數(shù)字化探究進入小學(xué)科學(xué)課堂之我見

鮑峰

【摘 要】人類已進入數(shù)字化時代，隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，我們的思維方式、學(xué)習(xí)方式和生活方式正在悄悄地改變著。數(shù)字化實驗設(shè)備參與到小學(xué)科學(xué)探究，突破了傳統(tǒng)實驗的局限，實現(xiàn)了學(xué)習(xí)形式、研究方式、分析方法和認識過程的轉(zhuǎn)變，從而促進學(xué)生更深刻地認識科學(xué)本質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化;探究;小學(xué)科學(xué)

一、實驗儀器新型化，學(xué)習(xí)形式由驗證向探究轉(zhuǎn)變

科學(xué)學(xué)習(xí)要以探究為核心，細看小學(xué)生所開展的科學(xué)實驗，其實基本都屬于以探究為形式的驗證性實驗。真正的探究性實驗非常少，其原因是小學(xué)生現(xiàn)有的水平不太可能有探究性實驗，還有小學(xué)生所用的實驗器材相對比較落后，實驗室里的溫度計、測力計這些儀器已經(jīng)離我們的生活太遠了。如今人類已進入數(shù)字化時代，數(shù)字化實驗儀器對當(dāng)今的小學(xué)而言并非陌生，有些學(xué)生甚至已經(jīng)對數(shù)字化儀器（如電子溫度計）有了一定了解，并已形成了科學(xué)前概念。我們需要在小學(xué)科學(xué)實驗中應(yīng)用一些全新的實驗儀器來采集數(shù)據(jù)，根據(jù)可見的數(shù)字做實驗分析，這樣才能從重視知識傳授的驗證性實驗向重視培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的探究性實驗轉(zhuǎn)變。

二、數(shù)據(jù)采集精準化，研究方式由定性向定量轉(zhuǎn)移

1.變模糊為精準。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，傳統(tǒng)實驗的數(shù)據(jù)采集不可避免地受到很多外在因素的干擾，導(dǎo)致測不準。教師引入高科技數(shù)字設(shè)備后，可以讓數(shù)據(jù)采集避免人為的干擾，使采集的數(shù)據(jù)更精準、可靠。數(shù)字設(shè)備能有效采集傳統(tǒng)實驗室不可能采集到的數(shù)據(jù)，把傳統(tǒng)實驗室只能定性采集的數(shù)據(jù)定量化，促使學(xué)生更專注于實驗數(shù)據(jù)的討論與分析。例如“誰先落地”這個探究活動中，傳統(tǒng)實驗導(dǎo)致誤差的因素很多，如松手時間是否同時，物體下落高度，肉眼觀察……而借助光電傳感器就能精準地記錄物體下落時間。實驗中只要安裝兩個光電傳感器，由于光電傳感器對光非常敏感，有物體經(jīng)過時，測得的數(shù)據(jù)會突然下降，根據(jù)這個原理記錄經(jīng)過第一個傳感器的時間，即為起點時間，再記錄經(jīng)過第二個傳感器的時間，即為終點時間，然后自動計算出物體下落時間。

2.化細微為有形。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，空間上細微過程人眼難以觀察，我們可以借助于顯微鏡實現(xiàn)細致的觀察。時間上的細微變化難以捕捉，難以記錄，成為學(xué)生開展探究的一個難點。例如“最大靜摩擦力的測量”，這類實驗往往只能定性研究，或者用多媒體模擬演示。怎樣突破這個難點呢？只要借助一個力傳感器，這個問題就迎刃而解了。實驗時可以用力傳感器拉動小車，一開始小車與桌面是有靜摩擦力的，所以是靜止不動的，但表示拉力大小的曲線在不斷上升，即靜摩擦力也在不斷增加。當(dāng)小車開始運動的一瞬間，表示拉力大小的曲線到達最高點然后突然下降。曲線最高點所對應(yīng)的拉力大小就是小車與桌面之間的最大摩擦力。數(shù)字化傳感器實時采集數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了時間上細微過程的實驗過程數(shù)據(jù)自動記錄，可以將細微的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成明顯的現(xiàn)象，不僅實現(xiàn)了瞬間現(xiàn)象的“可視化”，還實現(xiàn)了數(shù)據(jù)記錄的連續(xù)性。

三、數(shù)據(jù)處理智能化，分析方法由繁瑣向高效改變

利用數(shù)字化技術(shù)與實驗教學(xué)結(jié)合，可以將數(shù)據(jù)采集器、傳感器和計算機軟件、硬件組成多功能的測量系統(tǒng)，能快速、精確、實時地采集數(shù)據(jù)，并自動記錄和分析處理。由于大大節(jié)省傳統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)的記錄、計算和分析的時間，使實驗分析由繁瑣轉(zhuǎn)向高效。隨著對科學(xué)探究研究的深入，我們越來越多地認識到：真正的探究發(fā)生在孩子的頭腦中，著力培養(yǎng)孩子的科學(xué)思維力，提升孩子的科學(xué)智慧，才是我們課堂的重心，所以在數(shù)字化科學(xué)課堂上加強對數(shù)據(jù)的科學(xué)解讀，這才是學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的關(guān)鍵。數(shù)字設(shè)備不是課堂的主角，而是絕對的配角，科學(xué)教師要充分發(fā)揮數(shù)字實驗室“實時采集，實時處理”的優(yōu)點，讓學(xué)生在數(shù)據(jù)梳理的過程中不斷地分析、歸納，得出結(jié)論，從而透過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其背后的深刻科學(xué)道理，使學(xué)生不僅關(guān)注于數(shù)字化探究中測得的數(shù)據(jù)，而且更加注重發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的科學(xué)本質(zhì)，促使學(xué)生的科學(xué)思維得以升華。

四、實驗結(jié)果形象化，認識過程由感性向理性飛躍

1.結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)字。人類對任何具體事物的認識，都是從感性認識開始的。人通過眼、耳、鼻、舌、身等接觸客觀事物，形成對客觀事物的感性認識。但人類對自然現(xiàn)象的認識不只停留在感性認識階段，還會去尋找其產(chǎn)生、發(fā)展的原因和規(guī)律，從而由感性認識上升為理性認識。對小學(xué)生而言，他們的科學(xué)觀察和實驗大多停留在感性認識的階段。例如“聲音”這節(jié)課，教學(xué)目標是讓學(xué)生認識聲音的特征，利用自己的感官分辨出聲音在高低和大小的差異。但通過一番似是而非的分辨，由于學(xué)生感官的局限和差異，他們對聲音的高低、大小規(guī)律沒能形成一致的結(jié)論，難道學(xué)生對聲音的認識只能限于此嗎？我們何不借助聲音傳感器來測出聲音的高低、大小，來彌補人類感官的不足呢？數(shù)字化儀器在小學(xué)科學(xué)實驗中的應(yīng)用，輕松地采集到了豐富的實驗數(shù)據(jù)，克服了傳統(tǒng)實驗儀器的局限，實現(xiàn)了學(xué)生的認識由感性向理性的飛躍。

2.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形。以圖形的方式認識世界是人類最便捷的認識方式之一，視覺能力是我們獲取世界信息的重要能力。人類進化過程中，人腦最先接觸圖像而后才接觸文字，每一種技術(shù)的發(fā)明都是人類進步的表現(xiàn)，上述的這種理解世界的認識方式與互動方式產(chǎn)生深刻的變化。對于數(shù)字化探究來說，如果僅僅滿足于數(shù)據(jù)的獲得，顯然難以符合小學(xué)生的身心發(fā)展特征，難以達到理想的教學(xué)效果。相比較簡單的數(shù)據(jù)，形象的圖形似乎更能符合小學(xué)生學(xué)習(xí)的特點，更能夠有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。從另外一個角度看，現(xiàn)在的學(xué)生由于從小接觸到各類視覺媒介，對圖形的敏感程度要顯著高于數(shù)據(jù)和文字。因此在科學(xué)教學(xué)中，如果將圖形巧妙融于學(xué)生的探究活動中，符合小學(xué)學(xué)段年齡特征，同時能夠有效幫助其認識到事物的表象和內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，更加深刻地認識科學(xué)的本質(zhì)。

（作者單位：江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)方洲小學(xué)）