給學(xué)生課外去探究。學(xué)生大多帶著遺憾離開了課堂。而C教師則在本課中引入光電門感應(yīng)設(shè)備，不采用傳統(tǒng)的秒表記錄的方式，把計(jì)算的時(shí)間交由電腦完成，自動(dòng)繪制時(shí)間表。學(xué)生很快就能看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然后能得出自己的結(jié)論。學(xué)生們興致盎然地一個(gè)因素一個(gè)因素去探究，一節(jié)課下來，學(xué)生利用數(shù)字化感應(yīng)設(shè)備完成了多種因素的探究，收到了很好的效果。

適當(dāng)?shù)囊霐?shù)字化探究設(shè)備，可以在一節(jié)課的時(shí)間中，讓學(xué)生經(jīng)歷多種科學(xué)探究。豐富學(xué)生的經(jīng)歷，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

四、在普通探究設(shè)備無法完成實(shí)驗(yàn)時(shí)引入數(shù)字化探究儀器

蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)《加熱與冷卻》一課，有這樣的探究環(huán)節(jié)：探究固體的熱脹冷縮現(xiàn)象。A教師選擇銅球和一個(gè)鐵環(huán)的實(shí)驗(yàn)裝置，期待的實(shí)驗(yàn)效果是：把銅球加熱后發(fā)現(xiàn)不能穿過鐵環(huán)，冷卻后銅球就可以穿過鐵環(huán)。實(shí)際教學(xué)效果卻是：不管學(xué)生加熱多久，總是有幾個(gè)小組的銅球可以穿過鐵環(huán)。接著冷卻后，也有幾個(gè)小組的銅球無法穿過鐵環(huán)。學(xué)生們的意見不一，教師只好告訴學(xué)生們這些器材質(zhì)量不好，事實(shí)是固體有熱脹冷縮的特性。而B老師則采用一套固體熱脹冷縮感應(yīng)設(shè)備，然后對(duì)銅絲進(jìn)行加熱，設(shè)備上很明顯地顯示出銅絲的粗細(xì)變化，加熱時(shí)銅絲的直徑在不停地變化，數(shù)據(jù)直觀地顯示出來，接著再將銅絲放入冷水中，銅絲的直徑也在不停地變化。學(xué)生們?cè)诖诉^程中感受到了固體的熱脹冷縮現(xiàn)象。

綜上所述，在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)使用傳統(tǒng)設(shè)備無法幫助我們更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察的情況下，使用數(shù)字化探究設(shè)備可以幫助我們更仔細(xì)地觀察到現(xiàn)象，得到正確的結(jié)論。