談數(shù)字化工具在科學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用

陳小衛(wèi)

［摘 要］在小學(xué)科學(xué)教學(xué)過程中，實驗操作占據(jù)很大的比重。因而，教師應(yīng)當(dāng)采用多種教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷整個實驗過程，提升學(xué)生的實驗操作素養(yǎng)。教師可以借助數(shù)字化工具來更新小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)理念，高效實現(xiàn)信息技術(shù)與科學(xué)課程的整合，突破傳統(tǒng)小學(xué)科學(xué)實驗操作的教學(xué)弊端，真正借助數(shù)字化工具來提高小學(xué)科學(xué)教學(xué)效率，提升學(xué)生的綜合科學(xué)素養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］數(shù)字化工具；小學(xué)科學(xué)；實驗教學(xué)；應(yīng)用；變色花

［中圖分類號］ G623.6 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1007-9068（2022）24-0080-03

對于小學(xué)科學(xué)而言，數(shù)字化工具的引入有效解決了傳統(tǒng)實驗探究當(dāng)中難以完成的任務(wù)，極大地提升了實驗操作的精準(zhǔn)性以及科學(xué)性。當(dāng)前，如何更好地應(yīng)用數(shù)字化工具開展科學(xué)實驗教學(xué)，仍然是小學(xué)科學(xué)教師應(yīng)當(dāng)思考的問題。作為科學(xué)教師，應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗、推陳出新，借助數(shù)字化工具真正打造高效的小學(xué)科學(xué)課堂。

《變色花》是蘇科版教材六年級上冊《物質(zhì)在變化》單元的內(nèi)容，也是筆者2018年參加江蘇省優(yōu)質(zhì)課評比的課題。當(dāng)初之所以選定這個課題，源于自己教學(xué)的一點感悟：當(dāng)上完本課后，學(xué)生用自制的酸堿指示劑檢測弱酸、弱堿性液體時，發(fā)現(xiàn)這些液體無法使紫甘藍(lán)汁變色，導(dǎo)致學(xué)生誤以為這些液體是中性物質(zhì)。后來，筆者通過對教材進(jìn)行解讀及查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，對本課的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、材料選用等方面做了大膽的嘗試。首先，用榨汁機制取的紫甘藍(lán)汁檢測常見液體的酸堿性；其次，用PH筆檢測弱酸、弱堿性液體的酸堿性；最后，通過對比、分析、交流，總結(jié)出液體酸堿性的科學(xué)概念及酸堿性強弱規(guī)律。

【教學(xué)過程】

教學(xué)片段一：用紫甘藍(lán)汁檢測常見液體的酸堿性

實物出示：白醋、肥皂水、紫甘藍(lán)汁（用榨汁機制取而成）

師：老師這里有一杯紫甘藍(lán)汁，看一看它是什么顏色？

生：紫色。

師：如果用滴管取一些紫甘藍(lán)汁滴入白醋中，會怎樣呢？誰愿意來試一下？紫甘藍(lán)汁發(fā)生了什么變化？

生：哇！紫甘藍(lán)汁變紅了。

師：如果再用滴管取一些紫甘藍(lán)汁滴入肥皂水中，又會怎樣呢？誰再來試一下？紫甘藍(lán)汁又會發(fā)生什么變化？

生：紫甘藍(lán)汁變成了綠色。

（課件出示雪碧、洗潔精、龍井綠茶、蘇打水、石灰水、檸檬水這6種常見液體的圖片，其中雪碧、龍井綠茶、蘇打水、檸檬水為飲料產(chǎn)品）

師：它們中哪些能像白醋一樣使紫甘藍(lán)汁變紅呢？哪些能像肥皂水一樣使紫甘藍(lán)汁變綠呢？大家想研究嗎？

生（異口同聲）：想。

（學(xué)生動手操作和觀察）

師：實驗完成的小組，請根據(jù)紫甘藍(lán)汁的顏色變化給這6種液體分類。哪位同學(xué)愿意匯報一下你們組的實驗結(jié)果？

生1：讓紫甘藍(lán)汁變紅的液體有雪碧、檸檬水、蘇打水，讓紫甘藍(lán)汁變綠的液體有洗潔精、石灰水、龍井綠茶。

（學(xué)生邊匯報，教師邊把液體圖片貼入“紅”、“綠”相對應(yīng)的欄目中）

師：有不同意見嗎？

生2：我認(rèn)為龍井綠茶沒讓紫甘藍(lán)汁變綠，因為龍井綠茶本身就是綠色的。

生3：蘇打水沒讓紫甘藍(lán)汁變成紅色，應(yīng)該是變成淡紫色。

師：你們可以把蘇打水使紫甘藍(lán)汁變化的顏色，同檸檬水、雪碧使紫甘藍(lán)汁變化的顏色對比一下。

生：顏色的確不同。

師：我們把使紫甘藍(lán)汁顏色變化不明顯的龍井綠茶、蘇打水單獨放在一列。（教師貼圖片）我們根據(jù)紫甘藍(lán)汁的顏色變化情況，將以上的6種液體分成了三類。科學(xué)上把像雪碧、檸檬水這樣能使紫甘藍(lán)汁變紅色的物質(zhì)叫酸性物質(zhì)；像洗潔精、石灰水這樣能使紫甘藍(lán)汁變綠色的物質(zhì)叫堿性物質(zhì)；像紫甘藍(lán)汁這樣能夠分辨出物質(zhì)的酸性和堿性，所以我們把它稱為酸堿指示劑。

（教師板書）

師：那么，沒有使紫甘藍(lán)汁變色的蘇打水、龍井綠茶到底是什么物質(zhì)呢？酸性？堿性？還是別的物質(zhì)？先思考2分鐘。

師：誰來說一說？

生4：蘇打水和龍井綠茶應(yīng)該是中性物質(zhì)，我在科普書上看到，物質(zhì)分為酸性物質(zhì)、堿性物質(zhì)和中性物質(zhì)。

生5：我認(rèn)為蘇打水和龍井綠茶應(yīng)該是酸性物質(zhì)，因為它們和雪碧、檸檬水一樣都是飲料。

生6：不對。龍井綠茶應(yīng)該是堿性物質(zhì)，因為龍井綠茶的主要成分是茶葉，茶葉里含有茶堿。

生7：我認(rèn)為龍井綠茶是酸性物質(zhì)，感覺它還是有些變紅色的，可能是被自身的顏色遮擋住了。

生8：蘇打水應(yīng)該是堿性物質(zhì)，我在電視中看過關(guān)于蘇打水的介紹，說它是一種弱堿性水，多喝對人體有好處。

教學(xué)片段二：用PH筆檢測常見液體的酸堿性

師：老師這里有一個比較精密的儀器——PH筆，如果把它放入液體中，顯示屏內(nèi)會出現(xiàn)液體酸堿度的數(shù)值，我們把這個數(shù)值叫作pH酸堿度。下面，我們來認(rèn)識一下PH筆的基本構(gòu)造和使用方法。（課件出示）

師：每檢測一種液體，PH筆的這些使用步驟都要重復(fù)一次，使用過的清洗劑也要及時更換。大家還有不明白的地方嗎？

生：沒有。

師：請材料員到臺前重新領(lǐng)取一組實驗材料，組長把實驗桌上的材料放入抽屜內(nèi)。用PH筆檢測一下蘇打水和龍井綠茶的酸堿性，并記錄好數(shù)據(jù)。

（學(xué)生動手探究）

師：請記錄員把你們組測得的數(shù)據(jù)填入這個統(tǒng)計表內(nèi)。

液體pH酸堿度統(tǒng)計表

師：看了這些數(shù)據(jù)，你們有什么發(fā)現(xiàn)？

生9：每組測得的蘇打水和龍井綠茶的pH酸堿度有些不一樣。

師：相差大嗎？

生10：不大。蘇打水的pH酸堿度都在7.5左右，龍井綠茶的pH酸堿度都在6.2左右。

師：這種微小的誤差在科學(xué)上是允許的。還有別的發(fā)現(xiàn)嗎？

生11：蘇打水的pH酸堿度大于龍井綠茶的pH酸堿度。

師：如果把它們的pH酸堿度與數(shù)字7進(jìn)行比較呢？

生12：蘇打水的pH酸堿度大于7，龍井綠茶的pH酸堿度小于7。

師：科學(xué)家規(guī)定，pH酸堿度小于7的物質(zhì)是酸性物質(zhì)；pH酸堿度大于7的物質(zhì)是堿性物質(zhì)；pH酸堿度等于7的物質(zhì)是中性物質(zhì)。所以蘇打水是什么物質(zhì)？龍井綠茶是什么物質(zhì)？

生13：蘇打水是堿性物質(zhì)，龍井綠茶是酸性物質(zhì)。

師：想不想用PH筆再來驗證一下雪碧、檸檬水這兩種酸性物質(zhì)的pH酸堿度是否真的小于7？同時，也驗證一下洗潔精、石灰水這兩種堿性物質(zhì)的pH酸堿度是否真的大于7。

生：想！

（學(xué)生動手實驗，教師用手機拍取數(shù)據(jù)，并利用手機、電腦同屏軟件出示數(shù)據(jù)）

師：雪碧、檸檬水的pH酸堿度小于7嗎？

生：小于7。

師：洗潔精、石灰水的pH酸堿度大于7嗎？

生：大于7。

師：我們再來仔細(xì)觀察這些數(shù)據(jù)，看還有沒有什么新的發(fā)現(xiàn)。

生14：石灰水的pH酸堿度最大。

生15：檸檬水的pH酸堿度最小。

生16：酸性物質(zhì)的pH酸堿度不一樣，堿性物質(zhì)的pH酸堿度也不一樣。

師：這些不同的pH酸堿度中又蘊含著怎樣的科學(xué)知識呢？請看大屏幕——科學(xué)小知識。

屏幕顯示：pH酸堿度的應(yīng)用范圍在0～14之間，相同條件下，酸性物質(zhì)，pH酸堿度越小，酸性越強；堿性物質(zhì)，pH酸堿度越大，堿性越強。（學(xué)生默讀）

師：這6種液體中誰的酸性最強？

生：檸檬水。

師：誰的堿性最強？

生：石灰水。

【處理與優(yōu)化】

從以上教學(xué)過程我們不難看出，數(shù)字化工具PH筆的介入與使用，不僅彌補了紫甘藍(lán)汁無法檢測弱酸、弱堿性物質(zhì)的缺陷，讓實驗中獲得的數(shù)據(jù)更精確、解釋更有說服力，還凸顯了以下幾個亮點。

1.借助數(shù)字化工具，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維

小學(xué)科學(xué)的教學(xué)目標(biāo)之一便是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)以及良好的創(chuàng)新能力。因而，教師要注重小學(xué)科學(xué)中實驗部分的教學(xué)，并借助數(shù)字化工具的引入與使用，讓實驗更具有科學(xué)性、趣味性。同時，還可以借助數(shù)字化工具創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生主動參與實驗，高效完成傳統(tǒng)實驗所不能夠完成的探究活動。另外，教師應(yīng)讓學(xué)生成為實驗課的主體，讓學(xué)生來改進(jìn)和拓展傳統(tǒng)實驗，借助數(shù)字化工具進(jìn)行創(chuàng)新，以此獲得更多的實驗體會，加深對此部分知識的理解，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

例如，當(dāng)學(xué)生使用紫甘藍(lán)汁無法檢測蘇打水和龍井綠茶的酸堿性時，教師及時提出問題：“那么，沒有使紫甘藍(lán)汁變色的蘇打水、龍井綠茶到底是什么物質(zhì)呢？酸性？堿性？還是別的物質(zhì)？”由此引發(fā)學(xué)生思考，并讓他們嘗試解釋，從而讓學(xué)生利用原有知識經(jīng)驗暴露出科學(xué)前概念，發(fā)生思維碰撞。這時，教師引入數(shù)字化工具——PH筆，讓學(xué)生發(fā)散思維進(jìn)行操作，通過傳感器顯示的數(shù)字，清晰呈現(xiàn)實驗現(xiàn)象，并讓學(xué)生記錄、匯總數(shù)據(jù)，從縱向與橫向兩個方面對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終建構(gòu)起“pH酸堿度小于7的物質(zhì)是酸性物質(zhì)，酸性物質(zhì)的pH酸堿度越小，酸性越強；pH酸堿度大于7的物質(zhì)是堿性物質(zhì)，堿性物質(zhì)的pH酸堿度越大，堿性越強；pH酸堿度等于7的物質(zhì)是中性物質(zhì)”這一新的科學(xué)結(jié)論。這樣能夠細(xì)化實驗結(jié)果，也能夠在操作過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

2.借助數(shù)字化工具，變革科學(xué)實驗思路

數(shù)字化工具，作為一項信息技術(shù)含量極高的工具，是由多種類型的傳感器以及相關(guān)的數(shù)據(jù)采集器所構(gòu)成。借助對實驗數(shù)據(jù)的采集，可以將實驗過程中的變量數(shù)字化、可視化，同時有效簡化實驗操作步驟，獲得深刻的實驗體驗感，讓學(xué)生更加樂于參與小學(xué)科學(xué)實驗。這樣可提升學(xué)生收集信息、處理信息的能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合科學(xué)素養(yǎng)，真正實現(xiàn)小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)的巨大變革。

例如，在教學(xué)片段二中，教師借助數(shù)字化工具能夠優(yōu)化之前課程實驗的操作步驟以及操作思路，也能夠有效鍛煉學(xué)生的實驗操作能力，變革傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)教學(xué)思路。具體而言，即通過PH筆將實驗數(shù)據(jù)可視化，讓學(xué)生在操作過程當(dāng)中觀看到穩(wěn)定、清晰、直觀的實驗現(xiàn)象，真正理解與掌握這部分的理論知識，提升自身的科學(xué)素養(yǎng)。

3.通過數(shù)字化工具，優(yōu)化科學(xué)實驗方案

在傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)過程中，實驗活動器材的準(zhǔn)備過程十分繁瑣，而且受時間、空間等因素限制，無法使實驗結(jié)果完全在當(dāng)前的情況下得以呈現(xiàn)，而借助數(shù)字化工具可以改變傳統(tǒng)實驗的弊端，進(jìn)一步優(yōu)化實驗效果。

如進(jìn)行本課的教學(xué)時，筆者刪除了教材上用紫甘藍(lán)制作酸堿指示劑這一內(nèi)容，直接為學(xué)生提供用榨汁機制取的紫甘藍(lán)汁，并適時增添用PH筆檢測身邊常見液體的酸堿性這一環(huán)節(jié)。原因有三：一是本課的教學(xué)重點是辨別身邊常見物體的酸堿性，并發(fā)現(xiàn)物質(zhì)變化是有規(guī)律的。自制紫甘藍(lán)汁耗時長，學(xué)生如果操作不當(dāng)，還會把實驗桌上弄得到處是水，嚴(yán)重影響對物質(zhì)酸堿性的進(jìn)一步探索。而使用榨汁機制取紫甘藍(lán)汁易操作、耗時短，大大提高了課堂教學(xué)效率。二是用榨汁機制取的紫甘藍(lán)汁中的花青素含量較高，實驗時現(xiàn)象明顯（但仍然無法檢測弱酸和弱堿性液體）。三是借助數(shù)學(xué)化工具的應(yīng)用來優(yōu)化當(dāng)前的實驗方案。PH筆具有精確、智能、易于操作等優(yōu)點，將其運用在教學(xué)中，既能降低實驗的難度，提高實驗的效率，讓學(xué)生有更多的時間和精力整理、分析、交流實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)，完成對新知識的自主建構(gòu)，又有利于把定性實驗轉(zhuǎn)化為定量實驗，創(chuàng)新實驗的方法，讓學(xué)生通過操作能夠“看得見”液體酸堿性，以及不同的液體酸堿性強弱是不同的。

總之，將數(shù)字化工具應(yīng)用在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，能有效改進(jìn)傳統(tǒng)實驗，促進(jìn)學(xué)生高效完成實驗任務(wù)，對實驗結(jié)論進(jìn)行深入的探究，實現(xiàn)提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)。

［基金項目］本文為江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究2019年度第十三期課題“數(shù)字化工具在小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中應(yīng)用的案例研究”（課題批準(zhǔn)號：2019JK13-L406）的階段研究成果。