信息化環(huán)境下傳統(tǒng)實驗與數(shù)字化實驗的利弊分析

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小學科學是一門以試驗探究為基礎的學科，試驗探究是培養(yǎng)學生科學精神的重要手段。但由于教材內(nèi)容的綜合性、開放性和靈活性，加上科學探究儀器設備的不足，以及人為的操作失誤引起準確程度不高，因而存在試驗效果不明顯的弊端。針對這種狀況，小學科學引入了數(shù)字化試驗，以彌補傳統(tǒng)試驗的不足。但在使用數(shù)字化儀器進行試驗的過程中，我們發(fā)現(xiàn)并不是所有的試驗都適合使用數(shù)字化儀器，有部分試驗仍要運用傳統(tǒng)的試驗方法，才能取得最正確的試驗效果。不管是傳統(tǒng)試驗還是數(shù)字化試驗，它們都有各自的優(yōu)缺點。

一、傳統(tǒng)試驗的優(yōu)勢

傳統(tǒng)試驗能讓學生親自讀出數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)、觀測現(xiàn)象并分析數(shù)據(jù)，可以培養(yǎng)學生觀測思考的能力，讓學生充分理解試驗的意義。

例如，試驗“測量三杯水的溫度〞，學生可以親自使用傳統(tǒng)的溫度計測量水溫，觀測溫度的變化過程，親自記錄下試驗數(shù)據(jù)，并對比出三杯水的溫度高低。學生還可以發(fā)現(xiàn)組內(nèi)不同的同學在測量同一杯水的溫度時，往往讀到的溫度有偏差，從而明白，試驗過程中由于人為原因而存在的誤差問題。而在數(shù)字化試驗過程中，學生使用溫度傳感器測量直接讀取數(shù)據(jù)，大家測得的同一杯水的溫度都是一樣的，也不會發(fā)現(xiàn)試驗會存在誤差，缺少了好多重要的環(huán)節(jié)，這些都是數(shù)字化試驗過程中無法體會到的。

傳統(tǒng)試驗能讓學生親自準備試驗材料、組裝并動手操作，能看出直觀的試驗現(xiàn)象，更好地理解科學原理，鍛煉學生的動手能力。

例如，試驗“固體的熱脹冷縮〞，數(shù)字化試驗是通過加熱金屬棒，金屬棒膨脹后力傳感器受到擠壓，此時，數(shù)據(jù)采集器顯示壓力變大的現(xiàn)象，從而感知金屬棒加熱后膨脹了。移開酒精燈，讓金屬棒逐漸冷卻，壓力會變小，從而感知金屬棒收縮了。雖然數(shù)字化試驗中所用的原理并不存在錯誤，但其忽視了此年齡段學生的認知水平。對四年級的學生來說，這樣的試驗方式，反而讓他們更難理解熱脹冷縮的現(xiàn)象了。而在傳統(tǒng)試驗中，我們先將銅球放入鐵圈，發(fā)現(xiàn)剛好能通過;然后用酒精燈給銅球加熱一段時間，再將銅球放入鐵圈，發(fā)現(xiàn)銅球不能通過鐵圈了;最終將銅球放入冷水中冷卻后，再嘗試讓其通過鐵圈，發(fā)現(xiàn)銅球又可以通過鐵圈了。此試驗現(xiàn)象極其明顯，采用銅球能否通過鐵圈的方式，學生一目了然，銅球不能通過鐵圈，是由于銅球變大，也就是受熱后膨脹了，冷卻后能通過，是由于銅球又變小，也就是收縮了。學生通過這樣直觀的現(xiàn)象很簡單理解固體熱脹冷縮的現(xiàn)象。而且，在傳統(tǒng)試驗中，學生還可以親自動手操作，親自感受明顯的試驗現(xiàn)象。相比之下，數(shù)字化試驗就顯得沒有必要了。

二、傳統(tǒng)試驗的弊端

部分傳統(tǒng)試驗在儀器的選擇上存在弊端，無法戰(zhàn)勝外界條件的干擾，導致試驗耗時長、誤差大，很難達到理想的試驗效果。

例如在“對比不同顏色物質(zhì)的吸熱性能〞試驗中，傳統(tǒng)試驗是選擇一深一淺兩種顏色的氣球進行試驗，將其放在太陽光下，用傳統(tǒng)溫度計來測量溫度，然后每隔一段時間分別記錄兩種顏色氣球的溫度，最終分析這些數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。就學生日常試驗來看，幾乎未成功過。這是由于試驗數(shù)據(jù)記錄涉及秒表的使用，學生難以確切地在同一時間記錄兩個溫度計的示數(shù);氣球的選擇也是導致試驗失敗的主要原因，什么樣的外形、什么樣的顏色，甚至是大小都可能會影響試驗結(jié)果?；蛘呤菗Q一種試驗材料，又會帶來不同的問題。眾多的試驗干擾因素會讓這個傳統(tǒng)試驗很難取得成功。

而數(shù)字化試驗就解決了傳統(tǒng)試驗中遇到的種種無法解決的問題，大大提高了試驗的成功率。數(shù)字化試驗用溫度傳感器代替普通溫度計，所測得的溫度更加準確。試驗采用了數(shù)據(jù)采集器實時采集數(shù)據(jù)的方法，將所測得的溫度通過軟件平臺傳輸?shù)诫娔X或是平板上，就可以輕松自由地搜集各個時間段的溫度數(shù)據(jù)。在數(shù)字化試驗中，我們用同一材質(zhì)不同顏色的三根金屬棒代替?zhèn)鹘y(tǒng)試驗中屢次失敗的各類材料，讓我們不再為選擇何種材料發(fā)愁，而且三根金屬棒同時進行試驗相比于傳統(tǒng)試驗中使用的兩種顏色的材料，所得試驗結(jié)果更具說服力。在熱源問題上，傳統(tǒng)試驗采用的是太陽光照射，耗時長、效果差，而在數(shù)字化試驗中，采用的是燈光照射，短短幾分鐘，金屬棒就能迅速吸熱升溫，效果明顯。為了解決照射不均勻的問題，數(shù)字化試驗裝置也是別出心裁，將金屬棒置于以熱源為中心的圓弧上，以保證每根金屬棒被燈光均勻照射。

就數(shù)字化試驗軟件來說，卡通畫的界面符合此年齡段學生的心理特點，能吸引學生的注意力。每根金屬棒的溫度實時顯示在界面上，吸熱性能一目了然。同時軟件能將采集到的溫度數(shù)據(jù)繪制成圖像，這樣更簡單分析出不同顏色物質(zhì)吸熱性能的強弱。相比于傳統(tǒng)試驗，數(shù)字化試驗在此試驗中可行性高、數(shù)據(jù)準確、耗時短，且試驗結(jié)果更可靠。

部分傳統(tǒng)試驗存在操作技術問題，觀測試驗現(xiàn)象受到限制，導致試驗結(jié)果分析錯誤。

例如，在“探究擺的運動快慢與哪些因素有關〞試驗中，傳統(tǒng)試驗是用秒表計時，改變一個條件，操縱其他條件不變，數(shù)出同一時間內(nèi)搖擺的次數(shù)。這樣的方法縱然可行，但是秒表的操縱仍舊是學生的難題，學生在數(shù)次數(shù)的時候，很難確切數(shù)出搖擺的次數(shù)，稍不留神就會數(shù)錯，假如條件操縱得不好，還會來不及數(shù)，最終導致錯誤的試驗結(jié)論。

本試驗的數(shù)字化試驗裝置，采用的是光電門傳感器記錄搖擺的次數(shù)，比起學生自己數(shù)，要準確得多。改變試驗探究條件也比傳統(tǒng)試驗簡便得多。此軟件可以設置試驗時間，到了時間自動中止試驗，與人工計時相比，試驗結(jié)果更加確切。每個試驗進行三次，自動取平均值作為最終結(jié)果，減少試驗誤差。在此試驗中，數(shù)字化試驗彌補了傳統(tǒng)試驗的不足，讓試驗結(jié)果更加接近真實狀況。

三、數(shù)字化試驗的優(yōu)勢

在傳統(tǒng)的教學設備中漸漸融入數(shù)字化的模式，將成為今后教學的必然趨勢。數(shù)字化試驗設備在小學科學教學中的應用，將大大提升小學科學試驗教學的科學性，讓數(shù)字說話，或許會對學生的試驗觀和價值觀發(fā)生較大的改變。同時可以把學生從煩瑣的數(shù)據(jù)獲取和記錄、公式運用和圖線編輯中解放出來，使學生有更多的時間和更大的空間去思考和探討，從而培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和科學素養(yǎng)。

在試驗過程中，學生使用傳統(tǒng)的測量工具時，尋常會由于操作失誤而致使試驗數(shù)據(jù)的準確度很低，從而造成錯誤的試驗結(jié)論;而通過傳感器測得的數(shù)據(jù)會更加準確，提高試驗的成功率。有些試驗，譬如磁鐵不同部位的磁性大小分析，傳統(tǒng)試驗不能很直觀地表現(xiàn)出磁性的大小，但我們通過磁場傳感器就能測得磁鐵某個部位的磁性的具體數(shù)值，化抽象為具體，使一些不易觀測到的現(xiàn)象能用數(shù)值或是圖像的形式浮現(xiàn)出來，更為直觀。傳統(tǒng)試驗主要是靠人工處理數(shù)據(jù)，而數(shù)字化試驗可以很便利地通過試驗軟件直接處理數(shù)據(jù)，如繪圖、制作表格、直線擬合等，省卻了傳統(tǒng)試驗中的紙筆和繁雜計算，為學生提供更多思考的時間。培養(yǎng)學生利用新技術的科學素養(yǎng)，傳統(tǒng)試驗并不能很好地做到這一點。

四、數(shù)字化試驗的弊端

（一）為使用數(shù)字技術而使用

當前，在好多小學科學課堂教學過程中，教師僅為了迎合學生和領導的需要，以激發(fā)學生的學習興趣為由，過于追求教學形式的創(chuàng)新和別致，在教學中有動感的表現(xiàn)，有更加美化的圖片還有更多更為猛烈的色調(diào)和動畫，這樣的課堂看起來十分喧嚷，但是學生所學習到的知識寥寥無幾，也基本是在形式上對學生有吸引的作用，事實上給學生造成了諸多的干擾和誤導。學生的注意力完全在花哨的多媒體上，忽略了真實的教學內(nèi)容。這種華而不實的課堂，會讓學生的精力耗盡，影響最終的學習效果。

（二）簡單忽略學生的主體地位

學生在整個認知活動中處于主體位置，課堂教學的整個過程也是學生和教師的交流過程，教師和學生能夠相互間產(chǎn)生影響，因而形成有助于學生學習的教學環(huán)境。在科學課堂上，使用數(shù)字資源，能給學生學習提供更多的多媒體資料，在信息的傳遞過程中比傳統(tǒng)方式更有效率。但缺失的是教師不能對學生進行情感方面的教育，也不能發(fā)揮出傳統(tǒng)教育的優(yōu)勢，課堂上教師和學生的溝通變少，這樣就極大地阻礙了學生的發(fā)展和學生與教師之間的情感溝通。

五、客觀對待數(shù)字化試驗與傳統(tǒng)試驗的關系

數(shù)字化試驗裝備反映了當代最新科技成果。隨著小學科學數(shù)字化探究試驗室走進校園，教師借助信息技術給學生提供多樣化的學習活動和開放的學習環(huán)境，數(shù)字化探究成了學生科學思維和創(chuàng)新的工具。數(shù)字化試驗符合小學科學的學科特征，同時也成了學生獲取、理解和應用科學知識的重要途徑。

我們要以低年級小學生發(fā)展與認知特點作為出發(fā)點，結(jié)合小學生認知發(fā)展與教育特點，用新的數(shù)字化交互技術為他們構(gòu)建一種趣味、娛教相結(jié)合的科學試驗軟件，促進和加快適合于低年級小學生學習類軟件的研發(fā)進程。要為小學生提供專門化、更有針對性的數(shù)字化學習環(huán)境，激發(fā)他們學習和摸索的興趣，推動他們內(nèi)在學習動力，提升數(shù)字化學習素養(yǎng)，最大限度消除數(shù)字化時代這把雙刃劍的負面效應，從而促進學生健康學習和成長。這對于學生的數(shù)字化學習具有重要意義。

傳統(tǒng)試驗能夠鍛煉學生的觀測能力、動手操作能力及分析思考能力，但同時也有著精度低、誤差大、浪費時間等不足，而數(shù)字化試驗正好彌補了傳統(tǒng)試驗的不足，但這并不意味數(shù)字化試驗完全取代傳統(tǒng)試驗，小學科學試驗并非全部適于數(shù)字化試驗。數(shù)字化試驗對比適合用在那些過程對比繁雜，要采集的數(shù)據(jù)量對比多，數(shù)據(jù)處理中計算量對比大的試驗，同時數(shù)字化試驗系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的采集、處理都是在幕后進行的，這在實際教學中可能會帶來好多便利，而在教學中卻是一個不足。因此，在實際的教學中，二者應互為補充，教師可根據(jù)教學的實際需要，將數(shù)字化試驗和傳統(tǒng)試驗相結(jié)合，提高課堂教學效率。

六、結(jié)語

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