信息化环境下传统实验与数字化实验的利弊分析

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小学科学是一门以试验探究为基础的学科，试验探究是培养学生科学精神的重要手段。但由于教材内容的综合性、开放性和灵活性，加上科学探究仪器设备的不足，以及人为的操作失误引起准确程度不高，因而存在试验效果不明显的弊端。针对这种状况，小学科学引入了数字化试验，以弥补传统试验的不足。但在使用数字化仪器进行试验的过程中，我们发现并不是所有的试验都适合使用数字化仪器，有部分试验仍要运用传统的试验方法，才能取得最正确的试验效果。不管是传统试验还是数字化试验，它们都有各自的优缺点。

一、传统试验的优势

传统试验能让学生亲自读出数据、记录数据、观测现象并分析数据，可以培养学生观测思考的能力，让学生充分理解试验的意义。

例如，试验“测量三杯水的温度〞，学生可以亲自使用传统的温度计测量水温，观测温度的变化过程，亲自记录下试验数据，并对比出三杯水的温度高低。学生还可以发现组内不同的同学在测量同一杯水的温度时，往往读到的温度有偏差，从而明白，试验过程中由于人为原因而存在的误差问题。而在数字化试验过程中，学生使用温度传感器测量直接读取数据，大家测得的同一杯水的温度都是一样的，也不会发现试验会存在误差，缺少了好多重要的环节，这些都是数字化试验过程中无法体会到的。

传统试验能让学生亲自准备试验材料、组装并动手操作，能看出直观的试验现象，更好地理解科学原理，锻炼学生的动手能力。

例如，试验“固体的热胀冷缩〞，数字化试验是通过加热金属棒，金属棒膨胀后力传感器受到挤压，此时，数据采集器显示压力变大的现象，从而感知金属棒加热后膨胀了。移开酒精灯，让金属棒逐渐冷却，压力会变小，从而感知金属棒收缩了。虽然数字化试验中所用的原理并不存在错误，但其忽视了此年龄段学生的认知水平。对四年级的学生来说，这样的试验方式，反而让他们更难理解热胀冷缩的现象了。而在传统试验中，我们先将铜球放入铁圈，发现刚好能通过;然后用酒精灯给铜球加热一段时间，再将铜球放入铁圈，发现铜球不能通过铁圈了;最终将铜球放入冷水中冷却后，再尝试让其通过铁圈，发现铜球又可以通过铁圈了。此试验现象极其明显，采用铜球能否通过铁圈的方式，学生一目了然，铜球不能通过铁圈，是由于铜球变大，也就是受热后膨胀了，冷却后能通过，是由于铜球又变小，也就是收缩了。学生通过这样直观的现象很简单理解固体热胀冷缩的现象。而且，在传统试验中，学生还可以亲自动手操作，亲自感受明显的试验现象。相比之下，数字化试验就显得没有必要了。

二、传统试验的弊端

部分传统试验在仪器的选择上存在弊端，无法战胜外界条件的干扰，导致试验耗时长、误差大，很难达到理想的试验效果。

例如在“对比不同颜色物质的吸热性能〞试验中，传统试验是选择一深一浅两种颜色的气球进行试验，将其放在太阳光下，用传统温度计来测量温度，然后每隔一段时间分别记录两种颜色气球的温度，最终分析这些数据，得出结论。就学生日常试验来看，几乎未成功过。这是由于试验数据记录涉及秒表的使用，学生难以确切地在同一时间记录两个温度计的示数;气球的选择也是导致试验失败的主要原因，什么样的外形、什么样的颜色，甚至是大小都可能会影响试验结果。或者是换一种试验材料，又会带来不同的问题。众多的试验干扰因素会让这个传统试验很难取得成功。

而数字化试验就解决了传统试验中遇到的种种无法解决的问题，大大提高了试验的成功率。数字化试验用温度传感器代替普通温度计，所测得的温度更加准确。试验采用了数据采集器实时采集数据的方法，将所测得的温度通过软件平台传输到电脑或是平板上，就可以轻松自由地搜集各个时间段的温度数据。在数字化试验中，我们用同一材质不同颜色的三根金属棒代替传统试验中屡次失败的各类材料，让我们不再为选择何种材料发愁，而且三根金属棒同时进行试验相比于传统试验中使用的两种颜色的材料，所得试验结果更具说服力。在热源问题上，传统试验采用的是太阳光照射，耗时长、效果差，而在数字化试验中，采用的是灯光照射，短短几分钟，金属棒就能迅速吸热升温，效果明显。为了解决照射不均匀的问题，数字化试验装置也是别出心裁，将金属棒置于以热源为中心的圆弧上，以保证每根金属棒被灯光均匀照射。

就数字化试验软件来说，卡通画的界面符合此年龄段学生的心理特点，能吸引学生的注意力。每根金属棒的温度实时显示在界面上，吸热性能一目了然。同时软件能将采集到的温度数据绘制成图像，这样更简单分析出不同颜色物质吸热性能的强弱。相比于传统试验，数字化试验在此试验中可行性高、数据准确、耗时短，且试验结果更可靠。

部分传统试验存在操作技术问题，观测试验现象受到限制，导致试验结果分析错误。

例如，在“探究摆的运动快慢与哪些因素有关〞试验中，传统试验是用秒表计时，改变一个条件，操纵其他条件不变，数出同一时间内摇摆的次数。这样的方法纵然可行，但是秒表的操纵仍旧是学生的难题，学生在数次数的时候，很难确切数出摇摆的次数，稍不留神就会数错，假如条件操纵得不好，还会来不及数，最终导致错误的试验结论。

本试验的数字化试验装置，采用的是光电门传感器记录摇摆的次数，比起学生自己数，要准确得多。改变试验探究条件也比传统试验简便得多。此软件可以设置试验时间，到了时间自动中止试验，与人工计时相比，试验结果更加确切。每个试验进行三次，自动取平均值作为最终结果，减少试验误差。在此试验中，數字化试验弥补了传统试验的不足，让试验结果更加接近真实状况。

三、数字化试验的优势

在传统的教学设备中渐渐融入数字化的模式，将成为今后教学的必然趋势。数字化试验设备在小学科学教学中的应用，将大大提升小学科学试验教学的科学性，让数字说话，或许会对学生的试验观和价值观发生较大的改变。同时可以把学生从烦琐的数据获取和记录、公式运用和图线编辑中解放出来，使学生有更多的时间和更大的空间去思考和探讨，从而培养创造性思维和科学素养。

在试验过程中，学生使用传统的测量工具时，寻常会由于操作失误而致使试验数据的准确度很低，从而造成错误的试验结论;而通过传感器测得的数据会更加准确，提高试验的成功率。有些试验，譬如磁铁不同部位的磁性大小分析，传统试验不能很直观地表现出磁性的大小，但我们通过磁场传感器就能测得磁铁某个部位的磁性的具体数值，化抽象为具体，使一些不易观测到的现象能用数值或是图像的形式浮现出来，更为直观。传统试验主要是靠人工处理数据，而数字化试验可以很便利地通过试验软件直接处理数据，如绘图、制作表格、直线拟合等，省却了传统试验中的纸笔和繁杂计算，为学生提供更多思考的时间。培养学生利用新技术的科学素养，传统试验并不能很好地做到这一点。

四、数字化试验的弊端

（一）为使用数字技术而使用

当前，在好多小学科学课堂教学过程中，教师仅为了迎合学生和领导的需要，以激发学生的学习兴趣为由，过于追求教学形式的创新和别致，在教学中有动感的表現，有更加美化的图片还有更多更为猛烈的色调和动画，这样的课堂看起来十分喧嚷，但是学生所学习到的知识寥寥无几，也基本是在形式上对学生有吸引的作用，事实上给学生造成了诸多的干扰和误导。学生的注意力完全在花哨的多媒体上，忽略了真实的教学内容。这种华而不实的课堂，会让学生的精力耗尽，影响最终的学习效果。

（二）简单忽略学生的主体地位

学生在整个认知活动中处于主体位置，课堂教学的整个过程也是学生和教师的交流过程，教师和学生能够相互间产生影响，因而形成有助于学生学习的教学环境。在科学课堂上，使用数字资源，能给学生学习提供更多的多媒体资料，在信息的传递过程中比传统方式更有效率。但缺失的是教师不能对学生进行情感方面的教育，也不能发挥出传统教育的优势，课堂上教师和学生的沟通变少，这样就极大地阻碍了学生的发展和学生与教师之间的情感沟通。

五、客观对待数字化试验与传统试验的关系

数字化试验装备反映了当代最新科技成果。随着小学科学数字化探究试验室走进校园，教师借助信息技术给学生提供多样化的学习活动和开放的学习环境，数字化探究成了学生科学思维和创新的工具。数字化试验符合小学科学的学科特征，同时也成了学生获取、理解和应用科学知识的重要途径。

我们要以低年级小学生发展与认知特点作为出发点，结合小学生认知发展与教育特点，用新的数字化交互技术为他们构建一种趣味、娱教相结合的科学试验软件，促进和加快适合于低年级小学生学习类软件的研发进程。要为小学生提供专门化、更有针对性的数字化学习环境，激发他们学习和摸索的兴趣，推动他们内在学习动力，提升数字化学习素养，最大限度消除数字化时代这把双刃剑的负面效应，从而促进学生健康学习和成长。这对于学生的数字化学习具有重要意义。

传统试验能够锻炼学生的观测能力、动手操作能力及分析思考能力，但同时也有着精度低、误差大、浪费时间等不足，而数字化试验正好弥补了传统试验的不足，但这并不意味数字化试验完全取代传统试验，小学科学试验并非全部适于数字化试验。数字化试验对比适合用在那些过程对比繁杂，要采集的数据量对比多，数据处理中计算量对比大的试验，同时数字化试验系统对数据的采集、处理都是在幕后进行的，这在实际教学中可能会带来好多便利，而在教学中却是一个不足。因此，在实际的教学中，二者应互为补充，教师可根据教学的实际需要，将数字化试验和传统试验相结合，提高课堂教学效率。

六、结语

在信息爆炸的年代，信息化已经深入到了人们的方方面面。衣：电子商城的流行，让商品的流通更加扁平，让人们的选择更加广阔;食：外卖软件的普及，让大家足不出户便可享受到自己心仪的食品;住：各种租房购房App，让居住变得更加便捷;行：打车软件的流行、购票系统的普及，无论是打的还是乘坐高铁飞机，都可以通过智能终端快速解决。

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