以STEAM理念玩转小学科学实验数字化教学

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  【摘 要】良好的科学实验数据准确测量的实践能力是STEAM理念的重要体现。科学课要培养孩子的实证意识,用准确的数据来分析研讨,培养学生的科学核心素养。本文从“课堂观察,教学思考”“ 有效测量,精准数据”两方面进行阐述,将结合教学实例分析原因,找到测量数据偏差的实际因素,采取措施,使数据更准确,从而改进课堂教学。
  【关键词】STEAM理念  实验数据  准确测量
  小学科学实验数据准确测量在注重学生动手实践能力的基础上是STEAM教学理念的重要体现。科学数据准确测量和小学科学课程是从一年级开始的,这正是培养孩子们科学兴趣的好时候,也是培养孩子们“ 用数据说话”的实证意识启蒙阶段。
  一、课堂观察,教学思考
  [课堂观察] 在三年级《温度和水的变化》单元的教学过程中时常遇到一些问题,使原本的“理和据”变得不那么可靠。这一单元前半部分主要学习正确使用温度计,从而将温度从感性认识阶段往理性认识迈进,而后半部分主要是在体会了溫度变化的基础上,认识温度变化(本质因素是热量变化)引起的物质——水的形态变化。
  水的形态变化是由于其内部的热量变化引起的,而热量的变化是可以通过外在表现——温度的测量而显现的。在整个单元中,《冰融化了》就是这样很典型的一课,冰吸收热量,温度升高,到 0℃开始融化,融化过程中吸收热量为融化提供能量,所以温度不再变化,直到全部融化。为了让学生体验这个变化的过程,需要学生使用温度计测量冰块在融化过程中的变化,可是精心准备的一节课,结果不尽如人意,因为孩子们的记录单上的数据与理论值之间的差距。
  [教学思考]实验数据的测量与预期的理想值之间有一定的差距,这是不可避免的,唯有不断的思索形成这种差距的因素,使之减小,测量值向理想值不断靠近,从而得到一个更加精确的数据。而造成这种差距的因素主要有:
  (一)测量工具欠精准
  温度计是常用的测量工具,灵敏度和辨识度均不是非常高。随即挑选十支温度计放在同一环境下读数,最高的温度值和最小的温度值相差 3℃。
  (二)实验本身显缺陷
  打碎的冰块比较大,放入杯中后冰块与冰块之间的空隙也比较大,插入温度计进行测量时,红色的玻璃泡与冰块之间往往没有完全接触,造成温度计实际测量的可能是冰块与冰块的缝隙中空气的温度。
  (三)动手操作呈失误
  四人小组分工时有一名同学会负责使用温度计进行温度的测量,而他一个人的测量结果代表的是整个小组,另一方面是记录时可能造成的失误,实验时整个氛围又比较嘈杂,可能会存在听错、记错情况。二、有效测量,精准数据
  [课堂观察]在教学《摆的秘密》时,学生大多认为摆的快慢和摆锤重量及摆角大小有关,学生疑惑不解的问:“老师,怎么轻的摆锤和重的摆锤摆的次数一样啊?”遇到这样的情况,老师不能轻易放过,一定要“小题大做”,要求学生进行多次实验。
  [教学思考]实验数据更加准确是可以实现的,反思课堂对症下药,从而提高数据的准确性。本人从以上课例为出发点,将其中为改进数据做的努力尝试进行了总结,并应用于不同科学课堂:
  (一)上下求索 , 测量材料会进步
  虽然我们不能完全的消除测量值和预期理想值之间的距离,但是可以通过一些方法来缩短,而测量材料的改进无疑是其中非常重要的一个方法,一个合适的实验测量材料能够让学生得出的数据更加趋近于理想值。
  如在《机械摆钟》一课中,对于同一个单摆进行四次10秒钟的连续测量这一实验。在教学过程中,笔者发现本来应该每个10秒摆动次数应该一样的数据,在实际测量时多个小组都出现了第二个或者第三个10秒多一次的情况。学生的数数没有问题、实验操作也是准确地,百思不得其解究竟问题出在哪里。后来有学生提到“10秒到了有半次该怎么办?”才恍然大悟,原来问题在测量次数的单摆上,单摆本身摆动是没有对错的,但是作为研究等时性的一个工具,在连续测量的情况下,如果前一个10秒多了半次甚至小半次出来,那么就会遗留给下一个10秒,从而使下一个10秒比上一个10秒多摆动一次。如表1 :
  如表2:根据单摆运动周期公式计算出整次的摆绳长度,使10秒内摆动的刚好是整次的,改进了单摆这个测量工具后,果然就没再出现上面的情况了。可见,对于测量材料的“计算”是可以增进实验数据准确度的。
  (二)巧妙设置,实验方法能变幻
  完全照搬课本上的方法势必会导致实验数据出现偏差,因此改善实验方法可以提高实验的有效性,从而使实验所得数据更加的可靠。
  如《磁铁的两极》一课中,如图(一个小组的数据):
  学生对五个点的测量结果略有偏颇,A 和 E 点最多,有 30几个,但B、C 和 D 难以挂上。究其原因,可能是实验用磁铁的磁力分布在两端,而往内几乎没有。这样的特点使得磁铁两端磁力强这一结论表现很明显,而向中间渐弱直至正中间磁力最弱的渐变过程很难体现出来。笔者根据实际存在的问题,对实验方法进行了改变。
  如图(与上同一组的数据):
  将原本均匀分布的五个点略微作了调整,B 和 D 点往外移了一点,并且将五个点的位置固定了往下垂的回形针,将挂回形针的钩子直接吸引在了垂下来的回形针上,如此一来 B 和 D 吸引回形针的数量有了提升,渐弱的变化趋势显现出来了,学生的体会也深了。一次方法的小小改进,促进了数据向预计理论值的大步迈进。
  (三)无缝对接,小组合作很亲密
  小组合作探究是科学学习的常见学习方式,在实验开始前不仅需要落实好每个小组成员的任务,还需要明白相互之间传达指令的含义。如《下沉的物体会受到水的浮力吗》一课,我们可以通过实验记录单看到实验要求测量的主要是“在水中的重力”和“排开的水量”这两项。这两项在测量时需要同时进行的,这个难度比较大,需要小组成员的密切配合。如果其中一个人没有跟上节奏,那么得出的数据很有可能就是相错开的,所以需要小组的高度配合。
  总之,科学课堂上测量值和预期的理想值之间的差距是必然存在的,我们可以通过分析事实,找到隐藏在差距背后的价值,从而受到新的启发,改进我们的课堂教学,不断提高学生的科学核心素养,使学生收获宝贵的经验价值。
  【参考文献】
  [1]王勇.小学科学教育存在的问题及对策研究[J].新课程导学,2014(20).
  [2]李全林.小议如何提高小学科学教学实效性[J].学周刊, 2014(17).
  [3] 吴韦春.小学科学课堂规范管理研究[J].实验教学与仪器,2017(9).
  广东省东莞市沙田鹏远学校
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