数字信息系统实验整体设计策略.docVIP

数字信息系统实验整体设计策略 科学与技术学科是一门承担着科学启蒙作用的基础型课程，实验是学生认识和探索规律、经历科学探究过程与习得科学探究能力的重要方式。各种信息技术，尤其是数字信息系统(DigitalInformationSystem，以下简称DIS)以其操作简易、记录实时、显现直观、稳定精确等优势，为开展和优化实验教学提供了条件。笔者从单元教学的视角对如何利用DIS融入并支撑探究实验以及优化科学学科实验内容的整体设计策略进行了探究，尝试并应用了“优化实验教学单元主线”“形成实验教学组合单元”“创建实验教学系列专题”三项策略。 一、利用DIS优化实验教学单元主线 （一）教材单元视角下厘清实验教学难点与教学主线的需要。科学学科以生活中的现象和事物为研究对象，小学科学学科的实验教学内容多以定性实验为主，旨在帮助学生初步建立科学概念与定性关系。然而，部分定性实验存在实验现象不明显或数据不稳定、不准确，实验过程不安全，实验操作耗时长等问题，这是实验教学的难点。实验教学难点如果得不到突破，学生将在证据的搜集与处理、结论的得出等方面受阻。从单元教学的角度来看，也容易造成实验教学单元主线不清晰、课时容量分配不均匀等问题。例如，沪科教版教材科学与技术第六册“磁极与指向”单元与第八册“电与磁”单元，对于磁性强弱的比较，传统实验是通过观察磁体吸引多少数量的回形针或在多长距离仍可吸引回形针的方法来比较磁性的强弱。教学中会因学生所采取的各种吸引回形针的方式及一些不严谨的操作，造成实验结果存在差异甚至争议，这就是实验教学的难点。在沪科教版教材科学与技术第六册“磁极与指向”单元有“磁铁的两极”“小磁针的奥秘”“指南针”三课时，分别包括磁铁不同部位的磁性强弱、磁铁的指向、磁极间的相互作用，自制小磁针和去磁，制作指南针、了解指南针的应用等内容。其中“磁铁的两极”一课的活动内容较多，学生探究的时间不足，而小磁针的磁化与指南针的制作在内容上有交叉。第八册“电与磁”单元有“电磁铁”“电磁铁的应用”两课时，包括自制简易电磁铁、探究影响电磁铁磁性强弱的因素、探究电磁铁和普通磁铁有什么不同、了解电磁铁的应用等内容。其中“电磁铁”一课的教学容量较大，学生对于影响电磁铁磁性强弱的因素的探究时间不足。在这两个单元中，单元教学主线不够清晰、课时容量偏大、定性实验结果误差大，为单元教学的实施造成很多困难，教师需要思考如何突破实验教学难点并优化实验教学单元主线。上海市选用的科学与技术教材在课程设置上与其他地区有一定差异，笔者认为都宜从单元视角厘清实验教学难点与教学主线。（二）利用DIS支撑探究实验，优化部分。实验教学单元主线应用DIS的核心部件“传感器”可对物质科学、生命世界相关测量与探究实验进行实时、精确测量——数据结果受外界环境因素的干扰较少，一定程度上避免了系统误差或偶然误差造成的数据偏差。在变定性实验为定量实验的过程中，教师应用DIS直观演示实验过程、精确显示数据并对比结果，可以有效突破实验教学难点，优化实验教学单元主线。例如，“磁极与指向”单元与“电与磁”单元中对于磁性强弱的比较，教师可利用DIS磁感应强度传感器及数据显示模块来测量，将定性实验变成定量实验，实现磁性的强弱以及磁极指向(磁场方向)的精确显示与对比，引导学生观察数据模块上显示的数值并进行对比分析，给予学生更多进行实验设计、数据分析与推断、概念或规律理解的时间。同时，教师也能调整教学思路，优化实验教学单元主线。对“磁极与指向”单元，教师可将“磁铁的两极”分为“磁铁不同部位的磁性强弱”“磁铁的指向性与相互作用”两课时。第一课时，用DIS探究磁铁不同部位磁性的强弱，发现条形磁铁的两端磁性最强。第二课时，探究磁铁的指向性，建立磁极的概念并探究磁极间的相互作用。教师还可将“小磁针的奥秘”与“指南针”的相关内容进行整合，引导学生在了解指南针应用的基础上，将小磁针进行磁化自制简易指南针，在用DIS校验指向性的基础上使用简易指南针辨别方向。对于“电与磁”单元，教师可将原2课时改为3课时。第一课时，自制简易电磁铁并用DIS发现电磁铁具有可控制磁性有无、改变磁极方向的特点。第二课时，在用DIS发现电磁铁磁性强弱不同的现象的基础上，探究影响电磁铁磁性强弱的因素。第三课时，聚焦电磁铁的应用。 二、运用DIS形成实验教学组合单元 （一）重组单元，建立实验教学内容的关联。自2018年上海市教育委员会教学研究室颁布各学科单元教学设计指南以来，以单元的视角进行教学的规划与设计，学校教研组开展深度备课与实践，总结了主要教研做法。学校教研组依据规划思想，对教材中的单元进行了重组。对于主要以实验为手段进行探究并建构概念的部分教学内容，教师分析了实验教学内容并建立关联重整单元，实现单元教学的有序