小學科學課中傳統(tǒng)實驗教學轉化為智慧實驗教學的研究分析

□甘肅省張掖市臨澤縣城關小學 范宏榮

智慧課堂是在教育信息化2.0 背景下誕生出來的一種全新課程模式，強調教師以信息技術為支撐，通過微課教學、翻轉課堂等模式來為學生進行授課。在這一過程中不僅學生能夠更加直觀地接收知識，教師還可以借助信息技術優(yōu)勢，通過評價反饋、資源推送、成果整理以及數據分析等相關技術手段，來創(chuàng)造課堂更為豐富的附加值，從而整體提高了課堂教學質量。將智慧課堂融入小學科學實驗教學中，教師能夠為學生創(chuàng)建開放式的學習平臺，引導學生根據自身需求來設計并操作實驗，最終完成實驗成果轉化，能夠有效體現(xiàn)學科特色，全面培養(yǎng)學生的自主探究能力。為此，教師需要正確理解智慧課堂的應用內涵，并深入分析傳統(tǒng)實驗教學中存在的不足，為學生打造更為智能的實驗空間。

一、傳統(tǒng)科學實驗教學中存在的弊端

（一）時間和空間不足，易受材料限制

實驗是學生對課堂理論內容進行初步了解之后，通過實踐操作來進行知識驗證的環(huán)節(jié)。因此，在傳統(tǒng)實驗教學中，課堂本身極易受時間和空間限制，教師不僅要保證學生充分理解知識，同時還需要留出充裕的實驗時間。除此之外，小學階段接觸的實驗內容雖然相對基礎，但是卻也需要擁有大量的材料和設備作為支撐，對一部分經費較為緊張的學校產生了一定壓力，甚至難以滿足學生操作需求。如此一來便導致當前大部分學校的科學實驗教學都不盡如人意，并且難以將學生的創(chuàng)意轉化成具體的實驗成果。

（二）存在局限性，課程資源不足

實驗是學生探索生活的重要途徑，也是學生認知并了解事物的有效方法之一。在小學階段開展實驗教學，并不單純局限于引導學生掌握科學知識，同時也是希望通過實驗的方式來幫助學生感悟學科思想，使其能夠利用有效手段解決生活中的問題。但就以往的教學成果來看，教師開展實驗教學的主要范圍通常都集中在課內層面，同時實驗開展的目的也往往局限于達成教材知識目標，并沒有引導學生正確理解實驗思想，也沒有通過實驗來開闊學生視野，引領學生了解更多的事物原理。為此，教師需要進一步拓展課程資源，為學生引入更加豐富的實驗內容，從而促進實驗教學的升級轉型。

（三）缺乏效率性，學生理解困難

在實驗教學過程中，存在一部分內容較為復雜，同時操作流程又相對繁瑣的實驗。而小學生由于思維水平與操作能力不足，在進行實驗操作的過程中常常會遭遇各種障礙，如此一來便進一步增加了實驗教學中的不可控因素，使教師難以有效把握教學節(jié)奏。針對這一現(xiàn)象，教師要做的不僅是簡化實驗流程，同時還需要尋求更為高效的教學手段，幫助學生理解實驗目的、操作細節(jié)以及技術要點，如此才能夠促使學生順利完成實驗項目，并通過對實驗過程的梳理總結，來獲得具體的知識經驗與方法技能，以此全面提高小學科學實驗教學質量。

（四）忽視主體性，學生被動學習

實驗并非學生跟隨教師演示盲目進行操作，而是要求學生理解每一個步驟之間的邏輯關系，并能夠主動在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而保證學生在實驗項目中的收益達到最大化。當前教師在開展實驗教學的過程中，常常忽略了學生的主體地位，甚至個別教師為了保證對教學時間的合理運用，還會剝奪學生的操作權利，通過單方面的操作演示，來幫助學生了解實驗內容。如此不僅導致教學質量受到嚴重影響，同時也不利于培養(yǎng)小學生的問題意識、探究意識以及創(chuàng)作意識，使其無法將“實驗”這一學習方法應用于現(xiàn)實生活中。

二、小學科學課中傳統(tǒng)實驗教學轉化為智慧實驗教學的關鍵途徑

（一）加強平臺建設，開展線上教學

加強平臺建設是開展智慧實驗教學的重要環(huán)節(jié)，教師需要根據學校的實際情況以及實驗教學需求，來選擇對應的線上教學軟件，隨后通過不斷完善系統(tǒng)的功能配置，來為學生打造“虛擬實驗空間”，使學生不僅能夠通過線上平臺了解實驗知識，同時也確保教師能夠在這一過程中開發(fā)課件、采集數據、管理檔案以及開展線上教學，從而學生打造更為智能的實驗學習空間。

以“學正寶”線上學習軟件為例，該軟件分為學生端與教師端兩個接口。其中學生端結構包含自主學、隨堂學、輔導學以及課堂學等四個模塊，能夠支持學生進行課前預習或課后拓展，并在課中引導學生跟隨教師計劃系統(tǒng)了解相關知識；而教師端則包含了教學管理、作業(yè)管理、學情分析、師生互動等多項功能，主要目的是方便教師進行課件制作，同時更加精準地掌握班級學情，以便于能夠高效開展實驗教學，如圖1 所示。

圖1 智慧實驗平臺的功能配置

借助平臺強大的教學功能，教師可以展開線上教學，引導學生在課前或課后自主對實驗項目進行了解，并借助家庭中豐富的生活材料來開展一些簡單的實驗活動。如此一來不僅極大緩解了學校的資源壓力，同時也有效解除了教學時空間限制，使教師能夠隨時隨地為學生開展實驗教學，如圖2 所示。

圖2 電路實驗線上教學演示

（二）實施檔案管理，豐富課程資源

“智慧實驗課堂”要求具備強大的資源整合能力，使教師不僅能夠完整記錄學生的課堂學習情況，同時還可以詳細記錄不同實驗的設計方案，以及教師在課堂中誕生出的創(chuàng)新想法等。通過對這部分內容進行整合，教師一方面可以不斷擴充學校的課程資源儲備，另一方面也可以借助平臺與其他地區(qū)學校的教師進行交流，使得教師關于實驗內容的一些設想能夠得到不斷完善，從而有效開發(fā)出更加豐富的實驗內容。

例如，教師可以將學校的“智慧實驗平臺”與教育資源公共服務網站之間進行對接，使其他教師也能夠瀏覽學校的一些特色實驗項目，并借助平臺的“大眾點評”功能來給出評價及相關建議，從而為實驗內容的持續(xù)改進提供群體智慧。在此基礎上，教師也可以參考其他教師的實驗設計方案，從中選擇符合當前教學特點的內容進行改進、完善、保存，并將其作為實驗素材引入到課堂之中，幫助學生接觸更加豐富的實驗學習內容。通過這樣的方式，教師可以不斷豐富學校的實驗課程資源，同時根據學生的實際需求來打造針對性的實驗項目。不僅有效提高了實驗教學質量，同時也能夠保證學生通過“智慧實驗平臺”了解到更加豐富的科學知識。

（三）采用數據技術，精準診斷學情

“數據分析”是智慧實驗課堂的另一特征，通過對班級學生展開數據診斷，教師可以更加精準地了解學生的學習需求，并根據數據分析結果來針對性地調整教學計劃。教師可以合理剔除一些不必要的基礎講解環(huán)節(jié)，集中針對實驗的重難點環(huán)節(jié)進行操作演示，以此確保學生能夠更為完整地了解實驗知識，同時順利完成實驗操作任務。

例如，在課前環(huán)節(jié)，教師可以使用PPT 演示課件將完整的實驗操作流程分享給學生，引導學生進行課前自主預習。在這一過程中，智慧實驗平臺會自動采集學生的瀏覽數據，包括學生對某一環(huán)節(jié)實驗操作的暫停、回放、重播次數，教師可以通過數據統(tǒng)計學生的平均觀看時長以及點擊量等內容，由此分析學生對實驗的哪些細節(jié)存在理解障礙，并在課堂中進行更為清晰的演示說明。同時為學生介紹具體的實驗目的，確保學生能夠更加完整地掌握實驗操作要求。除此之外，教師還可以通過記錄學生的實驗成果、提問內容以及錯題情況等信息內容，自動分析學生當前的整體情況，以及在學習中討論最多的話題，如圖3 所示。然后以此為基礎為學生設置專項實驗項目，確保能夠通過實驗教學來滿足學生更多需求，并整體強化學生的學習能力。

圖3 學生作業(yè)分析數據

（四）提出生活話題，自主設計實驗

傳統(tǒng)教育模式下，學生開展實驗學習具有明顯的被動性特征，無論是實驗環(huán)節(jié)的設計，還是實驗材料的選擇，都只能夠根據教師要求來進行。在智慧實驗平臺背景下，教師則可以通過在“公共發(fā)言”板塊設置相關的生活話題來引導學生自主發(fā)現(xiàn)問題，并深入參與到整個實驗流程的設計當中。如在教學“運動與摩擦力”一課的過程中，教師可以在課后要求學生思考“同樣一種材料，受到的摩擦力會發(fā)生改變嗎？”以此為基礎引導學生聯(lián)系課堂學習經驗，自主展開實驗設計來驗證這一問題。不僅能夠培養(yǎng)學生的問題意識，同時也能夠幫助學生逐漸把握實驗特質，進一步提高學生的實驗學習能力。

在此基礎上，教師還可以根據學校的實際情況，選擇在智慧實驗平臺中加載音響系統(tǒng)、平板電腦、錄播系統(tǒng)、交互式電子白板、藍牙鏈接、紅外追蹤器、智能傳感器、NFC 貼片以及AR 和VR 設備等，為學生提供更為強大的設備支持，使他們不僅能夠簡化實驗流程，同時也可以在虛擬環(huán)境下獲得更加豐富的實驗學習機會。

三、智慧實驗教學在小學科學課程中的具體應用

（一）創(chuàng)設豐富情境，激發(fā)學習興趣

興趣在學生開展實驗學習的過程中起關鍵作用，不僅能夠引發(fā)學生對事物的探索欲望，同時也能夠促使學生主動了解更加豐富的科學原理，能夠奠定課堂教學的良好基礎。然而小學生的綜合能力薄弱，并且知識水平有限，往往難以完成一些復雜的實驗內容，故而無法全面感知科學實驗的魅力所在。為此，小學科學教師可以借助智慧實驗平臺，在虛擬場景下為學生呈現(xiàn)一些精彩的實驗，以此激發(fā)學生的操作欲望，并使其能夠展開實驗探究。

例如，在“認識飛行器”這一課的教學活動中，教師可以引入國內外的一些航模比賽、航模設計視頻，引導學生通過這些內容了解飛行器的科學原理。還可以通過VR 眼鏡，將學生代入航空模型的飛行視角當中，感受“虛擬飛行”帶來的刺激體驗。以此來充分激發(fā)學生的探究欲望，使其能夠根據教師的指引，使用簡易材料來制作一架“飛行器模型”，并在課后能夠展開進一步探索。

（二）引入智能系統(tǒng)，進行實驗輔助

科學實驗不僅要求學生掌握正確的操作步驟，同時還需要學生進行精確的計算以及測量，如此才能夠有效揭示事物的科學原理。然而小學生操作能力有限，在實驗過程中經常會出現(xiàn)各種疏漏，使學生喪失信心。為此，教師可以借助一定的智能設備來幫助學生簡化操作，使其能夠順利完成實驗，并獲得更為理想的實驗效果。

例如，在“運動和摩擦力”一課中，教師可以在平臺中連接智能傳感器系統(tǒng)，將力學傳感儀與學生需要進行實驗的物品進行對接，然后將物體分別放置在木板、毛巾、玻璃面上進行拉動。如此一來，隨著學生向后拖拽物體，力學傳感器中便會自動顯示出物體受到的拉力數值，并自動以數據圖表的方式呈現(xiàn)出來，如圖4 所示。通過這樣的方式，學生不僅能夠獲得更加精確的實驗數值，同時還能夠通過改變實驗物體的重量、形狀等相關參數，來探索摩擦力產生的更多影響因素，從而確保學生能夠通過實驗對“摩擦力”知識形成更為完整的認知。

圖4 智能實驗輔助系統(tǒng)

（三）加強數據管理，整理學習資料

實驗的目的是幫助學生驗證知識，并解決自身在學習過程中存在的問題，以便于能夠對學生今后的學習產生啟發(fā)。因此，對于學生來說，實驗記錄同樣也是一份珍貴的學習資料，能夠在學生今后復習與探究的過程中起到重要的參考作用。為此，教師應要求學生加強實驗總結，以便于加強自身的知識積累，并獲得更為理想的學習效果。

通過智慧實驗平臺，教師可以幫助學生自主申請個人專屬賬號。同時在每次進行實驗的過程中，不僅能夠由平臺自動記錄整理學生的實驗數據，還可以將學生的實驗圖片、視頻以及心得保存下來，形成完整的個人學習資料，并可以與其他學生之間進行交流共享。不僅如此，學生在日常生活中，也可以借助智能實驗平臺來記錄自身的一些設計發(fā)明，并將自身的學習發(fā)現(xiàn)分享到平臺“公共交流”板塊，以此營造班級良好的科學氛圍，使學生養(yǎng)成自主實驗的良好習慣。

（四）完善作業(yè)設計，展開課后實驗

在智慧實驗教學背景下，教師還可以為學生設計一些課后實驗作業(yè)，引導學生借助科學實驗平臺來完成實驗任務，從而將科學實驗與學生的現(xiàn)實生活聯(lián)系在一起，有效培養(yǎng)學生的探究意識與創(chuàng)造意識。

例如，在學習了“用種子繁殖”之后，教師可以為班級內的學生每人發(fā)放一顆種子。然后要求學生按照教材中給出的種子生長條件將其種植在花盆中。然后要求學生在智能實驗平臺中每日記錄“澆水數量”“光照情況”以及“施肥頻率”等，并在每個固定周期要求學生記錄植物的生長高度，同時對比其他同學的實驗數據，總結影響植物生長狀態(tài)的數據都有哪些。如此不僅進一步體現(xiàn)了智慧實驗平臺的優(yōu)勢，也有效創(chuàng)新了學生的實驗形式，使學生能夠通過科學實驗獲得更多的啟發(fā)。

四、結語

綜上所述，本文討論了小學科學課中傳統(tǒng)實驗教學轉化為智慧實驗教學的具體途徑，并對智慧實驗教學在科學課程中的應用進行了分析。強調教師需要充分借助信息技術優(yōu)勢，來培養(yǎng)學生的自主實驗意識，并緊密圍繞學生需求，為其設置豐富的實驗活動，以此全面提高科學課的教學質量。