1.1傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的局限性與數(shù)字化工具的互補(bǔ)性演講人CONTENTS1傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的局限性與數(shù)字化工具的互補(bǔ)性2與新課標(biāo)“核心素養(yǎng)導(dǎo)向”的深度契合1按功能劃分的三類核心工具1課例1：《電路中的電流》（對應(yīng)“電”單元）1工具使用的“三原則”：避免“為用而用”2教師能力提升的“三步走”路徑目錄2025小學(xué)四年級科學(xué)下冊數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具的使用課件各位同仁：大家好！作為一名深耕小學(xué)科學(xué)教學(xué)12年的一線教師，我始終記得2018年第一次帶著學(xué)生用溫度傳感器做“熱的傳遞”實(shí)驗(yàn)時的場景——孩子們盯著平板上實(shí)時跳動的曲線，驚呼“原來銅棒兩端的溫度是這樣變化的！”那一刻，我深刻意識到：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具不僅是技術(shù)的革新，更是打開學(xué)生科學(xué)思維的“金鑰匙”。今天，我將結(jié)合新課標(biāo)要求、教學(xué)實(shí)踐案例與個人思考，系統(tǒng)分享“2025小學(xué)四年級科學(xué)下冊數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具的使用”這一主題。一、為什么要在四年級科學(xué)課中引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具？——核心價值與課標(biāo)關(guān)聯(lián)011傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的局限性與數(shù)字化工具的互補(bǔ)性1傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的局限性與數(shù)字化工具的互補(bǔ)性四年級科學(xué)下冊的核心內(nèi)容涵蓋“物體的運(yùn)動”“電”“巖石與土壤”“動物的繁殖”四大單元（以教科版為例），實(shí)驗(yàn)類型涉及測量類（如電流大小、溫度變化）、觀察類（如種子萌發(fā)過程）、對比類（如不同材料的導(dǎo)熱性）。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，教師常面臨三大痛點(diǎn)：數(shù)據(jù)記錄滯后：手動記錄溫度、時間等數(shù)據(jù)時，學(xué)生易錯過關(guān)鍵變化節(jié)點(diǎn)（如熱傳遞實(shí)驗(yàn)中銅棒各點(diǎn)溫度的瞬時差異）；觀察精度不足：僅憑肉眼觀察種子萌發(fā)的細(xì)微變化（如胚根突破種皮的具體時間），難以形成量化認(rèn)知；變量控制困難：在“導(dǎo)體與絕緣體”實(shí)驗(yàn)中，手動連接電路易出現(xiàn)接觸不良，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定。1傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的局限性與數(shù)字化工具的互補(bǔ)性數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具通過傳感器、數(shù)據(jù)采集器與終端軟件的聯(lián)動，恰好能彌補(bǔ)這些缺陷。例如，溫度傳感器可實(shí)現(xiàn)0.1秒/次的高頻采樣，將熱傳遞過程轉(zhuǎn)化為動態(tài)曲線；濕度傳感器能持續(xù)監(jiān)測種子萌發(fā)環(huán)境的濕度變化，生成可視化數(shù)據(jù)圖表；電流傳感器則能精準(zhǔn)捕捉電路中毫安級的電流變化，避免人為誤差。022與新課標(biāo)“核心素養(yǎng)導(dǎo)向”的深度契合2與新課標(biāo)“核心素養(yǎng)導(dǎo)向”的深度契合2022版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出，要“引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，發(fā)展科學(xué)思維，培養(yǎng)探究實(shí)踐能力”。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具的引入，正是落實(shí)這一目標(biāo)的關(guān)鍵載體：探究過程可視化：將抽象的科學(xué)現(xiàn)象（如聲音的振動、電流的傳遞）轉(zhuǎn)化為可感知的圖像、曲線或數(shù)值，降低理解門檻；數(shù)據(jù)驅(qū)動思維：通過分析實(shí)時數(shù)據(jù)，學(xué)生能更主動地提出假設(shè)、驗(yàn)證結(jié)論（如“為什么鐵棒的溫度曲線比木棒陡峭？”）；跨學(xué)科融合：工具的使用涉及簡單編程（如設(shè)置傳感器采樣頻率）、信息處理（如用Excel繪制圖表），自然銜接數(shù)學(xué)、信息技術(shù)學(xué)科。2與新課標(biāo)“核心素養(yǎng)導(dǎo)向”的深度契合以“聲音的產(chǎn)生與傳播”單元為例，傳統(tǒng)教學(xué)中教師多通過敲音叉、摸喉嚨讓學(xué)生感知振動；而使用聲音傳感器與加速度傳感器后，學(xué)生能同時觀察到“聲音分貝值”與“振動頻率”的關(guān)聯(lián)曲線，進(jìn)而自主推導(dǎo)出“振動幅度決定音量，振動頻率決定音調(diào)”的結(jié)論——這正是從“現(xiàn)象觀察”到“數(shù)據(jù)實(shí)證”的思維躍升。031按功能劃分的三類核心工具1按功能劃分的三類核心工具結(jié)合四年級教材內(nèi)容，我們可將工具分為傳感器類（采集物理量）、數(shù)據(jù)處理類（分析與呈現(xiàn)數(shù)據(jù)）、虛擬仿真類（模擬復(fù)雜或危險實(shí)驗(yàn)）三大類，每類工具均需匹配具體教學(xué)場景。1.1傳感器類：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的“精準(zhǔn)捕捉者”傳感器是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的核心硬件，其功能是將溫度、濕度、電流、聲音等物理量轉(zhuǎn)化為電信號，再通過數(shù)據(jù)采集器傳輸至終端。四年級常用傳感器及適用實(shí)驗(yàn)如下：|傳感器類型|測量范圍|典型實(shí)驗(yàn)場景|操作要點(diǎn)||------------|----------|--------------|----------||溫度傳感器|-40℃~150℃|熱的傳遞（銅棒、木棒導(dǎo)熱性對比）、種子萌發(fā)環(huán)境溫度監(jiān)測|①傳感器探頭需完全接觸被測物體；②采樣頻率設(shè)置為1次/秒（避免數(shù)據(jù)過載）||電流傳感器|0~2A|電路中的電流（檢測不同導(dǎo)體的導(dǎo)電能力）|①串聯(lián)接入電路，注意正負(fù)極；②實(shí)驗(yàn)前需校準(zhǔn)（用已知電阻驗(yàn)證）|1.1傳感器類：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的“精準(zhǔn)捕捉者”|聲音傳感器|30~120dB|聲音的強(qiáng)弱與振動（敲不同力度的音叉，對比分貝值與振動幅度）|①保持傳感器與聲源距離一致（建議30cm）；②避免環(huán)境噪音干擾（關(guān)閉教室門窗）|01|濕度傳感器|0~100%RH|植物的蒸騰作用（對比葉片多/少的枝條周圍濕度變化）|①傳感器需放置在枝條上方10cm處；②實(shí)驗(yàn)前記錄初始濕度值|02個人經(jīng)驗(yàn)：初次使用傳感器時，建議先做“校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)”——例如用溫度傳感器測量已知溫度的熱水（可用溫度計同步測量），讓學(xué)生觀察兩者數(shù)據(jù)差異，理解“工具精度”的概念，這比直接講解更有說服力。031.2數(shù)據(jù)處理類：實(shí)驗(yàn)結(jié)論的“可視化引擎”數(shù)據(jù)處理工具是連接傳感器與學(xué)生思維的橋梁，四年級重點(diǎn)推薦兩款軟件：Arduino+GraphicalInterface（適合有編程基礎(chǔ)的班級）：通過簡單拖拽模塊設(shè)置傳感器采樣頻率，實(shí)時生成折線圖，支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出為CSV格式；NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺（適合零基礎(chǔ)班級）：內(nèi)置小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)０?，點(diǎn)擊“開始實(shí)驗(yàn)”即可自動采集數(shù)據(jù)并生成圖表，界面直觀（如熱傳遞實(shí)驗(yàn)中，銅棒會動態(tài)顯示顏色變化，溫度越高顏色越紅）。操作流程示例（以“熱的傳遞”實(shí)驗(yàn)為例）：連接溫度傳感器至數(shù)據(jù)采集器，打開NOBOOK軟件，選擇“熱傳遞”實(shí)驗(yàn)?zāi)０?；?個溫度傳感器分別固定在銅棒的左端（加熱點(diǎn)）、中點(diǎn)、右端，間距5cm；點(diǎn)擊“開始加熱”，軟件自動以1次/秒的頻率采集數(shù)據(jù)，屏幕同步顯示三條溫度曲線；1.2數(shù)據(jù)處理類：實(shí)驗(yàn)結(jié)論的“可視化引擎”實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)統(tǒng)計”，軟件自動計算各點(diǎn)溫度達(dá)到50℃的時間差；引導(dǎo)學(xué)生觀察曲線斜率：“為什么左端曲線最陡？中點(diǎn)和右端的斜率有什么差異？”1.3虛擬仿真類：危險/微觀實(shí)驗(yàn)的“安全替代方案”0504020301四年級教材中，部分實(shí)驗(yàn)受限于材料（如觀察巖石的微觀結(jié)構(gòu)）或安全性（如模擬雷電的形成），難以在課堂完成。虛擬仿真工具通過3D建模與動畫演示，能有效突破這些限制：巖石與土壤的微觀結(jié)構(gòu)：使用“科樂奇”虛擬顯微鏡，學(xué)生可通過觸控屏放大巖石樣本（如花崗巖的石英、長石顆粒），觀察礦物晶體的排列方式；電路的內(nèi)部原理：用“電路仿真實(shí)驗(yàn)室”軟件，點(diǎn)擊導(dǎo)線可顯示電子流動方向（用綠色小點(diǎn)模擬），點(diǎn)擊燈泡可查看燈絲發(fā)熱的動態(tài)過程；動物的繁殖過程：通過3D動畫演示蠶卵孵化、蝌蚪發(fā)育成青蛙的連續(xù)階段，彌補(bǔ)觀察周期長（如蠶的一生需56天）的不足。注意：虛擬仿真工具需與真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)合使用。例如，觀察巖石時，先讓學(xué)生用放大鏡觀察實(shí)物，再用虛擬顯微鏡補(bǔ)充微觀細(xì)節(jié)，避免“重虛擬輕真實(shí)”。041課例1：《電路中的電流》（對應(yīng)“電”單元）1課例1：《電路中的電流》（對應(yīng)“電”單元）教學(xué)目標(biāo)：通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識導(dǎo)體與絕緣體的區(qū)別，理解電流大小與材料的關(guān)系。工具選擇：電流傳感器（量程0~2A）、數(shù)據(jù)采集器、NOBOOK軟件、銅片/鐵片/塑料片/木片（作為被測材料）。教學(xué)流程：問題導(dǎo)入（5分鐘）：“為什么導(dǎo)線要用銅做，而插頭外殼用塑料？如果換成鐵片做外殼，會發(fā)生什么？”學(xué)生提出假設(shè)：“金屬導(dǎo)電，塑料不導(dǎo)電；不同金屬導(dǎo)電能力可能不同。”實(shí)驗(yàn)設(shè)計（8分鐘）：分組任務(wù)：每組選擇2種材料（如銅片+塑料片、鐵片+木片），設(shè)計電路（電池→開關(guān)→被測材料→小燈泡→電池）；1課例1：《電路中的電流》（對應(yīng)“電”單元）教師強(qiáng)調(diào)：①串聯(lián)電流傳感器，確保電流從正極流入；②每次更換材料后需斷開開關(guān)，避免短路。1數(shù)據(jù)采集與分析（15分鐘）：2閉合開關(guān)，軟件實(shí)時顯示電流值（如銅片接入時電流為0.3A，塑料片接入時為0A）；3引導(dǎo)學(xué)生記錄數(shù)據(jù)并繪制柱狀圖（橫軸：材料類型，縱軸：電流值）；4提問：“為什么銅片的電流比鐵片大？”（引出“導(dǎo)電性”概念：銅的導(dǎo)電性比鐵好）。5結(jié)論與拓展（7分鐘）：6總結(jié)：容易讓電流通過的物體是導(dǎo)體（如金屬），不容易通過的是絕緣體（如塑料、木材）；71課例1：《電路中的電流》（對應(yīng)“電”單元）拓展：播放“高壓電線下的小鳥”動畫（用虛擬仿真工具模擬小鳥兩腳間電壓差小，所以不觸電），深化對導(dǎo)體特性的理解。學(xué)生反饋：課后問卷顯示，92%的學(xué)生能準(zhǔn)確區(qū)分導(dǎo)體與絕緣體，85%的學(xué)生能說出“不同導(dǎo)體導(dǎo)電能力不同”，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)教學(xué)的65%和40%。3.2課例2：《種子的萌發(fā)》（對應(yīng)“植物的生長變化”拓展內(nèi)容）教學(xué)目標(biāo)：探究溫度、水分對種子萌發(fā)的影響，理解種子萌發(fā)的必要條件。工具選擇：溫度傳感器、濕度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、智能培養(yǎng)箱（可調(diào)節(jié)溫度和濕度）。教學(xué)流程：變量控制（10分鐘）：提出問題：“種子萌發(fā)需要哪些條件？”學(xué)生猜測：水、空氣、適宜的溫度；1課例1：《電路中的電流》（對應(yīng)“電”單元）設(shè)計對照實(shí)驗(yàn)：4組種子（每組10粒，同一品種），分別設(shè)置不同條件：-A組：25℃、濕潤、有空氣；-B組：25℃、干燥、有空氣；-C組：5℃、濕潤、有空氣；-D組：25℃、濕潤、無空氣（用保鮮膜密封）。持續(xù)觀察與數(shù)據(jù)記錄（7天）：每天9:00用傳感器測量各組培養(yǎng)箱的溫度、濕度（A組溫度25±1℃，濕度80±5%；B組濕度＜30%；C組溫度5±1℃）；用手機(jī)拍攝種子萌發(fā)狀態(tài)（如胚根突破種皮、子葉展開），同步記錄時間；第7天匯總數(shù)據(jù)：A組萌發(fā)率90%（第3天開始萌發(fā)），B組0%，C組10%（第6天1課例1：《電路中的電流》（對應(yīng)“電”單元）萌發(fā)），D組0%。數(shù)據(jù)可視化與結(jié)論推導(dǎo)（15分鐘）：用Excel繪制“萌發(fā)時間-溫度/濕度”散點(diǎn)圖，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：溫度25℃、濕度80%時萌發(fā)最快；結(jié)合數(shù)據(jù)討論：“為什么C組有少量種子萌發(fā)？”（可能是種子自身生命力較強(qiáng)，或溫度未嚴(yán)格控制）；總結(jié)：種子萌發(fā)需要適宜的溫度、一定的水分和充足的空氣。教學(xué)價值：通過7天的連續(xù)數(shù)據(jù)采集，學(xué)生不僅掌握了實(shí)驗(yàn)方法，更體會到“科學(xué)探究需要耐心與嚴(yán)謹(jǐn)”——這是傳統(tǒng)“觀察記錄表”難以傳遞的深層素養(yǎng)。051工具使用的“三原則”：避免“為用而用”1工具使用的“三原則”：避免“為用而用”數(shù)字化工具是教學(xué)的“助手”，而非“主角”。在實(shí)踐中需把握以下原則：1適切性原則：優(yōu)先選擇能解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)痛點(diǎn)的工具。例如，“巖石的分類”實(shí)驗(yàn)中，用放大鏡觀察實(shí)物比虛擬工具更直觀，無需強(qiáng)行使用數(shù)字化手段；2學(xué)生主體性原則：工具操作應(yīng)簡單化（如傳感器只需“插入-點(diǎn)擊開始”），避免因操作復(fù)雜分散探究注意力；3思維導(dǎo)向原則：數(shù)據(jù)是“證據(jù)”，而非“結(jié)論”。需引導(dǎo)學(xué)生思考“為什么數(shù)據(jù)會這樣變化？”“如果改變變量，數(shù)據(jù)會如何？”，而非僅關(guān)注“數(shù)據(jù)對不對”。4062教師能力提升的“三步走”路徑2教師能力提升的“三步走”路徑要讓數(shù)字化工具真正發(fā)揮作用，教師需具備“技術(shù)操作-教學(xué)設(shè)計-評價反饋”的綜合能力。結(jié)合我的成長經(jīng)歷，建議從以下三方面入手：技術(shù)入門：參加專業(yè)培訓(xùn)，掌握基礎(chǔ)操作2023年我參加了“中小學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具應(yīng)用”培訓(xùn)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)了傳感器校準(zhǔn)、軟件參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)異常排查等技能。培訓(xùn)中，講師用“故障模擬”的方式（如故意設(shè)置傳感器接觸不良），讓我們練習(xí)如何通過數(shù)據(jù)曲線判斷問題——這種“實(shí)戰(zhàn)式”學(xué)習(xí)比看說明書更有效。課例打磨：以問題為導(dǎo)向，設(shè)計“工具-探究”融合課我與信息技術(shù)組教師組建了“數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教研共同體”，每月打磨1節(jié)融合課。例如，在設(shè)計“聲音的產(chǎn)生”實(shí)驗(yàn)時，我們曾糾結(jié)是否要引入加速度傳感器——最終通過測試發(fā)現(xiàn)，同時采集“振動幅度”與“分貝值”能更直觀呈現(xiàn)兩者關(guān)系，于是保留了這一設(shè)計。2教師能力提升的“三步走”路徑評價創(chuàng)新：從“結(jié)果評價”轉(zhuǎn)向“過程評價”傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)評價多關(guān)注“是否得出正確結(jié)論”，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)需更注重“數(shù)據(jù)采集的規(guī)范性”“分析邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性”“合作交流的有效性”。例如，我設(shè)計了《數(shù)字化實(shí)驗(yàn)評價表》，包含“工具操作是否規(guī)范”“數(shù)據(jù)記錄是否完整”“小組討論是否提出新問題”等維度，用具體行為表現(xiàn)替代簡單的“對/錯”判斷。結(jié)語：讓數(shù)字化工具成為學(xué)生探索科學(xué)的“眼睛”與“翅膀”回顧今天的分享，我們從“為什么用”“用什么”“怎么用”“注意什么”四個維度，系統(tǒng)梳理了四年級