數(shù)字信息系統(tǒng)實驗整體設(shè)計策略

導語：數(shù)字信息系統(tǒng)實驗整體設(shè)計策略一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

科學與技術(shù)學科是一門承擔著科學啟蒙作用的基礎(chǔ)型課程，實驗是學生認識和探索規(guī)律、經(jīng)歷科學探究過程與習得科學探究能力的重要方式。各種信息技術(shù)，尤其是數(shù)字信息系統(tǒng)(DigitalInformationSystem，以下簡稱DIS)以其操作簡易、記錄實時、顯現(xiàn)直觀、穩(wěn)定精確等優(yōu)勢，為開展和優(yōu)化實驗教學提供了條件。筆者從單元教學的視角對如何利用DIS融入并支撐探究實驗以及優(yōu)化科學學科實驗內(nèi)容的整體設(shè)計策略進行了探究，嘗試并應(yīng)用了“優(yōu)化實驗教學單元主線”“形成實驗教學組合單元”“創(chuàng)建實驗教學系列專題”三項策略。

一、利用DIS優(yōu)化實驗教學單元主線

（一）教材單元視角下厘清實驗教學難點與教學主線的需要。科學學科以生活中的現(xiàn)象和事物為研究對象，小學科學學科的實驗教學內(nèi)容多以定性實驗為主，旨在幫助學生初步建立科學概念與定性關(guān)系。然而，部分定性實驗存在實驗現(xiàn)象不明顯或數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、不準確，實驗過程不安全，實驗操作耗時長等問題，這是實驗教學的難點。實驗教學難點如果得不到突破，學生將在證據(jù)的搜集與處理、結(jié)論的得出等方面受阻。從單元教學的角度來看，也容易造成實驗教學單元主線不清晰、課時容量分配不均勻等問題。例如，滬科教版教材科學與技術(shù)第六冊“磁極與指向”單元與第八冊“電與磁”單元，對于磁性強弱的比較，傳統(tǒng)實驗是通過觀察磁體吸引多少數(shù)量的回形針或在多長距離仍可吸引回形針的方法來比較磁性的強弱。教學中會因?qū)W生所采取的各種吸引回形針的方式及一些不嚴謹?shù)牟僮鳎斐蓪嶒灲Y(jié)果存在差異甚至爭議，這就是實驗教學的難點。在滬科教版教材科學與技術(shù)第六冊“磁極與指向”單元有“磁鐵的兩極”“小磁針的奧秘”“指南針”三課時，分別包括磁鐵不同部位的磁性強弱、磁鐵的指向、磁極間的相互作用，自制小磁針和去磁，制作指南針、了解指南針的應(yīng)用等內(nèi)容。其中“磁鐵的兩極”一課的活動內(nèi)容較多，學生探究的時間不足，而小磁針的磁化與指南針的制作在內(nèi)容上有交叉。第八冊“電與磁”單元有“電磁鐵”“電磁鐵的應(yīng)用”兩課時，包括自制簡易電磁鐵、探究影響電磁鐵磁性強弱的因素、探究電磁鐵和普通磁鐵有什么不同、了解電磁鐵的應(yīng)用等內(nèi)容。其中“電磁鐵”一課的教學容量較大，學生對于影響電磁鐵磁性強弱的因素的探究時間不足。在這兩個單元中，單元教學主線不夠清晰、課時容量偏大、定性實驗結(jié)果誤差大，為單元教學的實施造成很多困難，教師需要思考如何突破實驗教學難點并優(yōu)化實驗教學單元主線。上海市選用的科學與技術(shù)教材在課程設(shè)置上與其他地區(qū)有一定差異，筆者認為都宜從單元視角厘清實驗教學難點與教學主線。（二）利用DIS支撐探究實驗，優(yōu)化部分。實驗教學單元主線應(yīng)用DIS的核心部件“傳感器”可對物質(zhì)科學、生命世界相關(guān)測量與探究實驗進行實時、精確測量——數(shù)據(jù)結(jié)果受外界環(huán)境因素的干擾較少，一定程度上避免了系統(tǒng)誤差或偶然誤差造成的數(shù)據(jù)偏差。在變定性實驗為定量實驗的過程中，教師應(yīng)用DIS直觀演示實驗過程、精確顯示數(shù)據(jù)并對比結(jié)果，可以有效突破實驗教學難點，優(yōu)化實驗教學單元主線。例如，“磁極與指向”單元與“電與磁”單元中對于磁性強弱的比較，教師可利用DIS磁感應(yīng)強度傳感器及數(shù)據(jù)顯示模塊來測量，將定性實驗變成定量實驗，實現(xiàn)磁性的強弱以及磁極指向(磁場方向)的精確顯示與對比，引導學生觀察數(shù)據(jù)模塊上顯示的數(shù)值并進行對比分析，給予學生更多進行實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)分析與推斷、概念或規(guī)律理解的時間。同時，教師也能調(diào)整教學思路，優(yōu)化實驗教學單元主線。對“磁極與指向”單元，教師可將“磁鐵的兩極”分為“磁鐵不同部位的磁性強弱”“磁鐵的指向性與相互作用”兩課時。第一課時，用DIS探究磁鐵不同部位磁性的強弱，發(fā)現(xiàn)條形磁鐵的兩端磁性最強。第二課時，探究磁鐵的指向性，建立磁極的概念并探究磁極間的相互作用。教師還可將“小磁針的奧秘”與“指南針”的相關(guān)內(nèi)容進行整合，引導學生在了解指南針應(yīng)用的基礎(chǔ)上，將小磁針進行磁化自制簡易指南針，在用DIS校驗指向性的基礎(chǔ)上使用簡易指南針辨別方向。對于“電與磁”單元，教師可將原2課時改為3課時。第一課時，自制簡易電磁鐵并用DIS發(fā)現(xiàn)電磁鐵具有可控制磁性有無、改變磁極方向的特點。第二課時，在用DIS發(fā)現(xiàn)電磁鐵磁性強弱不同的現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，探究影響電磁鐵磁性強弱的因素。第三課時，聚焦電磁鐵的應(yīng)用。

二、運用DIS形成實驗教學組合單元

（一）重組單元，建立實驗教學內(nèi)容的關(guān)聯(lián)。自2018年上海市教育委員會教學研究室頒布各學科單元教學設(shè)計指南以來，以單元的視角進行教學的規(guī)劃與設(shè)計，學校教研組開展深度備課與實踐，總結(jié)了主要教研做法。學校教研組依據(jù)規(guī)劃思想，對教材中的單元進行了重組。對于主要以實驗為手段進行探究并建構(gòu)概念的部分教學內(nèi)容，教師分析了實驗教學內(nèi)容并建立關(guān)聯(lián)重整單元，實現(xiàn)單元教學的有序規(guī)劃。如滬科教版科學與技術(shù)教材第六冊“常見的力”單元原有4課時，即“彈力與形變”“重力與承重”“腳手架的學問”“生活中的摩擦力”，包括認識彈力，探究彈力與形變的關(guān)系，測量力的大小；認識重力，探究重力、接觸面積與承重的關(guān)系，了解生活中的承重現(xiàn)象；搭接形狀，搭支架，尋找三角形結(jié)構(gòu)；認識摩擦力，探究摩擦力與接觸面光滑程度的關(guān)系，改變摩擦力的大小，了解生活中的摩擦力等內(nèi)容。這些教學內(nèi)容涉及按力的性質(zhì)分類的三種力、壓強、三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)三方面科學知識。第八冊“重心與穩(wěn)定性”單元原有3課時（“找重心”“物體的穩(wěn)定性”“不倒翁”），涉及重心、穩(wěn)度等方面的科學知識，包含找直尺的重心，找鐵絲的重心，找長方形紙板的重心；推手游戲，探究影響物體穩(wěn)定性的因素，提高物體穩(wěn)定性的應(yīng)用；探究不倒翁為什么不倒，制作一個不倒翁，制作不倒的玩具等內(nèi)容。可見，“常見的力”單元涵蓋的壓強與壓力大小、接觸面面積大小的關(guān)系，以及三角形結(jié)構(gòu)的內(nèi)容有些突兀，教師可從建立實驗教學內(nèi)容的關(guān)聯(lián)入手，對“常見的力”單元和“重心與穩(wěn)定性”單元進行重組。（二）運用DIS進行深入探究，形成實驗教學組合單元。DIS中的各類傳感器可用于測量各種狀態(tài)量、過程量的測量。DIS的有效運用，可以拓展實驗探究的深度，使課堂教學的重心更為聚焦在科學概念的建構(gòu)上，為實驗教學單元銜接與重組奠定基礎(chǔ)。以“常見的力”單元和“重心與穩(wěn)定性”單元為例，鑒于“常見的力”單元中包含壓強和三角形結(jié)構(gòu)的內(nèi)容有些突兀，而三角形結(jié)構(gòu)的內(nèi)容又與“重心與穩(wěn)定性”單元有一定的關(guān)聯(lián)，筆者參考《上海市小學科學與技術(shù)學科三年級教學基本要求（征求意見稿）》，將“常見的力”單元中“重力與承重”一課中有關(guān)“承重”的內(nèi)容刪除，為“常見的力”單元聚焦力而非壓強，邁出第一步。在此基礎(chǔ)上，筆者借助DIS深入開展實驗探究活動，對兩個單元進行重組，將第六冊“常見的力”單元中“腳手架的學問”一課挪至第八冊“重心與穩(wěn)定性”單元。這樣調(diào)整的目的是使“常見的力”單元高度聚焦重力、彈力、摩擦力三種力，重點進行DIS傳感器研究，便于學生深入探究彈力的大小隨物體形變程度的變化，觀察連續(xù)的、動態(tài)的對應(yīng)變化過程，以及深入探究滑動摩擦力的大小與接觸面粗糙程度的關(guān)系（探究影響滑動摩擦力大小的影響因素實驗裝置如圖1）。調(diào)整后的“重心與穩(wěn)定性”單元則聚焦物體的穩(wěn)度，從“重心低、穩(wěn)度大”，“含有三角形結(jié)構(gòu)的支架穩(wěn)固程度相對較高”，“支撐面大、質(zhì)量大，穩(wěn)度大”三個方面關(guān)聯(lián)教學內(nèi)容，更好地對應(yīng)《九年義務(wù)教育上海市小學科學與技術(shù)學科教學基本要求（試驗本）》中有關(guān)“物體的承重能力”的相關(guān)學習要求[1]。

三、依托DIS創(chuàng)建實驗教學系列專題

（一）以模塊主題視角整體布局實驗教學。上海市小學科學與技術(shù)課程涵蓋“生命世界”“物質(zhì)科學”“地球與宇宙”3個模塊，“多樣的生物”“材料與物質(zhì)”“地球概貌”等11個一級主題。從課程視角來看，筆者認為對于模塊主題的布局與教材實際教學內(nèi)容的分布，教師還要深入理解與準確把握，對課程的認識需要經(jīng)歷研讀文本、明確學習要求以及了解整冊教材教學內(nèi)容的總體設(shè)計的過程。以模塊主題視角結(jié)構(gòu)化規(guī)劃并創(chuàng)建專題學習內(nèi)容，是加強整冊教材教學內(nèi)容布局與內(nèi)在聯(lián)系的有效方法。在實驗教學方面，筆者的做法是：首先，在研讀上海市的有關(guān)學科教學基本要求的文件，了解每個主題的學習背景與內(nèi)容概要的基礎(chǔ)上，依據(jù)文本中所設(shè)置的部分重要學習內(nèi)容，確定合適的實驗教學單元主題；其次，針對實驗教學主題，梳理并選取相應(yīng)模塊、一級主題下設(shè)的部分學習內(nèi)容，定為主要的實驗教學內(nèi)容；最后，基于教材自然單元編排，將教學內(nèi)容進行重組，形成實驗教學系列專題。以“材料與物質(zhì)”主題為例，首先，教師了解學習背景，即“所有物體都是由物質(zhì)組成的，材料是人類用于制造物品、機器或其他產(chǎn)品的物質(zhì)”。材料包括生活中常見的木材、塑料、金屬、棉、紙張、玻璃、石塊、磚等，“材料與物質(zhì)”主題下的教學內(nèi)容涉及“材料的性質(zhì)”“材料的回收和再利用”“物質(zhì)狀態(tài)的變化”“新物質(zhì)的產(chǎn)生”4個方面。在“材料與物質(zhì)”教學中，“不同材料、物質(zhì)的性質(zhì)是不同的”是科學學科的重要學習內(nèi)容，筆者將“不同材料的性能不同”作為實驗教學的主題。接著，梳理《學科教學基本要求》所對應(yīng)的學習內(nèi)容與要求，在“能與能的轉(zhuǎn)化”主題中發(fā)現(xiàn)“熱傳導”“熱脹冷縮”“導體”是與之相關(guān)聯(lián)的學習內(nèi)容與要求，將其納入實驗教學內(nèi)容，確定主要的實驗教學內(nèi)容為“不同材料的導熱性能、導電性能、熱脹冷縮程度不同”。最后，對應(yīng)教材自然單元編排的情況，將滬科教版科學與技術(shù)教材三年級“簡單電路”單元的“導體與絕緣體”“熱傳遞與熱脹冷縮”單元的“熱傳導”與“鐵軌會變長嗎”等課程中的實驗內(nèi)容進行組合，形成“不同材料的性能不同”主題下的具體實驗教學內(nèi)容。（二）依托DIS進行整體探究，創(chuàng)建實驗教學系列專題。筆者分析“材料與物質(zhì)”主題，對應(yīng)重要學習內(nèi)容“不同材料、物質(zhì)的性質(zhì)是不同的”，構(gòu)建“不同材料的性能不同”實驗教學主題的過程（見表1），分析涵蓋3個模塊共11個一級主題的實驗教學內(nèi)容，依托DIS或其他技術(shù)裝備進行實驗內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化規(guī)劃與設(shè)計，創(chuàng)建了模塊主題之下關(guān)聯(lián)的實驗教學系列專題，從而從整體上優(yōu)化科學學科部分實驗教學內(nèi)容的設(shè)計。筆者對應(yīng)上述“不同材料的性能不同”主題，依托DIS串起4個探究性實驗，對不同材料的導電、導熱性能，熱脹冷縮現(xiàn)象及熱脹冷縮程度的不同進行整體探究。首先，針對研究對象的特點，考慮不同材料性能的現(xiàn)象顯現(xiàn)對比較為困難，選定DIS進行實驗探究，基于實驗教學內(nèi)容以及能達到控制變量條件選擇合適的實驗材料，設(shè)計對應(yīng)的實驗名稱。各實驗教學時間均為1課時。接著，依托DIS進行實驗內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，對所使用的DIS實驗器材、所顯示的實驗現(xiàn)象、實驗現(xiàn)象的背景原理、學生研究的主要問題進行系統(tǒng)思考與設(shè)計，明確實驗教學的過程與方法，以完善實驗教學系列專題的全面規(guī)劃。

總之，在單元教學的研究與實踐中，DIS的應(yīng)用范疇得到了拓展，不再局限于服務(wù)單一課時的實驗教學，而是服務(wù)于單元教學內(nèi)容乃至課程教學內(nèi)容的實驗整體設(shè)計，對“突破實驗教學難點，厘清實驗教學單元主線”“建立教學內(nèi)容關(guān)聯(lián)，形成實驗教學重組單元”“完善結(jié)構(gòu)化的規(guī)劃，創(chuàng)建實驗教學系列專題”有積極作用。筆者僅呈現(xiàn)了部分在單元教學的視角下得以優(yōu)化與整體設(shè)計的實驗示例，相信在多樣化的信息技術(shù)逐步融入并支撐學科教學的過程中，一定會有更多實驗教學單元整體設(shè)計的好做法，使學生的科學探究經(jīng)歷更豐富，科學素養(yǎng)內(nèi)化手段更多元。

參考文獻

[1]上海市教育委員會教學研究室.九年義務(wù)教育上海市小學科學與技術(shù)學科教學基本要求(試驗本)[M].上海：上海科學技術(shù)出版社,2018.

作者:劉憶婷: