DIS技術(shù)助力小學(xué)自然課堂教學(xué)
——以 “小磁針的奧秘”為例

◎張曉文

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是小學(xué)自然課堂中不可或缺的一部分，教師會(huì)通過各種形式的活動(dòng)幫助學(xué)生了解知識(shí)、掌握各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技能。在小學(xué)自然學(xué)科中，有部分實(shí)驗(yàn)受限于實(shí)驗(yàn)本身的特點(diǎn)和學(xué)生自身的能力，使學(xué)生的探究活動(dòng)無法全面、科學(xué)地開展，例如，“小磁針的奧秘”一課中的自制小磁針就由于受到其本身磁性強(qiáng)弱的限制，導(dǎo)致學(xué)生無法正常使用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，因此，這部分的內(nèi)容也就被忽略了，課堂中也只能去探究其他的一些特性。《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出“現(xiàn)代教學(xué)媒體及技術(shù)不僅可以為科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)服務(wù)，也可以為科學(xué)探究的學(xué)習(xí)服務(wù)，如利用數(shù)字化信息系統(tǒng)（Digital Information System，以下簡稱DIS）進(jìn)行科學(xué)探究，通過互聯(lián)網(wǎng)收集數(shù)據(jù)?！盌IS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的出現(xiàn)，讓原本無法實(shí)現(xiàn)的事情變成了可能。學(xué)生可以利用磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器，精確地測(cè)量自制小磁針的磁性強(qiáng)弱大小，因此課堂的內(nèi)容得到豐富，更重要的是學(xué)生在DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的幫助下對(duì)于小磁針的特性有了更加科學(xué)、全面的認(rèn)識(shí)，這也符合自然學(xué)科的理念。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)和過程

“小磁針的奧秘”一課的學(xué)習(xí)內(nèi)容源自滬科教版《自然》三年級(jí)第二學(xué)期第五單元“磁極與指向”單元第二課時(shí)。磁化現(xiàn)象在生活中偶有發(fā)生，探究相關(guān)現(xiàn)象會(huì)引起學(xué)生濃厚的興趣。然而，對(duì)于磁化現(xiàn)象、自制小磁針的性質(zhì)及去磁的方法，學(xué)生并不知曉?；凇渡虾Ｊ行W(xué)自然課程標(biāo)準(zhǔn)（試行稿）》，在解讀教材和分析學(xué)情的基礎(chǔ)上，本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)定為以下三點(diǎn)：①通過磁化自制小磁針的活動(dòng)，知道磁化現(xiàn)象，提高動(dòng)手能力；②通過“探究小磁針的性質(zhì)”活動(dòng)，知道自制小磁針有與條形磁鐵相同的性質(zhì)，提高設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)手操作能力；③通過“如何讓小磁針的磁性消失”活動(dòng)，知道去磁的方法，體會(huì)科學(xué)與生活的緊密聯(lián)系。其中，教學(xué)重點(diǎn)為探究自制小磁針的性質(zhì)，教學(xué)難點(diǎn)為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析歸納得到小磁針的性質(zhì)。

本節(jié)課的教學(xué)基本思路是：首先，從特制小磁針與回形針之間互相吸引的現(xiàn)象入手，引起學(xué)生興趣，并自制小磁針；接著，鼓勵(lì)學(xué)生猜測(cè)自制小磁針可能具有的性質(zhì)，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；隨后，通過收集證據(jù)、數(shù)據(jù)分析，歸納得出小磁針的性質(zhì)；然后，通過實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)消磁的方法；最后，觀看視頻與討論交流，應(yīng)用所學(xué)并體會(huì)科學(xué)與生活的密切關(guān)系。

（一）教學(xué)片段一

在自制小磁針之后，學(xué)生要對(duì)其進(jìn)行探究。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行推測(cè)和驗(yàn)證自己的想法則是接下來活動(dòng)的重點(diǎn)。

師:你們猜猜小磁針會(huì)有哪些奧秘呢？

生1：小磁針的磁性為兩端強(qiáng)、中間弱。

生2：有南、北兩極。

師：怎樣來驗(yàn)證第一個(gè)猜想？

生1：可以用小磁針吸回形針。

生2：可以用磁性測(cè)量儀進(jìn)行測(cè)量。

師：哪一種方法更好、更準(zhǔn)確？

生：磁性測(cè)量儀。

在對(duì)自制小磁針特性的推測(cè)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)有學(xué)生已經(jīng)將其和先前所學(xué)到的條形磁鐵的性質(zhì)聯(lián)系起來，并且想利用磁性測(cè)量儀進(jìn)行測(cè)量。這是基于在先前的體驗(yàn)中，不少學(xué)生發(fā)現(xiàn)吸取回形針的方法效果不夠明顯，不能滿足實(shí)驗(yàn)的要求。

師：讓我們仔細(xì)觀察8組數(shù)據(jù)，你們有什么發(fā)現(xiàn)？

生1：我們發(fā)現(xiàn)中間的數(shù)據(jù)最小，兩端的數(shù)據(jù)最大。

師：再來看看條形圖，是不是這樣？

生1：條形圖是兩端最高，說明磁性最強(qiáng)，中間低，說明磁性弱。

生2：自制小磁針的磁性是兩端強(qiáng)、中間弱。師：兩端強(qiáng)、中間弱，你們想到了什么？生：條形磁鐵。

師：原來自制小磁針和條形磁鐵一樣具有磁性兩端強(qiáng)、中間弱的特性。

在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生首先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并收集數(shù)據(jù)；緊接著，在觀察和分析各組的數(shù)據(jù)之后得出初步結(jié)論；最后再通過觀察條形圖，進(jìn)一步驗(yàn)證自己的推測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)自制小磁針的特性。在小磁針去磁活動(dòng)中，同樣通過前后兩組數(shù)據(jù)和雷達(dá)圖的比較，讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)更具有說服力，也驗(yàn)證了他們的猜想。

（二）教學(xué)片段二

在發(fā)現(xiàn)自制小磁針和條形磁鐵磁性強(qiáng)弱大小特性一樣之后，筆者進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考 “小磁針還有什么特性？”，并做進(jìn)一步猜測(cè)。

師：還有一個(gè)推測(cè)自制小磁針具有南、北極，我們?cè)撊绾蝸碜C明？

生1：我們可以用懸掛法。

生2：可以用水浮法。

……

師：你們找到小磁針的南、北極了嗎？誰來說說？

生1：我們發(fā)現(xiàn)自制小磁針靜止后，和下方的指南針指向相同。

師：這說明了什么？

生2：通過實(shí)驗(yàn)說明自制小磁針與條形磁鐵一樣具有指南北的特性。

師：真棒！原來小磁針也具有指南北的特性。現(xiàn)在，我們?cè)賮砜纯葱〈裴樀奶匦裕捍判詢啥藦?qiáng)、中間弱；具有指向性。你們有什么新的想法？

生：自制小磁針具有與條形磁鐵相同的特性。

在推測(cè)、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證的過程中，學(xué)生們逐步發(fā)現(xiàn)了自制小磁針的特性，并最終自主歸納出了結(jié)論。通過現(xiàn)代與傳統(tǒng)技術(shù)的結(jié)合，學(xué)生們真正地發(fā)現(xiàn)了小磁針的奧秘。

二、教學(xué)評(píng)價(jià)及效果

本節(jié)課借助多種資源為學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)與探究提供了充足的時(shí)間與空間，并對(duì)部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了如下改進(jìn)。

（一）借助DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，探究自制小磁針的性質(zhì)

在過往的教學(xué)中，用磁化方法自制的小磁

圖1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在小磁針去磁活動(dòng)中，同樣利用磁性測(cè)量儀進(jìn)行測(cè)量?；诖判詼y(cè)量儀靈敏度高、操作便利等特點(diǎn)，學(xué)生能第一時(shí)間得到振蕩之后小磁針磁性強(qiáng)弱變化的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)與之前磁化時(shí)記錄的本組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，借助DIS自動(dòng)繪制成的雷達(dá)圖（見圖3），可以快速發(fā)現(xiàn)兩次實(shí)驗(yàn)自制小磁針磁性強(qiáng)弱的變化，從而驗(yàn)證用振蕩的方法可以去磁。

本節(jié)課借助DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，為學(xué)生自主探究自制小磁針的性質(zhì)提供了條件。借助磁性測(cè)量儀、無線數(shù)據(jù)采集軟件和數(shù)據(jù)顯示及交互軟件，將自制小磁針磁性強(qiáng)弱的變化“可視化”，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、條形圖和雷達(dá)圖三種針磁性弱，無法采用探究條形磁鐵磁性強(qiáng)弱時(shí)懸掛回形針并比較數(shù)量的方法去探究自制小磁針各部位的磁性強(qiáng)弱，對(duì)自制小磁針性質(zhì)僅僅是對(duì)它的指南北特性的探索。而在本節(jié)課中，學(xué)生借助DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器（在上一課時(shí)學(xué)習(xí)條形磁鐵的性質(zhì)時(shí)，學(xué)生將磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器簡稱為“磁性測(cè)量儀”）可以比較自制小磁針上不同點(diǎn)磁性的強(qiáng)弱，并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見圖1）、條形圖（見圖2）等直觀形象的方式得到不同點(diǎn)磁性的強(qiáng)弱，更加精確、全面地認(rèn)識(shí)了自制小磁針的性質(zhì)。數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式，為探究問題的解決提供了更為多樣的手段和更為充分的證據(jù)，使整堂課的教學(xué)內(nèi)容得到充實(shí)。此外，分享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，WiFi環(huán)境和數(shù)據(jù)交互軟件使所有小組數(shù)據(jù)都清晰地展現(xiàn)在大屏上，學(xué)生可以從所有小組的數(shù)據(jù)中橫向比較，有助于規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和歸納。通過上述活動(dòng)，學(xué)生對(duì)于小磁針性質(zhì)的探究更加全面，分析數(shù)據(jù)和圖形等方面的能力也得到了加強(qiáng)。

圖2 條形圖

（二）優(yōu)化傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材，進(jìn)一步提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)的效率

圖3 雷達(dá)圖

在使用懸掛法測(cè)量自制小磁針是否具有指南北的性質(zhì)時(shí)，通過在繩子末端粘上一塊超輕彩泥，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中只需要將小磁針插入其中靜候等待即可，避免了懸掛時(shí)在小磁針上打結(jié)的麻煩，既節(jié)約了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)效果也更為顯著。

三、教學(xué)反思

（一）用“實(shí)”DIS技術(shù)，助力課堂教學(xué)

對(duì)于“磁學(xué)”的內(nèi)容，學(xué)生在低年級(jí)中就已經(jīng)有所接觸，但是，對(duì)于低年級(jí)的學(xué)生來說，如果在課堂中加入DIS技術(shù)，就顯得畫蛇添足，將簡單的問題復(fù)雜化。而在三年級(jí)“磁極與指向”單元中，在第一課時(shí)探究條形磁鐵特性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究自制小磁針的特性，DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)很好地發(fā)揮了它的優(yōu)勢(shì)。由于條形磁鐵自身磁性較強(qiáng)，教師可以嘗試用傳統(tǒng)懸掛回形針的方法去探究去磁性大小特點(diǎn)，并輔以DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)驗(yàn)證。然而，在對(duì)自制小磁針的探索中，DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)則成了課堂的主角。由于自制小磁針磁性弱的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法無法運(yùn)用，而DIS技術(shù)的出現(xiàn)很好地突破了這一難點(diǎn)，真正起到了助力課堂教學(xué)的作用。后續(xù)，在四年級(jí)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以更深層次地探究“磁學(xué)”中電磁鐵的內(nèi)容，將獲取的知識(shí)與技能進(jìn)一步運(yùn)用，提升自身的科學(xué)素養(yǎng)和能力。

本節(jié)課中，DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)用使原本單薄的內(nèi)容變得豐富，并且在未來的學(xué)習(xí)中，可以向更深層次探究，而這些都是建立在教師對(duì)于所學(xué)內(nèi)容有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)之上的。因此，在以后的教學(xué)中，教師不光要從單元角度出發(fā)，更要從教材整體出發(fā)，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)和概念。

（二）規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，發(fā)揮多元評(píng)價(jià)

隨著DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在小學(xué)自然課程中的運(yùn)用，課堂正在經(jīng)歷一系列的變革。然而，對(duì)于一門尤為需要嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的課程而言，如何規(guī)范這些全新設(shè)備的使用，需要教師在日常教學(xué)中逐步指導(dǎo)學(xué)生掌握這項(xiàng)技能。在課堂中，教師不用急著去利用各種圖形、圖線去說明規(guī)律，可以從最簡單的數(shù)據(jù)入手；從作為課堂的一種驗(yàn)證手段開始，慢慢轉(zhuǎn)向更加復(fù)雜的圖形分析。另外，在課堂轉(zhuǎn)型的同時(shí)，對(duì)于學(xué)生的評(píng)價(jià)也應(yīng)當(dāng)及時(shí)調(diào)整，做到多元評(píng)價(jià)。不能僅僅停留在過往的實(shí)驗(yàn)操作上，對(duì)于新型課堂中越來越多出現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集、分析能力、歸納概括等能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而全方位地體現(xiàn)學(xué)生的課堂表現(xiàn)。