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✿✿。
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凯发k8国际首页登录✿✿、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✿✿。探究无学科界限新一期军情观察室✿✿，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✿✿。
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✿✿：橘子瓣膜新一期军情观察室✿✿、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”✿✿。
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……
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✿✿。
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✿✿，课堂上凯发k8国际首页登录✿✿，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✿✿，观察到蜡烛熄灭凯发k8国际首页登录✿✿、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✿✿，发现蜡烛熄灭前凯发k8国际首页登录✿✿，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✿✿，也实现了精准探究凯发k8国际首页登录✿✿、理解科学本质✿✿。
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✿✿。
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✿✿、扎根凯发k8国际首页登录✿✿、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”新一期军情观察室✿✿，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✿✿：“拍到它开花凯发k8国际首页登录✿✿，‘种’出观察日记✿✿。”
“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✿✿。
“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✿✿。
一次教研活动中新一期军情观察室✿✿，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✿✿。
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凯发k8国际首页登录✿✿。
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