【信息赋能+实验教学】小学科学 | 信息技术赋能小学科学实验教学——以“点亮小灯泡”为例

【摘要】：在新时代背景引领下的小学科学教学中，为促进学生动手操作能力和核心素养的提高，信息技术的运用正成为一种新的教学方式。以“点亮小灯泡”一课为例，学生在各种信息技术辅助下进行探究实验时，能够更加直观地了解实验过程，并能够进行多种电路连接方式的安全尝试，从而加深对电与电路的理解和认识。这种结合真实实验与虚拟技术的探究模式，既丰富了教学手段，又有效地提高了教学效果，为学生科学素养与动手能力的培养提供了有力的支撑。

【关键词】：信息技术；小学科学教学；实验教学；实验改进；NB虚拟实验

小学科学是一门以实验为主的学科，但科学实验对学生实践能力有较高要求。因此，教师在教学时要努力激发学生对科学的兴趣，培养学生的动手能力和合作精神。《义务教育科学课程标准(2022年版)》(以下简称《新课标》)也提到科学课程要重点培养学生的核心素养，提升学生的探究实践能力。然而，在真实的小学科学课堂中，学生往往缺乏合适的载体与工具，难以深入探究物体的内部结构，也无法开展充分、真实的动手操作活动。传统的实验教学也通常无法为学生提供真实实验环境所需要的实验器材、场地等。面对当前的这些教学挑战，将先进的信息技术融入小学科学实验课堂，有望产生显著的积极影响。

“点亮小灯泡”一课选自教科版小学科学四年级下册“电路”单元，在本课的教学中，核心目标是引导学生掌握简单的电池和导线连接，并让灯泡发光。在这一过程中，要努力激发学生对电学的好奇心和探究欲望，为后续深入的学习奠定坚实的基础。本课着重引导学生深入探索电流在装置中的流动路径，通过这一过程，学生将初步构建对电路的基本理解。

“点亮小灯泡”一课的探究实验以观察小灯泡和点亮小灯泡两个活动为重点。学生在两个探索活动的实践过程中都遇到了一些问题，如灯泡金属壳的紧密包裹和螺纹的细致设计，几乎完全遮挡了小灯泡的内部结构，学生在尝试观察灯泡内部时，会发现视线被金属壳阻挡，无法看清灯泡内部的结构、电路布局等关键信息。这种难以观察的情况不仅限制了学生的探索欲望，也在一定程度上影响了他们对物理知识的理解和掌握。此外，在点亮小灯泡的实验中，学生需要连接电源、导线和小灯泡，形成闭合电路。如果他们在连接过程中不慎将导线的两端直接连接在电源的正负极上，或者导线与小灯泡的连接点接触不良，都可能导致电路故障。在电路操作中，若不慎导致短路现象的出现，电流就会急剧上升，进而可能引发导线过热、冒烟的现象，严重时甚至可能演变为火灾，导致学生的安全存在一定隐患。

在进行信息技术赋能“点亮小灯泡”一课教学时，可借助问卷星、NoBook虚拟实验室、希沃投屏、Plickers软件以及微信小程序等多样化的信息技术手段推动教学流程(图1)的实施。

课前利用数据采集和分析平台—问卷星，对学生的学情进行调查，使教师能够更好地掌握学生对电路相关知识的了解情况，从而有效促进学生开展课例中的两个探究实验活动。通过问卷星的数据反馈，了解到部分学生对电流的流向不能准确分辨，对开关的作用也不太了解(图2)。因此，后面的教学环节可以融合信息技术对这两方面的内容进行更直观和清晰地展示。

在实验探究环节里，本课例多使用NoBook虚拟实验(简称NB虚拟实验)给学生提供安全、准确、实时的实验探索机会1]。“点亮小灯泡”一课由真实的问题情境导入：为自己的房间模拟安装两盏灯，并且一个开关能控制一盏灯。想要解决这个问题学生就需要了解灯泡的内部结构。

对于这一课的教学，普通的课堂教学难以让学生从多角度直观地观察小灯泡的内部结构，因为小灯泡的外部安装了带有螺纹的金属壳，学生没有办法清楚地看到其内部结构。但是利用NB虚拟实验，学生就可以清晰直观地看到小灯泡各组成部分(图3)。通过虚拟实验室的高清动画和细节展示，学生能聚焦小灯泡发光的核心部位及其他组成部分，有效促进学生对小灯泡结构功能的认识和理解，因此在后续“点亮小灯泡”的实践活动中，学生错误的次数有所减少，课堂教学的效率与质量也得到提高。

在点亮小灯泡环节，学生利用NB虚拟实验来连接电路，尝试各种点亮小灯泡的连接方式(图4)。在NB虚拟实验中，学生对各种连接电路的猜想进行探究与验证，在不断试错和优化的过程中，将形象思维(动手做)和抽象思维(动手画)结合起来，从而发现点亮小灯泡的正确连接方式。从亮到不亮的过程，学生经历了一个完整的典型的学习路径：猜想点亮小灯泡的连接方式，使用NB虚拟实验去尝试自己的猜想，搜集(记录)成功的连接方式，分析总结，建立线路连接方式的虚拟模型。