〔摘要〕科技進(jìn)步推動著教育變革，數(shù)字化浪潮加速了課堂教學(xué)形態(tài)的重構(gòu)，科學(xué)實驗教學(xué)在技術(shù)賦能下迎來新的發(fā)展機(jī)遇。傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在資源受限、過程抽象、數(shù)據(jù)不直觀等問題，難以滿足學(xué)生對科學(xué)探究的深度需求。本文聚焦數(shù)字化背景下小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)的新樣態(tài)，圍繞情境創(chuàng)設(shè)、資源融合、實踐操作與項目化探究展開論述。通過數(shù)字化工具的創(chuàng)新應(yīng)用，推動科學(xué)實驗從傳授知識向構(gòu)建思維轉(zhuǎn)變，探索信息技術(shù)與科學(xué)教學(xué)深度融合的有效路徑。〔關(guān)鍵詞〕小學(xué)科學(xué)；數(shù)字化轉(zhuǎn)型；實驗教學(xué)《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確指出，教師應(yīng)利用信息技術(shù)輔助手段，如數(shù)字化實驗等，讓學(xué)生比較直觀便捷地學(xué)習(xí)相關(guān)知識。這一要求契合教育現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢，深刻回應(yīng)了科學(xué)教學(xué)實踐對技術(shù)賦能的需求。隨著數(shù)字化工具的廣泛應(yīng)用，虛擬仿真、數(shù)據(jù)可視化與交互式實驗等技術(shù)手段構(gòu)建了更具真實性的課堂情境，更直觀地呈現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，使教學(xué)資源更加立體，以充分激發(fā)學(xué)生的實驗探究能力。一、情境導(dǎo)入啟興趣，問題驅(qū)動助推探究情境導(dǎo)入在小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中起到“激發(fā)興趣、建構(gòu)認(rèn)知、喚醒經(jīng)驗”的核心作用，數(shù)字化工具借助虛擬仿真、動畫模擬等手段，打破傳統(tǒng)課堂時間與空間的局限，為學(xué)生創(chuàng)造了直觀、沉浸的學(xué)習(xí)情境。借助動態(tài)情境，學(xué)生能夠快速聚焦科學(xué)問題，激發(fā)好奇心，形成探究驅(qū)動力。在實踐中，教師可依托數(shù)字化平臺進(jìn)行多模態(tài)情境設(shè)計，結(jié)合虛擬實驗工具與多媒體資源，呈現(xiàn)具有真實性、動態(tài)性、情境化的科學(xué)現(xiàn)象。而問題驅(qū)動的關(guān)鍵在于設(shè)計逐層遞進(jìn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)地分析現(xiàn)象、探究規(guī)律、歸納總結(jié)。以教科版科學(xué)三年級下冊《月球——地球的衛(wèi)星》一課為例，教師借助“愛阿仿真實驗平臺”，利用其3D虛擬仿真技術(shù)，為學(xué)生呈現(xiàn)月球的動態(tài)影像。在課堂教學(xué)伊始，教師展示月球圍繞地球公轉(zhuǎn)的3D動畫，平臺呈現(xiàn)月球圍繞地球公轉(zhuǎn)的3D動態(tài)影像，月相從新月、上弦月到滿月的變化依次展示。教師借助畫面導(dǎo)向思考：“月球正面與背面會是一樣的嗎？月球表面的環(huán)形山是如何形成的？”問題引發(fā)學(xué)生對月球未知領(lǐng)域的探究興趣，將注意力集中于科學(xué)問題的深入探析。隨后，教師利用平臺的虛擬實驗功能，組織學(xué)生開展“模擬制造環(huán)形山”的探究實驗。平臺精準(zhǔn)設(shè)置托盤、細(xì)沙和不同大小的虛擬球體等實驗材料，學(xué)生在交互界面上選擇球體的尺寸、下落高度和撞擊力度，模擬“隕石”撞擊月球表面時的情境。在球體撞擊沙盤的瞬間，環(huán)形山形成的動態(tài)過程清晰可見，大小不同、重重疊疊的環(huán)形山依次呈現(xiàn)。實驗過程中，平臺實時反饋環(huán)形山的直徑、深度及分布規(guī)律，教師帶動學(xué)生結(jié)合觀察到的現(xiàn)象，分析撞擊力與環(huán)形山大小的關(guān)系，并提出假設(shè)：“月球上大量環(huán)形山的出現(xiàn)可能與長期的隕石撞擊有關(guān)。”在虛擬實驗完成后，教師應(yīng)用平臺內(nèi)置的數(shù)據(jù)記錄與可視化工具，將學(xué)生實驗中的數(shù)據(jù)結(jié)果轉(zhuǎn)化為直觀的圖表，呈現(xiàn)不同球體在撞擊過程中形成環(huán)形山的直徑與深度對比。教師帶領(lǐng)學(xué)生結(jié)合平臺資料庫中的“月球小檔案”，了解月球直徑3500千米、年齡約45億年、與地球的平均距離38萬千米等基本參數(shù)，并引導(dǎo)學(xué)生思考月球無大氣層的特點導(dǎo)致隕石撞擊直接形成環(huán)形山。教師再次提出探究性問題：“月球的環(huán)境是否適合人類居住？哪些因素限制了人類在月球上生活？”學(xué)生基于實驗和資料中的數(shù)據(jù)，討論月球表面缺乏大氣、水源與氧氣的現(xiàn)象，進(jìn)一步深化對月球環(huán)境特征的認(rèn)知。二、多元資源助體驗，虛實結(jié)合強(qiáng)調(diào)實效多元資源在數(shù)字化小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中具有“拓展認(rèn)知、深化體驗、激活思維”的獨特作用，通過數(shù)字化工具與實體資源的融合，實現(xiàn)教學(xué)資源的豐富性、立體性、動態(tài)性。數(shù)字化資源包括虛擬實驗平臺、三維仿真模擬、交互式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實體資源涵蓋實驗器材、自然實物與生活素材，兩者在教學(xué)中形成“虛實共生”的有機(jī)結(jié)合，既滿足學(xué)生實驗操作的體驗需求，又彌補(bǔ)了單一資源在教學(xué)中的局限性。課堂互動依托多屏聯(lián)動技術(shù)，構(gòu)建“教師主導(dǎo)、學(xué)生探究、資源輔助”的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生深層思考，優(yōu)化實驗體驗，推動科學(xué)實驗教學(xué)向“高效、立體、實證”的新樣態(tài)邁進(jìn)。在教科版科學(xué)四年級下冊《簡易電路》一課的教學(xué)中，教師借助“NOBOOK虛擬實驗平臺”的交互式電路仿真實驗功能，將抽象的電路概念轉(zhuǎn)化為可視化的操作體驗，構(gòu)建虛實結(jié)合的多維實驗教學(xué)場景，推動學(xué)生在真實操作與數(shù)字化仿真中進(jìn)行深度探究。課堂教學(xué)伊始，教師通過平臺資源展示動態(tài)場景：一盞家用電燈被點亮，隨即出現(xiàn)電流流動路徑的動畫軌跡，清晰呈現(xiàn)電流在閉合電路中的運行過程，直觀地喚起學(xué)生對電路現(xiàn)象的認(rèn)知興趣。在此情境下，教師提出核心問題：“電流是如何流動的？怎樣才能讓電路中的小燈泡亮起來？”教師帶領(lǐng)學(xué)生依托平臺的虛擬實驗功能，進(jìn)入“簡易電路搭建”模塊，逐步開展電路的虛擬組裝實驗（如圖1所示）。學(xué)生在3D仿真環(huán)境中，自主選擇電池盒、導(dǎo)線、小燈泡、燈座等元件，利用平臺提供的拖拽功能將各元件連接成回路。連接完成后，平臺實時反饋小燈泡是否點亮的結(jié)果，并在虛擬電路圖中動態(tài)顯示電流路徑，利用箭頭標(biāo)示出電流的流動方向。對于連接錯誤的情況，平臺提供“錯誤定位”提示，幫助學(xué)生快速調(diào)整連接方法。教師在實驗操作過程中帶動學(xué)生思考，啟發(fā)其進(jìn)一步探究：“電流在什么情況下能夠持續(xù)流動？電路中哪些元件是必備的？”在虛擬電路實驗的基礎(chǔ)上，教師將學(xué)生帶入實體操作階段，借助電池盒、導(dǎo)線、小燈泡與開關(guān)等實體材料，引導(dǎo)學(xué)生將虛擬電路轉(zhuǎn)化為真實電路的搭建過程。學(xué)生按照虛擬實驗中總結(jié)的連接方法，分步完成電路組裝，觀察小燈泡亮起的現(xiàn)象，驗證虛擬實驗的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，教師指導(dǎo)學(xué)生加入開關(guān)元件，帶動學(xué)生動手將開關(guān)安裝到電路中，控制小燈泡的亮滅。在開關(guān)的開合過程中，學(xué)生清晰地觀察到電流在通斷狀態(tài)下小燈泡發(fā)光與熄滅的變化，初步理解了電路中“閉合”與“斷開”的概念。三、科學(xué)實踐重動手，設(shè)計外顯思維過程科學(xué)實踐重動手，在數(shù)字化小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中具有“體驗深化、技能培養(yǎng)、思維驅(qū)動”的核心作用，學(xué)生通過動手實踐實現(xiàn)對科學(xué)現(xiàn)象的感知和理解。在實踐中，實驗設(shè)計作為“科學(xué)思維的外顯過程”，具有建構(gòu)邏輯和解決問題的雙重價值。數(shù)字化工具賦予實驗設(shè)計新的深度，借助虛擬平臺與數(shù)據(jù)采集技術(shù)，學(xué)生能夠精準(zhǔn)控制實驗變量、可視化呈現(xiàn)現(xiàn)象以及量化分析數(shù)據(jù)。動手操作與數(shù)字化技術(shù)的融合，推動學(xué)生在實驗過程中形成“提出假設(shè)—構(gòu)建步驟—結(jié)果驗證”的完整探究鏈條。比如，在教科版科學(xué)六年級上冊《不簡單的杠桿》一課的教學(xué)中，教師利用了“PhET互動仿真實驗平臺”的“平衡探究實驗”模塊。課堂教學(xué)伊始，平臺呈現(xiàn)高清動態(tài)圖像，展示生活中常見的杠桿工具——撬棍、剪刀、蹺蹺板等的實際使用場景，畫面中動態(tài)標(biāo)示力的作用點與支點位置，讓學(xué)生初步感知杠桿在改變力的作用效果方面的功能（如圖2所示）。教師帶動學(xué)生觀察現(xiàn)象后提出核心問題：“如何調(diào)整物體的位置和重量，使杠桿達(dá)到平衡？”問題直指探究核心，逐步構(gòu)建科學(xué)實驗設(shè)計的思維路徑。教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入“平衡探究實驗”模塊，平臺提供可交互的虛擬實驗環(huán)境，學(xué)生利用鼠標(biāo)選擇如1kg，2kg，5kg的砝碼，并將其拖拽到杠桿的不同位置。平臺界面實時反饋物體距離支點的力臂長度、物體重量數(shù)值及力矩大小等實驗數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生精準(zhǔn)控制變量，探究力臂與力矩的關(guān)系。在實驗過程中，平臺自動生成杠桿的動態(tài)平衡狀態(tài)，實時展示力矩變化，借助箭頭標(biāo)示力的作用方向與大小，使杠桿平衡原理的抽象概念逐步具象化。在不斷調(diào)整物體質(zhì)量與位置的過程中，學(xué)生進(jìn)行假設(shè)驗證，嘗試不同的擺放組合，記錄杠桿達(dá)到平衡時的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。平臺內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集分析功能將實驗過程中記錄的數(shù)據(jù)量化整理，生成直觀的折線圖與柱狀圖，展現(xiàn)力矩與距離之間的關(guān)系，推動學(xué)生歸納總結(jié)杠桿平衡的規(guī)律。教師在虛擬實驗的基礎(chǔ)上帶動學(xué)生進(jìn)行實體操作，借助木板、三角支點和不同質(zhì)量的砝碼，復(fù)現(xiàn)虛擬實驗中的操作步驟，驗證實驗結(jié)論的可靠性。在這一過程中，學(xué)生測量砝碼與支點的距離，記錄實際的力臂與力矩數(shù)據(jù)，將實驗現(xiàn)象與虛擬實驗的結(jié)果進(jìn)行對比分析，探究虛擬與現(xiàn)實實驗的異同點。教師指導(dǎo)學(xué)生運用手繪與數(shù)字化繪圖工具，精確繪制實驗裝置圖，標(biāo)注支點、用力點及力臂長度，幫助學(xué)生建立杠桿系統(tǒng)的清晰邏輯關(guān)系。學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗證“力臂長度與力矩大小成正比”的規(guī)律，逐步形成科學(xué)結(jié)論。四、項目學(xué)習(xí)探方法，真實任務(wù)促進(jìn)創(chuàng)新探究項目學(xué)習(xí)方法在數(shù)字化小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中具有“方法建構(gòu)、任務(wù)驅(qū)動、創(chuàng)新培育”的深層作用。項目學(xué)習(xí)以任務(wù)導(dǎo)向為核心，將科學(xué)知識與實驗實踐有機(jī)結(jié)合，借助數(shù)字化技術(shù)拓展項目情境的真實性，形成動態(tài)探究的學(xué)習(xí)路徑。教師在項目學(xué)習(xí)設(shè)計中，依托任務(wù)驅(qū)動設(shè)定具體而復(fù)雜的項目情境。在任務(wù)實施過程中，借助虛擬仿真技術(shù)再現(xiàn)實驗情境，引導(dǎo)學(xué)生分析問題并篩選資源，形成問題鏈與方法鏈系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)采集與實驗操作環(huán)節(jié)，運用動態(tài)反饋工具記錄與分析實驗數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生基于“變量控制”與“對比分析”優(yōu)化探究路徑，形成科學(xué)解決方案。在呈現(xiàn)成果階段，運用智慧平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化展示，引導(dǎo)學(xué)生對項目結(jié)果進(jìn)行證據(jù)論證，推動實驗設(shè)計的迭代。在教科版科學(xué)五年級下冊《水的蒸發(fā)和凝結(jié)》一課的教學(xué)中，教師借助“央館虛擬實驗”平臺，設(shè)計了一個以“探究水的蒸發(fā)和凝結(jié)過程”為主題的項目學(xué)習(xí)活動。該平臺融合了AI，3D，VR等前沿技術(shù)，能夠高度還原物理、化學(xué)、生物、科學(xué)等學(xué)科的實驗現(xiàn)象。教師首先帶動學(xué)生回顧生活中常見的水蒸發(fā)和凝結(jié)現(xiàn)象，隨后在平臺上發(fā)布項目任務(wù)，要求學(xué)生設(shè)計并完成一個實驗，探究溫度對水蒸發(fā)速度的影響。學(xué)生通過虛擬實驗功能，選擇不同的水樣和溫度，并在平臺上實時調(diào)整實驗參數(shù)，如水量、溫度和環(huán)境條件，觀察不同設(shè)置下水蒸發(fā)現(xiàn)象的變化。平臺提供的實時數(shù)據(jù)采集和反饋功能，使學(xué)生能夠清晰地分析實驗數(shù)據(jù)，理解溫度與水蒸發(fā)速度之間的關(guān)系。學(xué)生在實驗過程中，還可以通過可視化圖表實時查看數(shù)據(jù)變化，并借助平臺內(nèi)置的虛擬分析工具，進(jìn)行更深層次的探討。實驗完成后，學(xué)生利用平臺的報告生成工具撰寫實驗報告，總結(jié)實驗過程中的觀察，并通過平臺與同伴共享成