◎ 趙偉新

數(shù)字化、信息化已成為時代的潮流，人們的生活、學習、工作等已越來越離不開信息技術(shù)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，小學科學實驗教學迎來了新的機遇。用傳感器采集實驗數(shù)據(jù)、用計算機處理數(shù)據(jù)，使學生置身于數(shù)字化的學習環(huán)境中，不僅有迫切的需求，而且有實施的可能。2015年起，借助于上海市“中小學數(shù)字化實驗系統(tǒng)研發(fā)中心”研制的數(shù)字化實驗系統(tǒng)（Digital Information System，簡稱DIS），上海市小學科學在實驗教學上積極探索信息技術(shù)與科學課程深度融合，轉(zhuǎn)變了各級教研人員和學科教師的理念，形成了一支數(shù)字化實驗系統(tǒng)應(yīng)用的骨干隊伍，積累了一定數(shù)量的實踐課例，同時也初步總結(jié)了DIS運用與小學科學教學的優(yōu)勢和作用。

一、數(shù)字化實驗系統(tǒng)在小學科學教學應(yīng)用的推進策略

信息化環(huán)境是學生生活和學習的環(huán)境，也是學生未來踏上社會的工作環(huán)境。但在上海的小學科學實驗教學中，普遍存在著設(shè)備簡易、儀器陳舊、測量粗糙等問題，顯然不能適應(yīng)現(xiàn)代社會的飛速發(fā)展，不能滿足小學科學課程發(fā)展的需要和學生適應(yīng)未來生活的需要。如何讓信息技術(shù)進入小學科學課程，成為小學科學的組成部分，幫助學生熟悉信息化環(huán)境，加強小學科學課程內(nèi)容與現(xiàn)實世界的聯(lián)系，促進學生學習方式的改變，成為了上海市小學科學課程一個頗為重要的話題。

2002年，由上海市教委成立的“中小學數(shù)字化實驗系統(tǒng)研發(fā)中心”開展了DIS的研發(fā)，DIS的研發(fā)始自物理。2015年，借助于研發(fā)中心的“立足物理，輻射生、化及小學科學”的策略，上海市小學科學利用課例展示、專項培訓(xùn)、教學評優(yōu)等方式，積極探索DIS在教學中的應(yīng)用。

（一）通過課例展示更新教師實驗教學的理念

2015年5月，在上海市小學科學市級教學研討活動中，通過上海市徐匯區(qū)A老師“水的壓力”一課，絕大多數(shù)教師第一次看到了DIS。盡管只是學生實驗后的一個小小的補充演示實驗，但教師們深切感受到了DIS的顯著作用。

2015年10月，在云南省昆明市舉辦的“全國中小學科學優(yōu)質(zhì)課展示活動”中，通過上海市金山區(qū)B老師“水的壓力”一課，既解決了教材上原有實驗原理的錯誤，又讓教師感受到了DIS帶來的實驗原理、器材等方面創(chuàng)新的可能。

2016年10月，在浙江省杭州市舉辦的“全國第四屆中小學科學特級教師及名師論壇”上，上海市教育學會中小學科學教學專業(yè)委員會承擔了“數(shù)字化實驗系統(tǒng)與小學科學教學融合初探”專題研討活動，通過上海市徐匯區(qū)C老師“水的壓力”一課和相應(yīng)主題的交流，讓教師感受到了DIS帶來的學生學習方式的變革。

“水的壓力”一課前后三次的展示，對于DIS的應(yīng)用逐漸深入，執(zhí)教教師、各級教研人員和觀課教師實驗教學的理念發(fā)生了明顯的變化，認識到學校有責任讓學生認識到現(xiàn)代社會信息化過程對于學習方式和工作方式的影響，并把信息化工具作為自己學習的伙伴。

（二）通過專項培訓(xùn)提升教師應(yīng)用實踐的能力

教師相關(guān)能力的提升并不是一蹴而就的，有個逐漸積累的過程。在為期兩年的上海市小學自然第三期骨干教師培訓(xùn)班，專門安排了學員參觀中小學數(shù)字化實驗系統(tǒng)研發(fā)中心，活動中學員與DIS緊密接觸。培訓(xùn)班還特意安排了上海市徐匯區(qū)C老師的“水的壓力”一課和嘉定區(qū)D老師的“磁性的強弱”一課，既展示上海名師的先進教學理念、豐富的教學經(jīng)驗和獨特的教學藝術(shù)，也讓學員學習到了DIS與小學科學教學融合的實踐案例，激發(fā)了學員對于DIS應(yīng)用于小學科學的思考與實踐，該期培訓(xùn)班的學員目前已成為上海市小學科學數(shù)字化實驗系統(tǒng)應(yīng)用的骨干力量。

除了市級層面的培訓(xùn)外，上海市各區(qū)小學科學教研員也組織區(qū)域教師參加DIS的培訓(xùn)，更多教師對DIS有了更為深切的感受。

（三）通過教學評優(yōu)創(chuàng)建教師實踐創(chuàng)新的平臺

培訓(xùn)與學習是實踐的基礎(chǔ)，教學評優(yōu)則是實踐最好的載體，是DIS應(yīng)用的突破點。在2015年10月的“上海市中青年教師教學（小學自然、科學與技術(shù)學科）評優(yōu)活動”、2015年11月的“全國第三屆中小學實驗教學說課活動”、2016年11月的“全國第四屆中小學實驗教學說課活動”、2017年6月的“上海市小學自然、科學與技術(shù)學科首屆實驗教學說課活動”等國家和市級教學評優(yōu)活動中，來自上海市各區(qū)的小學科學教師在DIS應(yīng)用于小學科學方面有了更多的嘗試，也有了更多的優(yōu)秀課例，如熱傳導(dǎo)、電阻、鐵軌會變長嗎、實驗探究季節(jié)變化的成因等。上海市嘉定區(qū)E老師的“‘控制變量法’探究影響電阻大小的因素”和崇明區(qū)F老師的“實驗探究熱傳導(dǎo)的特點與不同材料的傳熱本領(lǐng)”兩個課題分別獲得全國第三、第四屆中小學實驗教學說課活動一等獎。

在各級教學評優(yōu)中，參賽教師積極實踐，為DIS的應(yīng)用開拓了新的領(lǐng)域，也因數(shù)字化實驗系統(tǒng)的高效率為小學科學課堂學習時空的重新分配提供了可能。

二、數(shù)字化實驗系統(tǒng)在小學科學教學應(yīng)用的課例介紹

在這兩年DIS的應(yīng)用研究中，上海市小學科學各級教研人員和學科教師形成了一定數(shù)量的涉及物質(zhì)科學、生命世界、地球與宇宙三個課程學習模塊的實踐課例。下面列舉其中先期探索的三個課例，來具體說明DIS應(yīng)用于小學科學教學的優(yōu)勢。

（一）應(yīng)用課例1：水的壓力（滬科教版小學自然教材三年級第二學期）

本課例是上海市小學科學第一個市級層面的實踐課例，先后有三位教師執(zhí)教，分別解決不同的問題，研究得以逐步深入， DIS的優(yōu)勢愈發(fā)明顯。

圖1

圖2

圖3

第一位執(zhí)教的是上海市徐匯區(qū)A老師，他在準備2015年5月的上海市小學科學市級教學研討活動中，試教時發(fā)現(xiàn)利用傳統(tǒng)實驗器材（裝置如圖1左圖所示）驗證學生關(guān)于“水的壓力與水的多少關(guān)系”猜想時，因飲料瓶上打孔的問題，有的小組水噴射出的距離相同，有的小組水噴射出的距離不相同，學生無法利用實驗現(xiàn)象得出清晰明確的結(jié)論。為解決學生的學習難點，A老師將DIS中的相對壓強傳感器改造成為能夠比較水的壓力大小的裝置，如圖1右圖所示，通過在兩個不同容器中相同深度處的傳感器顯示的數(shù)字，清晰地呈現(xiàn)了實驗現(xiàn)象，學生順勢得出了清晰的實驗結(jié)論。

第二位執(zhí)教的是上海市金山區(qū)B老師，她代表上海參加“全國中小學科學優(yōu)質(zhì)課展示活動”，備課中有教師提出教材中的“水的壓力與水的深度關(guān)系”實驗的原理有問題（裝置如圖2所示），已有學者發(fā)文指出了相關(guān)的問題，如圖3所示。為了讓學生能夠通過實驗驗證自己的猜想，B老師借用A老師改造的裝置，如圖4所示，用數(shù)字解決了教材中的科學性問題，通過演示幫助學生得出了實驗結(jié)論。

第三位執(zhí)教的是上海市徐匯區(qū)C老師，他代表上海參加“全國第四屆中小學科學特級教師及名師論壇”，主要解決前面兩堂課的DIS的應(yīng)用停留在演示實驗的層面，如何將DIS成為學生探究的工具，C老師進行了實踐探索，實驗裝置還是前兩個課例的裝置，但C老師利用他個人的教學經(jīng)驗和對DIS的理解，在課堂上將DIS變成了學生搜集證據(jù)的新工具，同時利用核心學習活動將學生學習逐步走向深入，并通過重視過程評價讓學生承擔更多學習責任，充分展現(xiàn)了一位上海市小學科學特級教師的風采。

圖4

（二）應(yīng)用課例2：磁性的強弱（上海牛津版小學自然教材四年級第一學期）

“磁性的強弱”一課由上海市嘉定區(qū)D老師執(zhí)教，作為一名區(qū)域的學科教研員，他帶頭積極開展DIS的應(yīng)用實踐?！按判缘膹娙酢币徽n，通過學生的探究得出磁鐵兩端的磁性最強。用傳統(tǒng)的器材，學生無法清晰得到磁鐵不同部分磁性強弱的差異。D老師引導(dǎo)學生利用磁感應(yīng)強度傳感器進行探究，驗證猜想，實驗裝置如圖5所示。

這一實驗的優(yōu)點有兩個：①傳統(tǒng)器材無法研究，通過數(shù)字，完成研究；②實驗現(xiàn)象穩(wěn)定、清晰、直觀。

圖5

（三）應(yīng)用課例3：熱傳導(dǎo)（滬科教版小學自然教材三年級第一學期）

“熱傳導(dǎo)”由上海市崇明區(qū)F老師執(zhí)教，本節(jié)課的教學難點為不同物質(zhì)的傳熱本領(lǐng)不同。F老師將自制實驗設(shè)備與DIS相結(jié)合，設(shè)計了如圖6所示的實驗器材，其中含有傳感器支架、溫度傳感器、導(dǎo)熱基座、金屬棒、陶瓷棒、塑料棒等主要部件，將數(shù)字溫度計與金屬、陶瓷、塑料等距離接觸后，結(jié)合DIS應(yīng)用軟件可得到不同物質(zhì)的傳熱本領(lǐng)不同，如圖7所示。實驗時，設(shè)定時間間隔為“4秒”。點燃酒精燈加熱金屬銅塊，點擊【記錄】，開始記錄數(shù)據(jù)。自動記錄30次后，實驗自動停止，熄滅酒精燈，分析電腦界面右側(cè)溫差框中的溫度變化，就可得出實驗的結(jié)論。

F老師這樣做有三個目的：①縮短實驗時間，120秒即2分鐘內(nèi)完成實驗；②實驗現(xiàn)象可以更為穩(wěn)定、清晰、直觀；③研究對象（實驗所用材料）可以更為全面，傳統(tǒng)實驗用的材料為銅、鐵、鋁三種金屬材料，而本實驗用的是金屬鋁棒（左）、陶瓷棒（中）與塑料棒（右），且對于熱的不良導(dǎo)體陶瓷與塑料，通過數(shù)字的呈現(xiàn)，現(xiàn)象也變得可見了。最后運用數(shù)據(jù)分析法，學生可直接得出“不同物質(zhì)的傳熱本領(lǐng)不同”的結(jié)論。

圖6

圖7

三、數(shù)字化實驗系統(tǒng)在小學科學教學應(yīng)用的優(yōu)勢分析

在經(jīng)歷了2年多的研究與實踐后，上海市小學科學各級教研人員和學科教師都深切感受到了DIS在小學科學教學中的獨特優(yōu)勢。

DIS由傳感器代替學生讀取數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)顯示器或者計算機代替手工記錄，通過DIS專用軟件對數(shù)據(jù)進行簡單統(tǒng)計、處理和分析。其連續(xù)、實時記錄、處理數(shù)據(jù)的方式能有效反映實驗過程中的變化過程，學生不會因為繁瑣的記錄、計算過程而忽略實驗過程中的任何現(xiàn)象，有更多的時間去設(shè)計、思考與分析，實現(xiàn)了課堂學習時空的重新分配。

DIS是一種能夠把實驗產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)以數(shù)字的形式呈現(xiàn)給實驗者，能快速、準確、實時開展科學實驗，進行科學探究的實驗系統(tǒng)。從上述的三個課例中，我們可以看出，各位執(zhí)教教師都是在“數(shù)字”這一小學生容易理解的方式上做文章，將“模糊的結(jié)論”通過“數(shù)字”變?yōu)椤扒逦慕Y(jié)論”，將“不清晰的現(xiàn)象”通過“數(shù)字”變?yōu)椤扒逦默F(xiàn)象”，將“無法研究的過程”通過“數(shù)字”變?yōu)椤翱梢匝芯康倪^程”。

DIS可以顯示實驗現(xiàn)象，突出教學重點，突破教學難點，為學生形成科學概念提供基礎(chǔ)，為學生體驗科學技術(shù)對于學習的重要性提供最好的示例，也可以為學生將信息化工具作為自己的學習伙伴搭設(shè)平臺。學生的學習變得更為有效，科學課堂發(fā)生了變革。

《<基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）>解讀》指出，沒有課程資源的廣泛支持，再美好的課程改革設(shè)想也很難變成中小學的實際教育成果，因為課程資源的豐富性和適切性程度決定著課程目標的實現(xiàn)范圍和實現(xiàn)水平。同樣，數(shù)字教育資源的豐富和適切，必將帶來小學科學教育的變革，必將帶來科學教師教學方式的變革，也必將帶來小學生科學學習方式的變革。為此，我們將繼續(xù)努力。

參考文獻：

［1］ 上海市教育委員會. 上海市中學物理課程標準（試行稿）［M］ . 上海：上海教育出版社，2004.

［2］ 孫瑞敏. 容器側(cè)壁小孔中噴出的水流實驗［J］. 物理教學，2008（12）.