本论文主题涵盖三篇精品范文，主要包括《实验工具生成科学实验论文(精选3篇)》，供大家阅读，更多内容可以运用本站顶部的搜索功能。数字化时代，实验方式、实验工具、实验手段越来越智能化，随着时代的发展也越来越贴近生活。实验教学应为学生的发展赋能。为解决传统的科学实验教学中存在的问题，笔者尝试在科学实验中应用开源硬件，将创客教育融入小学科学教学中，并以项目式学习的方式积极开展实验活动。
实验工具生成科学实验论文 篇1：
物理实验是处理预设与生成关系的最好舞台
摘要：预设性与生成性是课堂教学的二重属性，处理好预设与生成的关系是有效和高效物理教学的关键。物理实验是物理教学的一种重要方式和手段，也是物理学科的基础和切入点，但是对于实验在教学中的重要作用仍有一些教师认识不够，不能充分地发挥实验在教学中促进教学生成的作用。针对这一问题阐述了新课程对物理实验作用的肯定与重视，物理实验在教学中各个方面的重要作用，进而论述了物理实验是处理预设与生成的最好舞台。关键词：物理实验；物理教学；预设；生成；学生发展
据统计，在现代物理学中大约有84%的知识与实验有直接的关系，可以说物理实验不但是物理学发展的基础，而且在物理学的教与学的过程中也具有重要的地位。中学物理实验教学能激发学生的兴趣，让学生了解物理实验的重要思想并得到实践，培养他们发现问题和解决问题的能力并由此提高创新能力。
（一）实验使学生的兴趣和注意力更加集中
兴趣是最好的老师，有了兴趣就有了内在的动力，可以收到较好的学习效果。 根据中学生的学习特点，我们知道他们持续注意的时间一般不超过20分钟，因此，教师在上课时应该采用多种教学方法，以吸引他们的注意力。物理实验，尤其演示实验特别贴近他们的生活，可以使学生立刻精神抖擞，是物理教学中最有效的方法之一，并且每个学生都可以按照自己的理解与想法去观察，遇到问题自己去解决，能最大限度地发挥他们的主观能动性。有些学生虽然理论知识差，但观察得细致，有些学生动手能力强，在实验过程中，教师为他们提供展现自我的机会，这样可以满足学生动手操作、手脑并用的愿望；更重要的是，学生能在实验中不断体会和尝到“发现”与“克服困难解决问题获得成功”后的喜悦，从而提高兴趣、增强信心和求知欲，进而热爱物理学科，培养科学的素质和志向。因此，实验为学生兴趣的生成提供了平台。
（二）实验是物理教学的催化剂
物理实验在某些方面对物理概念和规律的认识和建立，起着任何其他方式均无法代替的催化剂作用。也许没有物理实验学生也可以理解概念，认识规律，但是理解得不会那么透彻，应用规律的时候不会那么得心应手，因为感知是认识过程的第一步，没有很好的感知，不可能有真正的认识，“眼见为实，耳听为虚”，要顺利改变学生的前概念必须通过亲身直接感知、实验观察等一系列的实践活动，才能获得所研究物理问题的感性材料，实验就为感性认识提供了舞台。
1.物理实验在物理概念建立中的作用
物理概念是将物理现象、物理过程经过思维抽象而建立的，而这个特殊的认识过程的第一步就是“感知”，没有很好的感知，不可能有真正的认识。必须通过感知活动、实验观察等一系列的实践活动才能获得所研究物理问题的感性材料。学生通过观察演示实验或者亲自做实验都是获得感性材料的过程。获得了这些感性认识，学生在此基础上就能更好地理解所建立的概念，生成自己的新的知识结构，思维也得以发展。所以，物理实验是学生建立物理概念的基础。
例如：在“怎样描述速度变化的快慢”一节中，需要引出“加速度”的概念，加速度是一个非常抽象但是又非常重要的概念。它是联系力和运动的纽带，学好加速度就可以很容易地掌握牛顿运动定律。但是在实际的教学中，一线教师都觉得这节是个难点，教师教得吃力，学生学得也很吃力。那么在这一节的后面引入一个实验——利用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度。教师们都知道，在学生掌握了打点计时器的使用方法后，其重点在于如何对纸带进行处理。在数据处理的过程中才能真正地体会加速度这个概念。在这个实验中，不仅可以根据定义把加速度计算出来，学生自己也可以懂得匀变速直线运动在相等时间内速度的变化量是相等的一种加速度不变的直线运动。所以实验的合理安排能够将教学难点突破，使得一些重要的概念变得不再是“天书”，而是就在身边，可以感受得到。
2.物理实验在物理规律的形成过程中的作用
我们知道，物理学所表达的定律，绝大多数是用实验探索得出来的，是通过大量实验进行观察，取得数据，然后加工整理，运用精辟的数学工具，将大量的数据上升才形成规律的[2]。物理规律反映了物理现象、物理过程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律。它揭露了事物本质属性之间的内在联系，反映了运动变化的各个因素之间的本质联系[3]。
在教学中，重视感性认识，使学生通过物理现象、物理过程获得必要的感性认识，是形成概念、掌握规律的基础。这种感性认识可以来源于学生的生活，也可以来源于实验提供的物理事实。在教学中组织一系列有效的实验，点拨学生的思维，使学生的思维处于激励状态，既能活跃教学气氛，又能促进学生的思维活化，创设了良好的学习环境，有利于提高课堂效率。更为重要的是通过实验能训练学生的科学方法。比如实验归纳法、实验验证法、真实实验与理想实验相结合法等等。只有使学生经历和体验获得实验结果的过程，学生才能对什么是科学、什么是科学实验有较为深刻的理解，才能在实验过程中感受到科学过程和科学方法的训练，从而形成科学的态度、科学的情感和科学的价值观。
例如：牛顿第一定律又叫惯性定律，简单的一句话：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非在它上面的力迫使它改变这种状态。然而它是经过两千多年的历史才正确回答了力和运动之间的关系。很多学生对这个定律的理解不十分透彻，但是他们几乎全都对惯性有亲身感受。只要教师稍加点拨（本来物理处于什么状态，突然物体的哪一部分受力，而其他部分由于惯性要保持原来的状态不变，因而会出现什么样的情况。）学生对一切的相关惯性的解释就水到渠成，举一反三了。虽然惯性定律不能用实验直接证明，只是将伽利略的理想实验结合教师的讲解过程中播放的“现代人做伽利略斜面实验的频闪照片”去感受知识。但是从这一节的学习中，学生深刻体会到物理学中的科学方法，“科学假设、理想实验与合理推理”相结合的神奇力量。
3.为教学提供难得的问题资源
通过实验验证理论预言或假说的时候回答有时可能是出乎意料的，实验事实胜于一切，其最珍贵的启发性意义也在此。它的这种意想不到的启发意义也会反映在做实验本身的过程中，会发生一些意想不到的事情。因此说不仅是成功的实验，就是失败的实验也会是个很好的教学契机。
科学实验本身是一个严谨的科学过程，需要认真、严谨、实事求是、不怕困难、勇于进取的科学态度和精神。但是人们在科学探究的过程中，总是由于某些原因造成实验失败，如：实验设备故障、实验条件不适宜、实验设计不合理、准备不充分或遇偶发事件等都是无法避免的，如果教师能对其正确引导和应用，合理归因就可以将失败的实验作为一个很好的案例加以利用，甚至可以产生成功实验难以达到的教学功能[4]。一个失败的实验本身就为学生提供一种情境、一个现实的问题，是一种很难得的教学资源，分析寻找原因的过程就是一个探究的过程，无论是否得到科学的实验结论，只要经过认真的探索就都是有价值的[5]。同时，如果能意识到实验不是一帆风顺的，而学生又可以善始善终，具有不怕挫折、坚韧不拔的追求真理的顽强精神，从而能够陶冶情操，锻炼性格，培养良好的科学作风和科学精神，这样实验的价值就发散了，而且实验也有助于训练学生的科学实验方法：人们总是在错误和失败中成长得更快，教师如果能机智地利用失败实验教学，会产生意想不到的教学效果，并且对自己来说也是一次十分有益的职业成长体验，有利于教学机智和实验素养的不断提高。
4.实验中引进新技术使得物理教学更具有开放性
教学活动是通过一定的手段和工具来展开，这些工具的使用决定着教学活动的具体过程和组织方式以及效率等，可以说人类在社会生产与生活中创造出来的新技术和新设备，一直不断地推动着教学活动的发展，它们是人类教学进步的重要动力，是教学效率和效果得以不断提高的重要物质保证[6]。随着社会经济发展而不断更新的教学设备不断地优化着、提高着教师教学技术，利用新技术是新时代的教学特征，而学习新技术对应的也是教学发展的客观需要。
当前物理课程改革更加突出实验教学，要求实现实验手段多样化和现代化，物理课程标准也明确提出要重视将信息技术应用于物理实验，加快物理实验软件的开发和应用[7]。
（1）信息技术的应用增强中学物理实验的演示效果。中学生有独特的认知特点，选用动画、适当的文字、声音等能够刺激学生较多感官的因素的有机结合，使学生接收到更多信息，有利于发挥学生主动学习的潜能。信息技术中传感器的引入可以说是物理实验的重大变革，使得实验的功能变得更加强大，从而将一些抽象的物理过程和概念直观化、精准化，目前传感器是物理实验仪器很重要的部分，有了它们实验在教学中的作用更重要。
（2）信息技术能提供丰富的物理实验教学资源，引导学生自主学习。我国中学的物理教材往往只有一套，也就是说学生可利用的这一种教材资源是非常有限的。但是，当今社会已是一个信息无限膨胀的社会，如果学生的知识仅仅被困在课本上这一范围，是很难适应当今知识社会的变化和发展的。因此，有必要为学生提供更直接、更便捷、更丰富的资源平台，而信息技术手段就能实现这一目标，而且这些资源不是死板的、单一的，而是非线性的、声色俱全的、交互性以及超文本形式的，可以满足学生日益增长的需求。
（3）信息技术能为学生自我设计物理实验方案、分析物理实验数据提供帮助，从而提高学生的探究能力。做实验的目的并不是仅仅让学生记住实验步骤和相关的结论，而比较重要的是能使学生体验产生实验结论的整个过程，让学生对物理过程理解得更透彻。新技术不仅可以作为多媒体展示工具来使用，还可以做实验的仿真模拟和某些比较抽象的物理过程的动态分析，在处理数据的时候，计算机可以实现学生手动无法完成的大量的、复杂的计算，可以使得信息处理更加高速化和智能化。这不仅能为有限的课堂节约时间，还可以从各个角度多层次地分析数据获得更多的认识，为学生创新能力的培养奠定坚实的基础。
但是需要强调的是，物理实验教学与物理概念规律教学、习题教学、复习教学等其他教学形式相比，其最基本的特征在于突出反映它的实践性，以及它自己所独有的活动方面。实验操作应该是学生思维下的产物与行为，是学生必需的，如果用信息技术完全代替，不仅学生，教师也会在行动上产生惰性，教师在思想上更不能纸上谈兵，急功近利。
5.有利于发挥学生的主体性，培养他们的创新能力
中学物理实验不仅仅指实验室里的常规实验，而是广义的实验，包括观察、实验、小制作、小实验等活动。这些丰富的实践活动给中学生提供了足够的生动、形象、直观、富有启发性的感性材料，为他们进一步认知事物打下了必要的基础。“非常规”物理实验就是利用环境中“非专业化”的物理手段，不按固定方法和形式，人为控制条件，有目的地实施观察与探索物理规律的实验教学活动”[8]。它的实验器材都是来自学生身边的物品，具有简易，低成本的特点。在中学物理教学中适当地引入“非常规”实验，将有利于培养学生的创造性思维，使得学生将生活物理化，物理生活化。这是符合新课改的理念和要求的，也是中学物理教学改革的方向之一。另外，常规实验（演示实验和学生实验）教给学生基本的实验方法和技能，培养求实的科学态度，是物理课不可缺少的教育环节。然而，物理概念和规律的建立，光靠单一的途径往往并不深刻，需要多方面，有时甚至是反面的措施，从不同的情境、不同的角度中领悟，才能有更深层次上的理解和掌握。非常规物理实验正是基于这种考虑而设计和实施的。如果将非常规实验和常规实验有机结合使得优势互补，即：“科学性与趣味性”相结合、“操作训练与自主体验”相结合和“实验室资源与生活环境资源”相结合，能够更加有效地培养学生的分析问题、解决问题的能力，是当前教育教学创新的重要方式。三、结语物理实验可以最大限度地调动学生的自主能动性，激发学生的学习兴趣，培养学生的各种能力。这是处理预设和生成的前提条件。另外，实验之前所需要的种种设计和安排包括：原理的学习（问题的提出）、器材的准备、步骤的设计和注意的事项等等，都凸显了预设的作用，而具体的实验过程中可能会遇到无法预料的问题，处理数据时涉及到新技术的引用，而有的实验要求学生自己设计，对实验原理和器材的选择是非常开放的，教师和学生对待这一系列问题的态度和方法体现着他们的智慧，这是利用实验教学中的生成部分的体现。因此，实验在中学物理教学中所具有的作用和地位是不可替代的。也正因为这些，我们可以说，物理实验是物理教学预设和生成和谐相处的最好舞台。参考文献：[1]全日制义务教育物理课程标准[S].2005.[2]李珍呈.浅谈物理实验对物理规律教学的作用[J].物理教学探讨，2006，（2）：19-21.[3]余胜华.在物理规律教学中实施实验探究[J].考试周刊，2007，（22）：81-82.[4]顾厚根，朱铁成.失败实验在中学物理教学中的运用[J].物理教学探讨，2006，（9）：6-8.[5]朱俊.浅谈新课程背景下的中学物理实验教学[J].教育革新，2011，（12）：37.[6]朱慕菊.走进新课程与课程实施者对话[M].北京：北京师范大学出版社，2002：148-151.[7]彭耀.新课标下高中物理实验教学探讨[D].武汉：华中师范大学硕士学位论文，2008.[8]张伟，郭玉英.论“非常规”物理实验的教学地位[J].课程·教材·教法，2007，（12）.
作者：牛晓婷 徐才 吴俊林
实验工具生成科学实验论文 篇2：
利用开源硬件掌控板开展小学科学实验教学
数字化时代，实验方式、实验工具、实验手段越来越智能化，随着时代的发展也越来越贴近生活。实验教学应为学生的发展赋能。为解决传统的科学实验教学中存在的问题，笔者尝试在科学实验中应用开源硬件，将创客教育融入小学科学教学中，并以项目式学习的方式积极开展实验活动。
一、利用开源硬件改进小学科学实验教学的需要
《义务教育小学科学课程标准》强调：“科学学习要以科学探究为核心。”探究既是科学学习的方式，又是科学学习的目的，而实验则是探究的主要方式。传统的实验工具已难以满足当下小学科学实验教学需求。比如，由于存在安全隐患，水银温度计将于2026年全面禁止生产。酒精灯、火柴等实验器具也面临同样的问题。在传统环境下由于实验室工具和设备短缺，并受环境、资源影响，小学科学实验教学的过程和效果都不太理想。
（一）开源硬件与掌控板
开源硬件是与自由及开放原始码软件相同方式设计的计算机和电子硬件。这类计算机和电子硬件的所有设计信息是公开的，学生可借此深入学习和个性化地开发。与开源硬件功能类似的智能设备已经在生活中得到大量应用，如智能家居、智慧校园，这些设备和应用贴近学生的学习和生活。同时，它们在安全性、可拓展性、智能化程度上相较于传统的科学实验工具有了很大提升。小学五、六年级的学生已经具备了一定的图形化编程的知识基础，他们通过选择和使用编程模块，设定相关参数，给模块连线并上传到掌控板等控制器板，便能轻松快速地做好开源硬件使用前的准备。掌控板非常适用于创客教学，它是一款开源的Micro Python微控制器板。通过板载的各类传感器，它能科学地检测得到各种准确可靠的信息，不仅可以用于青少年编程学习，而且是科学实验中非常好用的智能小工具。
（二）使用开源硬件开展科学实验教学的优势
相较传统的实验方式，用开源硬件开展科学实验教学具备以下优势。
1.创设“真实”的科学实验环境
作为数字原住民的当代学生，他们对于信息技术有着天然的亲近感。他们对新技术、新事物充满好奇。教師利用传统的科学技术手段、工具和方法，也能让学生了解科学知识，培养他们的科学精神。面向未来，培养学生解决不可知问题的能力，需要更好的教学方式。教师为学生提供多种实验方式、多种实验工具，让他们自主选择，帮助学生提升面向未来的能力和竞争力，是数字时代教育发展的必然。
巧用开源硬件，既能帮助学生解决存在于科学实验中而又难以用传统方法解决的问题，又能培养学生的创新能力与实践精神。笔者在实验教学中的运用开源硬件，为学生深入探究提供技术支持。正如许知远先生所说：“教育不是首先着眼于实用性的，而是要去‘唤醒’学生的力量，以使他们能在目前还无法预料的未来局势中做出有意义的选择。”
2.提高学生适应数字时代的能力
笔者利用开源硬件开展小学科学实验教学，以跨学科的核心素养和关键能力为载体，指向实验中真实的问题解决，帮助学生对不同学科知识与技能进行整体理解与融合运用。通过科学知识与智能硬件的融合，笔者为学生设置了真实的、有吸引力和复杂的实验问题，培养学生数字化能力，鼓励学生用数字工具分析问题和解决问题，引导学生主动适应数字时代。
3. 培养学生的创新精神和实践能力
教师引导学生使用开源硬件参与科学实验，有助于培养学生的创新精神和实践能力。学生自主选择开源硬件，参与科学实验，改变了传统的按部就班的实验方式，突破了传统科学实验对于实验时间、地点的限制。学生可以使用开源硬件，在合适的地点和时间，根据需要开展科学实验活动，还可以对实验的过程和方法进行改进。
二、小学科学实验教学中掌控板的应用要领
（一）利用传感技术获取实验数据
传统的小学科学实验教学中，学生依赖主观判断和人工采集来获取相关实验数据。比如，对于光线亮度的判断，学生可以通过视觉来感受光线的明暗和强弱，但是对于具体的光线值则难以判断，而大多数小学科学实验室缺乏相应的检测设备。实验者通过掌控板加载的光敏传感器和LED显示屏及模块化的编程软件，可以观察光线强弱的模拟值。学生可以通过前后的数值对比，跟自己的主观判断相互印证，加深对知识的理解。相较于传统方式，学生使用掌控板获取实验数据，更加精准，能够采集到以往难以获取的实验数据。
（二）物联网技术助力实验数据的积累、整理、分析
教师整合掌控板、Mind+和Siot，可以组建一个小型的本地物联网，方便学生在科学实验中收集、整理和分析实验数据。有些科学实验耗时较长，需要长时间的数据采集，可是小学生每天还有其他的学习任务，不可能长时间通过人工的方式采集数据。教师利用掌控板、Mind+和Siot，实现物物相连，赋予每个实验对象以生命，创建本地物联网服务器。系统将动态采集的数据数字化，并生成相应的数据模型，为小学生参与科学实验提供精准的数据支持。
（三）支持项目式学习
项目式学习理念坚持以真实问题驱动教学，注重持续探究和学生核心素养的培养。在小学科学实验教学中，项目式学习越来越多地被教师采用。在传统的实验条件下，由于教学方法和实验工具受限，以及安全考虑，教师对于部分实验教学还是以体验为主，探究则被放在次要位置。“教师演示，学生模仿”，甚至以教师演示来替代学生实验操作是常态。教师借助掌控板等开源硬件可为学生合作探究实验提供技术和硬件支持。由于实验安全性大大提升，教师可以通过问题驱动，引导学生以持续探究的方式参与实验学习。相关物联网技术为学生课后参与小组合作探究提供了硬件和平台支持。
（四）拓展学习时空
传统的小学科学实验教学受制于实验条件和工具，往往只能在科学实验室完成，实验过程跟学生在生活中见到的实际情况有一定的距离。借助掌控板等开源硬件，学生可以根据学习需要，在更多合适的地点和时间开展科学实验活动。实验的场域可以是科学实验室和班级课堂，也可以是校园或郊外等地方。实验的时间也可以从课堂延伸至课后、假期。
（五）促进学科深度融合
掌控板在科学实验中的应用促进了学科深度融合。信息技术与科学在开源硬件领域互融互通，不仅可以促进技术在学生科学学习中的应用，而且可以促进教学环境、教学方式和学习方式的改进。基于真实问题和学习需求的学科深度融合，促进了学生跨学科学习能力和学科核心素养的提升，也为教师的专业成长开辟了路径。以前，科学实验教学中学科之间的融合是浅层次的，比如在实验中使用电子表格记录或录制视频来记录和演示实验等。在掌控板等开源硬件的支持下，学科壁垒被打破，学生可以融合各学科的知识、技能与方法，在实验中探索与解决问题。
三、掌控板在科学实验教学中的应用及分析
（一）精准记录实验环境数据并控制实验环境
在小学科学实验中，使用开源硬件附载的各类传感器，能够更精准、更科学、更快捷地获取实验对象的各种数据，控制实验环境，为科学实验提供技术和数据支撑。以“养蚕”为例，它是小学科学传统的实验项目，教学目标是培养学生的科学精神和态度、动手实践能力和正确的劳动价值观念。以前，学生是以传统的方式养蚕，存在“以喂代养”的问题，实验流于形式，很少深入探究问题。这样的做法不仅与现在工厂现代化养蚕的实际相脱离，而且不利于学生深入开展科学实验活动。笔者引导学生智慧养蚕，基于学生在养蚕过程中遇到的问题，让学生使用掌控板、温湿度传感器、气压温度传感器、物联网环境、智能手机或平板电脑等开展实验。
养蚕实验项目是学校传统的科学实验项目，学生或多或少在养蚕过程中遇到问题。笔者鼓励学生根据蚕的生活习性，分析在养蚕过程中遇到的问题。学生提出的问题集中在两方面：一是对蚕生长环境的营造和监控。蚕的生长发育与环境关系紧密，温度、湿度、空气与气流、光线等因素直接影响蚕的生长发育。二是蚕沙的收集。蚕沙又名蚕屎，是家蚕的粪便，也是一味中药。如何收集蚕沙又保证干净卫生是学生养蚕实验中的难题。针对这些问题，笔者鼓励学生结合已学习的开源硬件知识，提出解决问题的方法，设计方案，并准备相关材料。为解决蚕生长环境的问题，学生使用掌控板、光线传感器、温湿度传感器，实时观察蚕的生长环境，同时在蚕盒上部安装风扇，将蚕盒光强、温度、湿度控制在一个适合蚕生长的范围（如图1）。学生借助掌控板搭建养蚕盒环境监控系统，既可以通过掌控板的OLED屏幕实时了解蚕盒的环境信息，又可以通过掌控板与物联网MQTT（EasyIot）的结合应用，远程了解蚕的生长环境，自动记录蚕生长环境相关数据（如图2和图3）。为解决收集蚕沙的问题，笔者引导学生使用激光切割技术制作双层蚕盒，设计镂空的中间隔板，以便收集蚕沙。
在养蚕实验的教学过程中，笔者借助技术引导学生主动探究，培养他们发现问题、分析问题和解决问题的能力。在实验过程中，笔者坚持科学学科的育人理念，通过问题驱动，将大项目分解成多个小项目，让学生参与实验探究。
（二）支持长周期观察实验活动
在小学科学实验中，有的实验所需测量工具多，测量周期长。如果在实验中融合应用开源硬件，采集到以往小学阶段科学实验中不易测量的相关数据，可为学生提供长期、精准、实时的数据，为深入探究提供技术支持。以“观测天气”为例，以往由于实验时间跨度大，学生需要记录不同天气甚至不同季节的天气数据，操作难度较高。同时，在实验中还需要用到气温计、雨量器、风向风力计、空气质量检测仪等工具，很多学校难以为每个小组配齐配足实验工具。实验者利用掌控板以及光线传感器、温湿度传感器、空气质量传感器、闪电传感器、雨量计、风向风力计等传感器，可以实现智慧化、网络化的长周期天气观察。
为解决“观测天气”实验中遇到的问题，笔者鼓励学生分析问题，并提出智能化的解决方案。学生使用掌控板将其与物联网平台MQTT（EasyIot）联通，借助系统自动收集天气收据，自动传输、存储数据，解决了天气数据记录、存储的问题。同时，使用掌控板自带的温度传感器、光线传感器等，外接空气质量传感器、闪电传感器等，检测校园内的空气质量（如图4和图5），为学习、生活提供便利。掌控板与物联网平台互联互通，能够实现相关数据自动记录和快速查询的功能（如图6）。
在“观测天气”教学过程中，笔者注重实验的持续性和设备、技术的不断更新。在实验过程中，做好指导工作，并充分与学生交流，尊重学生的个性化选择;引导学生通过小组合作完成任务，创设平台，让实验成果对学生的生活有用。
（三）综合解决复杂观察問题
在传统的实验条件下，学生参与复杂的观察实验，需要用到多种实验工具，非常不便。掌控板具有集成化、数字化、智能化、多功能化、系统化以及物联化等特性。在实验中，学生用一块掌控板就可以综合解决复杂的观察问题。这样既能节约准备实验器具的时间，又大大节省实验的经济成本。
在上述两个案例中，笔者既解决了实验中环境数据采集、环境控制、长周期记录等问题，又让学生在面对真实的复杂观察实验时能够充分利用开源硬件解决观察问题。掌控板附载的传感器以及外接的传感器的组合应用，不仅让实验者的触觉、味觉和嗅觉得到延伸，而且能采集到很多用传统的方式难以采集的数据，比如在“观测天气”实验中，实验者还可以用其检测空气质量，采集闪电次数等数据。
四、应用前景
（一）开源硬件将在小学科学实验教学中得到普及和应用
在传统的实验条件下，教学前期，科学教师要做大量的器材准备工作。教师在小学科学教学中应用开源硬件，可大大缩短准备科学实验器材的时间，有效促进科学实验教学的常态化实施。同时，相比传统的科学实验工具，开源硬件更为安全，其应用符合数字时代要加强对学生人文关怀的价值追求，也有利于培养学生解决未来未知问题的能力。随着模块化编程软件的普及，掌控板附载传感器越来越丰富，将会受到越来越多师生的认可和欢迎。
（二）开源硬件的应用让科学实验与学生生活联系更紧密
以掌控板为代表的开源硬件是很好的教学工具。实验教学中应用掌控板可满足数字时代学生对于多元化学习工具选择的需求，符合当代学生的成长经历和需求。它贴近学生当下的生活，又能够为学生未来的生活做准备。掌控板为跨学科的项目式学习提供了有力的平台和工具，可促进学科深度融合和课堂教学变革。
（作者系江苏省常州市雕庄中心小学教师）
作者：芮清
实验工具生成科学实验论文 篇3：
高中化学实验思想与方法教学研究现状调查
【课题项目】本研究为2010年上海市教育学会教育科研重点课题（编号：XA100019）阶段研究成果。
高中化学实验课堂充斥着零零总总的困惑，驱动着本研究试图深入化学实验教学之精髓，即探索实验思想与方法的教学生成。对于化学工作者，这从来都不是崭新的思考，对2001-2011年近十年中国知网数据库以“化学实验思想与方法”为主题检索，从研究现状和研究前瞻三个方面进行了梳理。
一、化学实验思想与方法教学生成的研究现状
1.化学实验教学的研究
实验教学与知识教学之间的矛盾越来越显著。把实验仅仅看作是为知识教学服务的工具，很容易造成实验像“使唤丫头”那样“用则唤来，不用挥去”的状况。
有学者对如实验教学现状进行了深度剖析，提出了课程标准和课程开设需要再建设、学业评价和实验考查需要再反思、实验教学软硬件和实验员配备需要再加强、教师培训需要再深化的解决实验教学现状的突破点。有学者调查显示大多数教师认为探究式实验教学是一种很好的实验教学方式，但是几乎所有教师都认为新教材课时太少，没有足够的时间“允许”教师在课堂上进行实验探究。究其各种客观原因存在外，中学化学实验教学实践改革方向不明确、实验教学中学科价值本位缺失、导致师生对化学实验的学习热情明显衰退，则是一个更为基本的原因。
2.化学实验思想内涵的研究
为什么要做实验？对这个问题的回答，构成实验的指导思想。伽利略认为，实验是判定科学理论、科学假说的最高权威，而不仅仅用来确证观测事实。他开创了近代科学实验思想，被誉为“打开近代科学大门的大师”。
在西方的近代科学发展中，有着“提出假说—实验检验—提出新假说—设计新实验……”这种促进科学不断进步的实验思想。因此，化学实验思想可定义为：在分析各个具体实验的基础上，经过归纳、提炼、总结出来的用来设计实验、解决实验问题的总体思路。
3.化学实验方法内涵的研究
化学是一门具有丰富方法论特征的学科，实验过程中都蕴涵着丰富的方法论因素，包括实验的设计方法和控制方法。
实验是在对科学现象获得清晰印象的基础之上，通过分析、归纳等科学思维方法，抓住现象本质，从具体的感性认识上升到抽象的理性认识，最终形成科学概念。“动手能力实际上是动脑能力”。实验者思维的方法性主要体现在观察、思考、理解、分析、综合、归纳、演绎、抽象和推理等。
二、化学实验思想与方法教学生成的研究前瞻
每一个化学实验都是在一定的实验思想、实验方法指导下进行的。从实验原理、仪器、步骤、结果中深入挖掘实验方法、感悟实验思想，提升科学实验能力，经历作为研究者的科学历程。
1.建构高中化学实验思想与方法体系
挖掘化学实验思想与方法的内涵及构成要素是提升实验教学实效性的契机。笔者在文献基础上提出了化学实验思想与方法体系，如图1.
2.描述教材实验中蕴含的思想与方法
从教材实验走入实验课题，完成实验教学设计，需要对教材实验内容中蕴含的实验思想与方法进行描述。以教材“氯气跟水的反应和漂白作用”为例，挖掘教材实验中的思想与方法。
案例分析：
实验内容：取两瓶干燥的氯气，一瓶放入干燥的色布，另一瓶中放入湿润的色布，可以看到： 。使湿润的色布褪色的是盐酸还是次氯酸？请设计一个简单的实验来证明。
你认为漂粉精的有效成分是什么
实验思想与方法描述：该实验属于性质实验操作方法，学生在设计实验研究漂粉精成分时需要运用控制实验、实验设计研究方法，对获取的实验现象需要运用直观形象、分析与综合、类比、抽象的思维方法进行分析思考。
“化学实验”不同于“化学实验教学”，根本区别在于：是否进行了化学实验教学设计。从实验思想与方法角度挖掘每一个教材实验，沿思想与方法线索整合实验个体，形成贯穿于实验课堂中的实验系统，不断提升学生的科学探究能力。
3.实践探索实验思想与方法的教学策略
引领学生从演示实验或说明实验步入研究性实验是高中化学实验教学的核心目标。基础教育阶段验证性实验不可缺少，因此彻底改验证性实验为探究性实验也是不现实的做法，如何将探究要素导入验证性实验中形成“复合型”实验，如何在复合型实验中逐步培养学生良好的科学探究能力……从实验方法层面尽可能地提炼课堂实验中的共性是引领课堂实验逐渐从验证性走入探究性的最佳策略。
学生对实验思想与方法的认识更多地停留在感悟阶段，学生认知结构中“成熟”的实验方法与新授课中试图传授的思维方法存在一定距离，处于一种“懵懂”状态，难以迁移到类似的实验问题解决中。因此教师必需充分了解学生在实验课堂中解决某个问题时已经拥有的知识和方法，尤其对学生可能采取怎样的思维方法解决面对的新问题进行教学预设。
参考文献：
[1]陆良杰.《化学教育》1998-2007年中学化学实验教学研究情报分析.化学教育[J]，2008.09
作者：卫泽敏