重庆树人景瑞小学校学生课间与智能机器人就校园生活对话。

　　广东省东莞市松山湖北区学校数字化科普课程走进学校社团活动。学校供图

　　编者按

　　实验教学是培养学生创新精神和实践能力的重要途径，是新时代提高科学教育育人质量的关键之举。在深入推进教育数字化转型的背景下，如何以数字化赋能实验教学，培养学生的创新思维，提升学生解决实际问题的能力？本期专刊特编发一组稿件，敬请关注。

　　观点

　　数字化促实验教学走向跨学科

　　黄静 鲁正超

　　当前，以数字化资源与工具助力实验主题突破教材局限，向真实问题、学科融合与认知挑战三个方向拓展。

　　一是基于真实情境的数据探究。引导学生利用物联网设备、在线数据库等，围绕环境、能源、校园生活等真实议题开展数据采集、分析与建模。如“教室光环境优化”项目融合科学测量、数学分析与节能理念，培养学生数据素养与社会责任感。

　　二是依托虚拟仿真的跨学科整合。通过虚拟实验室、跨学科建模软件（如GeoGebra、NetLogo）打破学科壁垒，开展综合性的项目学习。如“设计可持续城市排水系统”项目，可整合地理、物理、工程与数学知识，在仿真测试与方案优化中培养系统思维。

　　三是激发认知冲突的互动实验。利用交互式模拟创设思维挑战情境，如通过动态几何探索非欧空间、借助物理引擎对比理想与实际运动差异，引导学生突破思维定式，培养批判性思维。

　　在以上实验教学内容重构的基础上，实验教学中借助传感器、虚拟仿真、动态建模等工具，学生能够进行自主设计、实时观测、多轮迭代与模拟验证，在“假设—检验—修正”的完整科学过程中深化理解。可见，以人工智能为代表的数字技术已经从教师“演示的辅助”转向学生“探究的伙伴”，并在过程中，以快速反馈、数据分析等确保跨学科实验教学的顺利推进与开展。

　　此外，教学过程也从单一课程转向长周期、项目化、协同式的学习流程。课前，通过微视频、交互式预习任务激发兴趣，引导学生形成初步问题。课中，借助实时数据采集、协作分析工具开展小组探究，聚焦深度研讨与迭代优化。课后，利用数字作品集等进行成果整理与展示，并通过在线社区开展跨班级、跨学校的交流互评，形成可持续的学习闭环。如“校园植物数字图谱”项目可贯穿整个学期，学生持续记录、分析并共享植物生长数据，在长期实践中提升观察、合作与表达能力。

　　数字化赋能实验教学，本质是通过技术与教育的深度融合，释放学生的探究潜能。探究无学科界限，所以未来需进一步拓展以数字化推动实验教学走向跨学科，以培养学生探究精神。

　　（作者单位：河南省罗山县第四实验初级中学）

　　建言

　　数字化可以让实验学习流动起来

　　周群

　　上学期，学校几位生物教师把数码显微镜搬到了教室，课上让学生们轮流使用数码显微镜，制作番茄果肉、人口腔上皮细胞的临时装片，并鼓励课下学生们随时用数码显微镜观察。

　　起初只是几个好奇的学生课间凑近看看，后来逐渐变成了三五成群的小组探究。他们自发从家里带来各种材料：橘子瓣膜、青菜叶表皮、花瓣碎片……办公室的显微镜区，俨然一个“一米实验室”和一个“流动观察站”。

　　而教室里的显微镜，不再只是教学工具，而成了学生自主探索的窗口和师生和谐交流的桥梁。

　　后来，我们陆续把“观察种子的结构”“解剖观察花的结构”“观察根尖的结构”等实验都搬进了教室，学生们自发将各种实验材料带来，小组分工合作解剖观察。我投屏孩子们的操作过程，大家一起评议操作是否规范；建立班级生物学实验素材库，将大家的操作视频、实验图片、绘制结果等都上传进去，学生们化身一个个小小的科学家，时而专注地操作，时而激烈地研讨……

　　这一探索让我意识到，数字化赋能实验教学，关键在于让技术“流动”起来，而非固定在某个空间。

　　从“课时实验”到“时段探究”：显微镜常驻教室或办公室，打破了实验课的时间边界。学生可以在最佳学习时刻进行观察，而不是等待每周固定的实验课。这种自主节奏，尊重了学生的个体认知差异。

　　从“教师主导”到“学生发起”：当设备可随时使用，探究的主动权转移到了学生手中。他们开始自带样本、自设问题、自主记录，教师角色从讲解者转变为资源提供者和思维引导者。

　　从“教室空间”到“学习场域”：一台移动的显微镜，将教室、办公室、校园走廊连接成了连续的学习环境。物理空间的界限变得模糊，学习发生在任何好奇产生的地方。

　　在推进教育数字化的今天，或许每一间教室都可以成为“实验室”，每一位教师都可以成为“实验创新者”。当技术赋能教育，限制条件也能转化为创新契机，而这正是新时代教师的责任与使命——在任何环境下，都为孩子打开探索科学的大门。

　　（作者系四川省成都玉林中学副校长）

　　让常规实验和数字化实验各司其职

　　杨超

　　在四年级“探究蜡烛燃烧的变化”一课中，我曾陷入两难：只靠常规实验，学生对“燃烧产物”的认知模糊且有争议；全靠数字化实验，又让学生没有了动手探究的乐趣，成为“看数据、记结论”的旁观者。

　　基于常规实验是探究的基础，也是激发学生思考的起点，课堂上，我先让学生分组开展常规实验：每组配备蜡烛、烧杯、澄清石灰水、氯化钴试纸等器材，小组自主设计“验证蜡烛燃烧产物”的实验方案。学生们有的小心翼翼地用烧杯罩住燃烧的蜡烛，观察到蜡烛熄灭、烧杯内壁出现水雾的现象；有的尝试用澄清石灰水检验收集到的气体，却因装置漏气、石灰水浓度不当，始终看不到浑浊现象……

　　就“不顺利”的环节，我没有急于纠正，而是引导他们反复调试装置、更换试剂，最终，学生们都观察到了水雾和石灰水浑浊的现象。观察到现象，学生却无法精准证明“水和二氧化碳是燃烧的唯一产物”，对“燃烧过程中气体变化”的认知也仅停留在表面。

　　此时，我为每组配备了简易的数字化传感设备，将氧气、二氧化碳浓度传感器和湿度传感器放入密闭实验箱中，点燃蜡烛后，设备实时记录各项数据，并自动生成变化曲线。

　　当屏幕上的氧气浓度曲线逐渐下降、二氧化碳浓度曲线同步上升，湿度曲线急剧攀升时，学生们瞬间明白了蜡烛燃烧的本质是消耗氧气，生成二氧化碳和水。同时，我引导学生对比“常规实验中水雾的出现”与“数字化曲线中湿度的变化”，以数据分析，彻底打消学生的疑虑。更意外的是，有学生通过观察曲线，发现蜡烛熄灭前，氧气浓度并未降至零，进而提出“蜡烛熄灭是否与二氧化碳浓度过高有关”的新问题，延伸了探究的深度。

　　教学实践让我深刻体会到，数字化融入实验教学并非“常规实验+数字化实验”的简单叠加，而是要找准融合的切入点，让二者各司其职、互补共生。

　　常规实验侧重“动手体验、激发疑问”，让学生在实践中发现问题、积累经验。数字化实验侧重“精准赋能、深化探究”，用数据支撑结论、解决争议，引导学生从感性认知走向理性认知。这样的“双轨融合”让学生在动手实践、感受科学乐趣的同时，也实现了精准探究、理解科学本质。

　　（作者系山东省泰安市宁阳县教育科学研究中心小学科学教研员）

　　探索1

　　用平板“种”出观察日记

　　林梅珠

　　四年级科学课有个经典实验——观察绿豆发芽。“第三天，长了2厘米；第四天，长了3厘米……”在语文课上，每看到这样的日记，我就想：这不是观察，是报数。

　　去年秋天，我被临时安排带两周科学课。我一个教语文的，怎么带学生做实验？

　　某天无意间，我了解到儿子利用平板设置固定机位、间隔拍摄，并自动生成延时视频。我大受触动，立马用一次性杯子种了5颗绿豆，架好平板，3秒一张拍了好几张。6天后，15秒的视频里，豆子破皮、扎根、顶土、展叶，发芽过程有图、有视频，整个过程完整清晰。

　　于是，我和几位班级家长联系，凑齐了6台平板。“这次我们分为6组，每组种三颗绿豆，每天只能浇一次水，其他什么都不用做。平板的摄像头固定好，对准花盆，打开延时摄影，放学开机，早读收。”我顿了一下，“期待两周后你们的‘电影’。”因为要拍“电影”，学生们瞬间兴奋起来了。

　　然而，第一周是灾难。一组浇了3次水，豆子被淹死；一组嫌发芽慢，偷偷把盆挪到窗台晒太阳，平板还杵在原位，拍了5天白墙；另一组最离谱，为了“画面好看”，把绿豆排成心形种下去。对于学生们的尝试，我没有批评，仅是在课上把自己的视频放了3遍，通过引导学生说看到了什么，来理解“看见了别人没看见的，就是发现和观察”。

　　学生们吸取经验，第二次每组都成功了。作文课上，我让他们边看自己的“电影”边写。没有提纲，没有好词好句的要求，但学生们都写得极其认真。小杰写：“绿豆的根像白胡须，先往下钻，再往旁边探，仿佛在认路。”小萱写：“下雨那天我没拍到，但我猜泥土里面是亮的，因为有颗豆子顶着水滴钻出来，像举着一盏灯。”

　　又过了几天，班上好些学生在窗台上养上了葱头、家里的花生米……还有家长发消息说：“林老师，我家孩子说以后要学生物。”其实，我没教她生物，仅是给了她一台平板，让她看见自己想看见的。

　　新学期，学校采购了12台数码显微镜。科学教师找到我，请教延时摄影。交流中科学教师戏称：“我们这个小城里的孩子也和数字时代接轨了。”

　　更惊喜的是，昨天学生小雅给我看她已经拍了23天的菠萝蜜核生长视频。我问她：“你打算拍到什么时候？”她得意地说：“拍到它开花，‘种’出观察日记。”

　　（作者单位：江西省上饶市广信区第五小学）

　　探索2

　　“智慧花房”里的实验与创新

　　袁军辉

　　“快瞧！土壤湿度跌到30%了，水泵该启动浇水啦！”“赶紧加延时程序，把停机阈值调到50%试试！”

　　在学校“智慧花房”虚拟仿真实验课上，学生们三人一组围坐在一起，指尖在鼠标上麻利地拖拽土壤湿度传感器、微型水泵等虚拟组件。导线连接错了就删掉重连，参数不合适就反复修改，叽叽喳喳的讨论声里满是实验探究的热情。

　　随着技术的发展，运用线上实验、模拟、仿真等创新型学习方式，对硬件资源匮乏的乡村小学而言，犹如一场“及时雨”。

　　乡村学校普遍缺少传感器、主控板等实验器材，专用实验室更是稀缺，甚至连实验教学中的“传感器”“阈值”等概念，教师讲半天，学生依旧一知半解。虚拟实验课时，就有学生问：“老师，阈值到底是啥呀？”直到他们亲手连接传感器与主控板，设定30%的启动阈值，却发现水泵一直运转、虚拟花盆里的“水”快溢出时，才急着喊停。学生们凑在一起反复调整数值、试错验证，终于恍然大悟：“原来阈值是传感器‘发号施令’的临界点！”

　　就在小组用光敏传感器实现了“天黑自动加温”时，小组里的成员突然皱起眉头：“我爷爷家花房冬天会突然升温，加温器一直开着会烤蔫花！”这个来自生活的疑问瞬间点燃了学生的探索欲，他们分工协作：有人检查线路，有人琢磨程序，有人记录参数。从28℃到25℃的阈值调整，从频繁启停到稳定运行，最终实现“天黑且温度低于20℃加温，达到25℃停机”的效果。这个过程中，学生们解决的是真实问题，观察力、创新思维在一次次试错中不断沉淀。

　　去年，在学校“红领巾寻访家乡科技”活动中，学生们走进村里的智能粮仓。管理员大叔指着温湿度显示屏笑着说：“以前测湿度得爬梯子、钻粮堆，现在传感器实时监测、超标报警，省了不少力！”学生们围着设备兴奋地说：“这和我们实验课上的监测原理一样！”当亲眼见到虚拟创意变成实用工具，学生们发自内心地体会到：科技的价值在于解决真实的难题。

　　（作者系江苏省丹阳市折柳中心小学校长）

　　探索3

　　模拟器让遗传定律变得可感可探

　　刘小洁

　　“黄与绿、圆与皱，四种组合，九三三一的数字背后是遗传的奥秘。”这曾是高中生物教师口中抽象的基因定律。如今，学生们只需轻点鼠标，便能“种”出虚拟豌豆，让孟德尔一百六十年前的发现，在屏幕前以秒级速度重现、验证。

　　一次教研活动中，霍州一中一位生物教师向我诉苦：“孟德尔那点事儿，我都讲10多年了，可孩子们还是搞不懂9∶3∶3∶1到底怎么来的。”当时，我们从教学难点聊到学生认知规律，从技术可能性聊到课堂应用场景。正是在这次深入交流中，我们萌生了共同开发一款模拟小程序的念头。我负责技术实现，生物教师负责教学设计和效果验证。几轮打磨之后，“豌豆性状遗传模拟器”就这样诞生了，让抽象的遗传定律在数字世界里变得可感、可探。

　　实验过程的“高复现”与“高扩展”。学生可自由选择不同性状组合的亲本，一键完成从杂交到F2代的多轮实验。短短几分钟，便能积累远超传统教学的数据样本。实验过程可快速重复，相同或不同的遗传假设能在短时间内得到多次验证。这种高效复现与对比验证，将静态结论转化为可探索的问题，激发了学生的探究内驱力。

　　抽象思维变得“可视化”与“可统计”。软件将不同性状的豌豆以色彩和形态直观呈现，每一粒“数字豌豆”都对应特定的遗传组合。实时更新的统计图表清晰地展示各表型的数量与比例变化，使微观的遗传机制转变为宏观的数据规律。这种数据驱动的学习方式，帮助学生从单纯记忆比例，进阶到理解比例背后的统计学逻辑。

　　支持分层探究与个性化学习。教师可设计不同层级的实验任务：基础任务重演经典实验，进阶任务探索不同遗传组合。模拟器成为每名学生的“数字试验田”，支持在反复操作中自主建构知识。教师的角色也从讲授者转变为学习设计者和思维引导者。

　　这款“豌豆性状遗传模拟器”让学生亲历“观察—假设—验证—分析—结论”的完整探究过程，在数据波动中理解随机性与统计规律的辩证关系。当学生在反复实验中自主归纳出规律时，科学思维正在悄然生长。

　　（作者单位：山西省霍州市教育体育局电化教育馆）

　　大家谈

　　广东省深圳市观澜中学教育集团办公室主任李旭强：传感器的精准、虚拟的安全、数据的直观，都是为了让学生更深入地参与科学探究。如同一实验可多次开展，不同条件下的数据直观可比，如通过控制变量调整温度、浓度，帮助学生更清晰地发现科学规律。实验可重复对比的操作，真实地解决了实验教学中的一大难点。

　　山东省汶上县第二实验中学教师王祥海：“红磷也燃烧！”面对学生的疑问，我也不确定，于是我们用温度传感器，重新设计了实验方案：不同质量的白磷或红磷，白磷与红磷之间的距离……多种变量，多次实验，电脑上的温度曲线随着铜片的温度一直变化……不管实验结果如何，在学生有想法时，数字化手段提供了快速验证的机会，这正是培养学生探索精神所需要的。

　　浙江省湖州市织里镇晟舍小学教师沈杰耀：就操场夏日地表温度过高，学生利用红外热成像传感器（连接平板电脑）采集数据，通过建模软件分析不同材质、颜色的地面对热量的反射与吸收。不仅形成了翔实的《校园地面降温建议报告》，更设计并3D打印出了带有散热孔纹的创意地砖模型。数字化工具将一个物理现象转化为可量化的数据问题，将创意构想转化为可测试的模型，将跨学科知识融汇为具体的解决方案。