信息技术在小学科学实验教学中的有效应用研究
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作者:李文娟 李胜男 赖洲扬
摘要：在互联网快速发展的时代背景下，信息技术已成为教学的重要辅助。其网络化、可视化特点在小学科学实验教学中，能有效地激发学生的学习兴趣、缩短实验周期、打破空间局限、降低实验风险，从而提高实验教学效率与质量。然而经研究发现，信息技术在小学实验教学中存在硬件设施不完备、软件资源匮乏、教师信息技术整合能力不足、师生对信息技术易依赖等问题。这些问题使信息技术在小学科学实验教学中难以得到有效应用。榇耍文章对信息技术在小学科学实验教学中的有效应用进行了研究，探讨了信息技术在小学科学实验教学中有效应用的策略与案例，以期促进小学科学实验教学的创新与发展。
关键词：信息技术；实验教学；有效应用
从20世纪90年代起，互联网逐渐进入人们的生活，并潜移默化地影响着各个领域的发展［1］。面对信息技术新浪潮，我国教育部积极响应，2010年颁发的《国家中长期教育改革规划纲要（2010―2020年）》将教育信息化纳入国家信息化发展的整体战略，提出“加快教育信息基础设施建设”“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”的要求［2］。从此，信息技术的运用正式成为我国教育领域中的重要课题。2017年教育部颁布新的《义务教育小学科学课程标准》，把小学科学课程的起始年级调整为一年级，并强调要强化实践教学环节，特别是要重视实验教学［3］。2022年最新颁布的《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出，可利用信息技术创设虚拟情景，让学生体会实验探索的乐趣［4］。
信息技术网络化、智能化特点在小学科学实验教学中有着激发学生的学习兴趣、缩短实验周期、打破空间局限、降低实验风险等优势。在实验教学中应用信息技术能丰富实验教学的内涵及形式，提高实验教学的效率与质量，但我国当下小学信息化实验教学的效果并不理想。故笔者在文献中梳理前人成果基础上，综合信息技术在教育领域的实际应用情况和小学科学实验教学的需求，提出将信息技术应用于小学科学实验教学的有效方法，并结合现行教科版小学科学教科书中的内容来举例探讨信息技术在小学科学实验教学中的有效应用。
一、信息技术在小学科学实验教学应用中存在的问题
（一）信息技术硬件设施不完备
多媒体教学一体机是我国学校教育中最重要及最常见的信息技术硬件设施。近年来，全国各地的学校大都已经完成多媒体教学一体机的安装与革新，并普及了多媒体教学一体机的使用方法。然而，随着多媒体教学一体机的长时间使用，其各部件开始出现问题，如电子白板变色、电脑黑屏、声音视频无法播放、投影仪色彩不正等。学校又因无法及时修整和更换导致多媒体教学一体机长期处于一个不完备的情况，使需要视听结合的信息实验教学受到影响，难以达到较好的实验教学效果。
（二）信息技术软件、资源匮乏
如果硬件设施完备而没有软件及相关素材资源支撑，那么信息技术在实验教学上犹如无米之炊。调研发现，现小学科学实验教学的资源相对匮乏且陈旧，如在网上搜索地球与宇宙空间领域的相关实验教学资源，显示的几乎都是中学阶段的资料，不适用于小学科学实验教学。物质科学中能进行实验模拟的软件更是少之又少。小学科学实验教学的教案设计资源也远不如其他主课教案资源丰富，整体来看，小学科学教师在教学中可以借鉴的实验信息资源较为匮乏。
（三）教师信息技术整合能力欠缺
当前大多数小学教师的信息技术整合能力还有所欠缺，教师在应用多媒体时，往往只会将数据与图像或文本简单整合成课件，然后通过投影仪将课件展示给学生。这是信息技术流于形式的使用，不仅没有激发起学生的学习兴趣，还弱化了教师科学语言的表达，忽略了对科学问题深层次的剖析。久而久之，使得学生不爱动脑思考，对科学教材内容没有框架构建。
（四）师生对信息技术易产生依赖
信息技术一定程度上减轻了实验教学的难度，因此科学教师也容易对信息技术产生依赖，将可以找到的观察材料用图片、视频代替，将可以切实开展的实验利用视频、动画等来代替，这样减少了学生贴近自然、动手实践的机会，违背实验教学的初衷。与此同时，学生通过信息技术能直接、快速地获取到信息，这容易使学生对信息技术产生依赖，在对待课外猜想及实验作业时，学生可以直接在互联网上查阅资料，这也有悖于注重自主探究能力培养的实验教学理念。
二、促进信息技术在小学科学实验教学中有效应用的建议
（一）加大资金投入，加强设施管理
学校信息技术硬件设施不完备，解决这一问题的有效途径就是增大对教学经费的投入，切实改善小学科学实验教学的条件。除了完善基本的多媒体硬件设备外，有余力的学校应积极打造适合小学生的智能实验室。学校还应加强对设施的管理，制定相应管理制度，切实保护好硬件设施，在硬件设施出现问题时技术人员能及时修理或更换，从而保证良好的教学环境［5］。
（二）建立资源库，丰富信息资源
教育资源共享是如今信息技术教学的重要优势。建立教育资源共享的信息库可以提高教师的信息资源开发技能、减少部分教师备课的工作量，为广大教师带来更宽广的教学思路，也可为学生的自主学习创造条件。因此，在小学科学实验教学资源匮乏的情况下，学校应成立资源开发组，这样不仅有利于科学教师们的实验教学，还有利于整个学科的发展。
（三）组织教师培训，提高信息能力
小学科学教师是整个实验教学的策划者和实施者，其教学能力的高低对小学科学实验教学的整体质量有着重要影响。然而学校的科学教师本就不多，专业出身的小学科学教师更是稀缺。中小学等用人单位要有意识地引进具备科学教育专业背景的教师，开设相关课程，举办学术交流、竞赛等活动来对科学教师队伍进行信息技术整合能力的培养，从而使科学教师培养体系形成善性循环。
（四）革新教学理念，正视信息技术
小学科学实验教学相较于与其他科目的教学更强调实践性，要求学生凭借丰富的物质材料在探究中发展自我的科学素养。因此，在信息状态下的模拟实验不能代替学生真实的观察与动手，在互联网上查阅资料解决疑难也不能代替思考。教师要正视信息技术对实验教学中的辅助地位，还需让学生知道，互联网上的信息不一定全都是正确的，遇到不懂的地方要积极地询问老师，抱着科学的学习态度，善于思考，尊重事实［6］。
三、促进信息技术在小学科学实验教学中的有效应用案例
（一）动静结合，激发兴趣
在实验教学中的课堂导入环节，教师可以根据学生不同阶段的心理、性格特点，灵活地选择信息技术手段，充分发挥学生在课堂教学中的主观能动性，为学生提供相对融洽的虚拟学习情境。例如，在教科版五年级上册《雨水对土地的侵蚀》一课中，教师便可以先展示土地被雨水侵蚀的照片，在展示照片的同时还可以播放不同的下雨声，这样动静结合，创造情境，让学生有更真实地感受。随后播放大自然中雨水对土地侵蚀的视频，让学生更加直观地感受雨水对土地的侵蚀作用。在此基础上，教师引导学生回忆生活中雨水侵蚀土地的各种现象，进而引起学生的思考，激发学生的学习兴趣。
（二）放大再现，深入观察
小学科学课程平均每个班级每周仅开展两节课，因此科学实验的教学时间非常有限。对于周期长、难以在课堂时间上完成的实验，可以使用信息技术剪辑科学实验过程，让学生在有限的时间里观察到完整的实验过程，从而提升实验效率。例如，在三年级上册《水能溶解》的实验教学中，水溶解小苏打的时间较长，且效果也不明显。对于这类实验，教师可提前拍摄实验微视频并采取信息剪辑技术加快水溶解小苏打的进度，缩短演示实验的时间，为学生的实践预留出更多的时间。在《水能溶解》的拓展部分，教科书要求探讨生活中常见物质在水中的溶解能力。为此，教师可以在课堂时间有限、材料有限的情况下，准备不同物质溶解的视频，让学生更好地掌握身边常见物质在水中的溶解情况，并根据众多实验现象总结出经验。
（三）虚拟仿真，体验过程
小学阶段的某些科学实验需要用电及接触明火，由于小学生好奇心强、且注意力不容易集中，很难遵守每一条实验安全规则，对于安全隐患较高的实验，教师可以采用虚拟仿真技术来辅助教学。与此同时，真实的实验过程往往不可逆，因操作错误而重复实验，不仅浪费实验材料还耗费时间，虚拟仿真实验技术能很好地解决这一问题。在各种虚拟仿真实验软件中，NOBOOK虚拟实验室是包含小学科学实验的模拟实验软件。以四年级下册《点亮小灯泡》这一课为例，教师可引导学生按照NOBOOK虚拟实验室的规则连接电路，操作成功则软件界面出现点亮标识，连接错误，则会发出警告。虚拟仿真技术可为学生带来实验教学现代化、科技化的体验，降低了实验风险，节约了材料、时间的成本，切实提高了实验教学的课堂效率。
（四）模拟动画，理解原理
小学科学物质科学、地球与宇宙科学领域都存在着较为抽象的知识。这些抽象的知识往往是从动态现象中总结出来的，其不断变化的过程很难让学生理解其中的原理。如果能利用信息技术将动态的实验现象做成可操控的动画，给予学生不断反复、定点地观察，就可以帮助学生分解其中的变化过程、更好地理解相关原理。教师可利用PPT自带的动画功能完成简易的动画展示过程，在下图中展示了利用PPT系统自带的动画功能制作成功的《光和影》实验原理图。
《光和影》动画课件页面图
对于较难在PPT中进行动画模拟的地球与宇宙科学领域的知识，可以借助由微软公司研发
的“万维天文望远镜”（WorldWideTelescope，以下简称WWT）完成。WWT不仅可以提供较为真实的天文数据及素材，还能直接制作动画。以六年级下册《日食与月食》为例，由于日食、月食现象在生活中不常见，且形成原因较为复杂，教师难以通过口述的方式让学生对其中的原理进行充分理解。可用WWT来模拟各星球的运动，展现天体的实际运动轨迹，可以将日食和月食的产生过程直观地展现在学生的眼前，从而有助于学生理解日食、月食形成的原因。
（五）同步直播，实时展示
实验教学的展示交流环节常常因为需要来回搬动展示作品而占用课堂时间，教师可以通过希沃授课助手软件来实现课堂实时投屏直播。当作品需要进行静态展示时，教师用手机拍照直接投到屏幕上即可，当作品需要进行动态演示时，教师可选择“屏幕同步”中的“手机屏幕同步”，使手机与电脑桌面同步，再进入“直播”模式，实现手机所拍摄的内容实时投放在大屏幕上。这样同步直播，实时展示，使得同学们都不需要离开自己的座位就能进行有效的展示和交流，既达到较好地分享交流效果，又保证了课堂秩序。希沃授课助手除了可以投屏外，还可以对课件进行操控。选择“课件演示”模式，教师即可通过手机、平板对课件进行操控，这样教师就方便和同学们交流互动。
（六）处理数据，发现规律
科学实验有助于学生形成严谨的科学态度，教师要引导学生形成用数据说话的实验观。一般情况下，学生将实验数据记录在自己的课本或者实验记录单上，这样会使教师在收集和处理数据上耗费较多的时间。这时，教师可在PPT课件上提前做好一个表格，让完成实验的小组派代表上台汇报给老师，甚至可以让高年级的学生派代表自行在课件上登记。当实验时间一到，数据便能直接展现在屏幕上，从而节约课堂时间，提高实验教学效率。如果学生需要通过观察较多数据来发现、总结规律时，教师便可提前准备好一个Excel文件，在学生填完数据后直接对数据进行处理，使实验数据更直观地呈现出来。如六年级上册《电磁铁的磁力（一）》中，探究“电磁铁磁力与线圈圈数关系”，教师可以填入各小组的线圈数及所吸大头针的平均数，然后将数据转化为折线图，这样更有利于学生发现线圈数量和磁力大小的关系。
结语
在互联网快速发展的时代背景下，信息技术已成为小学科学实验教学中的重要辅助。然而研究发现信息技术运用于实验教学的过程中存在着许多问题，如硬件设施不完备、软件资源匮乏、教师信息技术整合能力不足、师生对信息技术易产生依赖。对应这些问题，笔者提出相应的改进建议，并从教师信息技术整合能力角度出发，结合现行小学科学教科书中的教学案例提出了信息技术在小学实验教学中有效应用的具体策略，希望能推动信息技术在小学科学实验教学中的实施与应用，全面推进小学科学实验的创新与发展。
参考文献：
［1］李志民.信息技术发展与教育变革［J］.教育与教学研究，2020，34（10）：12.
［2］顾明远.学习和解读《国家中长期教育改革和发展规划纲要（20120―2010）》.高等教育研究，2010，31（7）：16.
［3］中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准［S］.北京：北京师范大学出版社，2017.
［4］中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.
［5］邹玄.小学科学实验教学现状调研［D］.重庆：重庆大学，2019.
［6］刘志秀.在信息技术支持下的小学科学实验教学开放式教学模式初探［J］.课程教育研究，2019，32：195.
基金项目：2021年湖南省大学生创新创业训练计划项目（2019560340204）
作者简介：李文娟（1983―），女，河南焦作人，博士研究生，副教授，研究方向：量子纠缠保护与小学科学实验创新研究；李胜男（1998―），女，湖南保靖人，本科，研究方向：科学教育；赖洲扬（2000―），男，四川德人，本科生在读，研究方向：科学教育。
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