实验教学的新实践——上海市小学数字化实验应用案例100例_ 朱玲玲编_9787572010286

　　《实验教学的新实践——上海市小学数字化实验应用案例100例》是上海市闸北田家炳小学利用数字化实验传感器，集自然学科、社会实践、拓展活动等多种形式，收集整理的案例。所开发的100余个数字化实验相关案例分为“物质科学”“生命科学”“地球与宇宙”“综合实践活动”“小学科学常用传感器的使用”五大领域，涵盖“电、热、磁、声、光、力、酸与碱”等主题。案例中有数字化实验教学的设计及配套的实验视频，可以为实验过程数字化、实验教学精准化提供参考与借鉴。

　　科学教育的特点是通过实验来探究科学原理，皮亚杰说过“要把实验室搬到课堂中去”。传统的实验教学呈现的往往是定性的实验结果，很难对实验的过程及结果作出基于数据的精准的解释。数字化信息系统（ digital informationsystem，简称DIS）是综合运用传感器、计算组成进行数据采集、数据处理的新型实验系统，它实现了信息技术与科学教学的深度融合，开启了实验教学的数字化时代。如何应用数字化信息系统重构科学实验教育课程是变革与创新科学教育的一项前瞻性的研究课题。我校从对小学科学课程内容的整体分析和梳理出发，在开展常态化DIS实验教学实践的基础上，博采众长，设计和开发了覆盖小学科学教育各个内容领域的《实验教学的新实践——上海市小学数字化实验应用案例100例》，初步形成了“猜想一验证一解释”探究实验教学的模式，激发了学生的科学兴趣，发展了学生科学探究能力。
　　一、引进设备，丰富实验手段
　　自2016年起，我校分批投入DIS数字实验设备，确保数字化实验课程的设计与实施。目前已经累计拥有各类传感器1 5种，包括pH传感器、力传感器、分体式位移传感器、温度传感器、声波传感器、声级传感器、光照度传感器、磁感应强度传感器等，还有与之配套的摩擦力轨道实验器、摩擦做功实验器、多用途力学轨道、浮力组件等实验设施。这些设施、设备，极大地丰富了学生的实验操作内容，为解决科学问题提供了更多行之有效的手段。
　　二、因地制宜，调整课时安排
　　为了更好地实现数字化实验常态化教学，提供学生和老师连贯的实验操作体验和充分的思考、交流时间，2019年开始，学校将自然课安排成两节连上的形式，保证了实验的系统性和连贯性。课内实验对应现阶段沪远东版、沪科教版《自然》教材和沪教版《科学与技术》教材内的大部分实验；课外探究对应学校的“科技大本营”“数字化实验室”“创智田子坊”等科技社团的活动，以及“衣、食、住、行”生活课程所涉及的长周期科学实践活动。结合每学期德育生活课程中关于“衣、食、住、行”的探究任务，让学生利用课后或者休息日，自己组合团队小组，设计实验方案与任务单，借用学校的数字化实验设备开展实验，最终形成项目活动报告。比如“行”主题中，探究“汽车惯性实验和交通安全调查”的小组项目，4个学生自行组合，围绕影响车辆刹车的因素展开调查和实验论证。学生先在实验室，利用力传感器和摩擦力轨道开展对比实验，从实验数据里找到了摩擦力大小对刹车的影响，证实自己的推测；随后到小区、街边等公共场合开展问卷调查，得到一手数据；汇总两个数据信息，得出最终结论“摩擦力不足以减少车辆刹车的惯性”，进而倡议“安全驾驶，遵守交规，享受幸福生活”。我们力求将科技前沿知识和最新技术成果融入学生生活实验中，丰富生活体验的同时，培养观察思考的能力。
　　三、分层施教，培养科学精神
　　我们注重引领、普及、照顾，让所有孩子都能踏入数字化实验的世界。针对不同学生的学习水平，我们制定分层实验要求，以满足不同层次学生的学习需求。面向普通学生，设计基于教材的、基于生活问题研究的数字化实验，注重体验科学探索的一般过程，给每个学生参与实验的机会；对于资优学生，在基础实验的基础上提高实验难度，或由学生自己发现社会生活中想研究的课题，以项目研究的方式推进，注重培养学生项目设计、方案撰写、实验操作、数据分析、实验表达等严谨的科学态度、科学精神，培养其领悟科学技术与日常生活、与社会发展相联系的更高层次的认知与技能；对特殊学生和学困生，我们则降低难度、减少数量、反复实验，帮助学生体验感悟实验的快乐。如鼓励学生用学到的知识和数字化实验设备，去解决他们感兴趣的问题。4个志同道合的小伙伴，组成了“冰火小队”，以“遵守交通安全，共建美丽家园”为主题，运用力传感器设计模拟实验，对汽车惯性涉及的交通安全问题开展调查；听障孩子虽听力受损，但在人工耳蜗的帮助下，可以如常人般，运用自己其他感官参与科学探索。对于智障和学习困难学生，降低实验要求，设计操作简便的实验项目。如运用磁感应强度传感器测量磁性大小，操作上只要求学生能够按照实验规则，把磁性探头摆放到准确位置即可，然后通过读数，记数、比大小，就可得出结论；又比如脑瘫孩子因为手指不灵活、不受力，在实验中发挥小组伙伴的互助作用，让他承担观察读数、分析表达的任务，共同参与完成实验。
　　四、博采众长，构建数字化实验课程
　　2018年至今，学校受市教研室的委托成为上海市中小学数字化实验应用推进项目的培训基地之一。在上海市数字化实验系统研发中心主任冯容士、副主任陆伯鸿和市教研室赵伟新、沈慧丽老师的指导下，学校参与两批次市级DIS实验应用培训，其中共有18所学校、60位老师参与培训活动。2019年12月-2021年6月，学校在市教研室的支持下开展了“上海市中小学数字化实验应用案例研制”的项目研究。

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