夏添

DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱DIS）主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)組成，可以通過各類傳感器探測(cè)科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，再通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果進(jìn)行記錄、圖像繪制、數(shù)據(jù)處理與分析，具有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、操作方便等優(yōu)勢(shì)。

在教學(xué)中運(yùn)用DIS，能提升實(shí)驗(yàn)效果，解決教學(xué)過程中的教學(xué)難點(diǎn)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，進(jìn)一步幫助學(xué)生探索科學(xué)世界，讓學(xué)生感受技術(shù)發(fā)展給人們帶來的方便。筆者在四年級(jí)《酒精燈》一課中嘗試運(yùn)用DIS，取得較好的教學(xué)效果。

案例呈現(xiàn)

《酒精燈》是上海市小學(xué)《科學(xué)與技術(shù)》第七冊(cè)《加熱與保溫》的教學(xué)內(nèi)容，屬于課程標(biāo)準(zhǔn)中“能與能源”模塊。本節(jié)課要求學(xué)生在了解火焰分成焰心、內(nèi)焰和外焰的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)探究，比較酒精燈三層火焰的溫度不同。

本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)是通過實(shí)驗(yàn)探究了解酒精燈三層火焰中外焰溫度最高。學(xué)生由于初次接觸酒精燈，且生活經(jīng)驗(yàn)有限，在猜測(cè)“酒精燈三層火焰的溫度哪層最高”時(shí)各種意見都有，無法確定。

1.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

教材提供了兩種傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法：

第一種是水沸騰法，即分別用酒精燈的三層火焰加熱試管中等量的水，通過比較水沸騰時(shí)所用的時(shí)間，判斷火焰溫度的高低。該實(shí)驗(yàn)時(shí)間差別不大，現(xiàn)象不明顯，且加熱時(shí)火焰不穩(wěn)定，燈芯長(zhǎng)度也不同，很難真正做到分別用三層火焰加熱。若用同一個(gè)酒精燈加熱又會(huì)變得更費(fèi)時(shí)，火焰穩(wěn)定性同樣無法保證。

第二種是木片加熱法。將木片平行放入三層火焰中間加熱，通過觀察木片的加熱程度來判斷火焰溫度的高低。通過該實(shí)驗(yàn)可以知道火焰焰心的溫度最低，但無法解釋黑圈僅是外焰造成的，無法達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)難點(diǎn)也難以突破。

2.引入DIS

筆者選擇使用溫度傳感器，將其分別置于火焰的三層，檢測(cè)到的溫度則通過數(shù)字的方式呈現(xiàn)，再將這一變化以圖表的形式顯示出來。

教學(xué)片段如下：

師：用普通溫度計(jì)不能直接測(cè)量火焰溫度。我們可以使用溫度傳感器，它的測(cè)量范圍要比普通溫度計(jì)廣得多，而且不是水銀材質(zhì)，更安全。

（向?qū)W生展示溫度傳感器的使用方法，如圖1。學(xué)生觀察并交流實(shí)驗(yàn)步驟。）

師：你知道怎樣使用嗎？

生：應(yīng)該是把它放在火焰中就能測(cè)了。

生：可是怎么看溫度呢？

（學(xué)生開始你一言我一語地交流起來。）

師：我們可以將溫度傳感器的前端分別放在酒精燈火焰的焰心、內(nèi)焰和外焰，就可以分別測(cè)量它們的溫度了，數(shù)值會(huì)顯示在平板電腦上。

生：這太方便了。

（學(xué)生已經(jīng)迫不及待地想要嘗試。）

之后，學(xué)生分別利用傳感器檢測(cè)三層火焰的溫度變化并做記錄，通過數(shù)據(jù)分析和圖像比較（如圖2），認(rèn)識(shí)到酒精燈三層火焰溫度最高的是外焰。

利用DIS設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的過程中，由于是手持式的，可以跟隨火焰位置進(jìn)行調(diào)整，有效避免了因火焰不穩(wěn)定造成的實(shí)驗(yàn)誤差，操作便捷且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、圖像直觀，清晰、明了、簡(jiǎn)潔地解決了這節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)。

教學(xué)反思

對(duì)比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，DIS具有以下優(yōu)勢(shì)。

1.數(shù)據(jù)精確采集，現(xiàn)象直觀呈現(xiàn)

由于火焰溫度太高，無法用普通溫度計(jì)測(cè)得數(shù)值，兩種傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法誤差大、效果不明顯。DIS有效避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，將這種模棱兩可的現(xiàn)象變成了實(shí)實(shí)在在的數(shù)據(jù)，且將數(shù)據(jù)整理成圖像，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的抽象內(nèi)容具象化，及時(shí)、準(zhǔn)確地將溫度數(shù)據(jù)采集起來，提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性、科學(xué)性。

2.提升實(shí)驗(yàn)效率，保障實(shí)驗(yàn)安全

以水沸騰法為例，等待水燒開的過程需要一定的時(shí)間，大概在兩分鐘左右，如果一個(gè)操作者做3次，對(duì)35分鐘的課堂來說效率會(huì)大打折扣（還不算由于操作不規(guī)范需要重新做的情況）。運(yùn)用DIS操作簡(jiǎn)單且方便，只需10秒左右就可以輕松獲得數(shù)據(jù)結(jié)果，大大提高了實(shí)驗(yàn)效率。如果上課時(shí)間充裕，教師甚至可以讓更多的學(xué)生多次嘗試，這對(duì)提高學(xué)生合作、實(shí)驗(yàn)、操作能力以及對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解都有不可忽視的作用。

從安全性上看，木片加熱法通過觀察加熱過的木片判斷酒精燈火焰溫度，有一定的危險(xiǎn)性，只能以教師演示為主。運(yùn)用DIS，則安全得多。

3.體驗(yàn)技術(shù)發(fā)展，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

在《科學(xué)與技術(shù)》課程中，很多實(shí)驗(yàn)都會(huì)受到時(shí)間、空間、材料等限制，比如水沸騰法實(shí)驗(yàn)，需要試管、鐵架臺(tái)、試管架等材料，需要學(xué)生在專用教室才能完成。運(yùn)用DIS，可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，不僅教師操作演示方便，數(shù)據(jù)分享也很方便。若是學(xué)生操作，教師還可以遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)，學(xué)生也可以通過圖表比較自己和其他組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，達(dá)到了事半功倍的教學(xué)效果。

運(yùn)用DIS完成合適的實(shí)驗(yàn)，會(huì)極大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，增強(qiáng)他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。在本課中，學(xué)生幾乎是爭(zhēng)先恐后地想要嘗試，可見DIS對(duì)學(xué)生的吸引力之大。

未來展望

DIS將無形的觀測(cè)物化為有形的觀測(cè)，以更科學(xué)、更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞酵黄屏私虒W(xué)難點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中引入DIS，還進(jìn)一步幫助學(xué)生感受科技不斷發(fā)展帶來的便利。他們通過比較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和新技術(shù)實(shí)驗(yàn)，感受到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜、煩瑣以及不穩(wěn)定因素，同時(shí)也體驗(yàn)了新技術(shù)帶來的便捷、準(zhǔn)確和安全。在切身體驗(yàn)中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)新技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以及給我們生活帶來的便利。

當(dāng)然，運(yùn)用DIS的實(shí)驗(yàn)方式也要和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，辯證看待。DIS將實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)化，學(xué)生在數(shù)據(jù)處理的過程中，學(xué)習(xí)計(jì)算、作圖以及利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決問題，有利于培養(yǎng)他們細(xì)致、認(rèn)真、耐心等觀察習(xí)慣，提升實(shí)驗(yàn)技能。但DIS并不能完全替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)教師必須從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和發(fā)展學(xué)生思維的角度出發(fā)，注重傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和新技術(shù)的結(jié)合，優(yōu)化數(shù)據(jù)采集、整理和分析，加深學(xué)生對(duì)科學(xué)的認(rèn)知，更好地實(shí)現(xiàn)育人價(jià)值。

上海市楊浦區(qū)楊浦小學(xué)（200090）