導(dǎo)語(yǔ)：數(shù)字信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)整體設(shè)計(jì)策略一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

科學(xué)與技術(shù)學(xué)科是一門承擔(dān)著科學(xué)啟蒙作用的基礎(chǔ)型課程，實(shí)驗(yàn)是學(xué)生認(rèn)識(shí)和探索規(guī)律、經(jīng)歷科學(xué)探究過程與習(xí)得科學(xué)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(jiǎn)稱DIS)以其操作簡(jiǎn)易、記錄實(shí)時(shí)、顯現(xiàn)直觀、穩(wěn)定精確等優(yōu)勢(shì)，為開展和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了條件。筆者從單元教學(xué)的視角對(duì)如何利用DIS融入并支撐探究實(shí)驗(yàn)以及優(yōu)化科學(xué)學(xué)科實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整體設(shè)計(jì)策略進(jìn)行了探究，嘗試并應(yīng)用了“優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)單元主線”“形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)組合單元”“創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)系列專題”三項(xiàng)策略。

一、利用DIS優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)單元主線

（一）教材單元視角下厘清實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)與教學(xué)主線的需要?？茖W(xué)學(xué)科以生活中的現(xiàn)象和事物為研究對(duì)象，小學(xué)科學(xué)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容多以定性實(shí)驗(yàn)為主，旨在幫助學(xué)生初步建立科學(xué)概念與定性關(guān)系。然而，部分定性實(shí)驗(yàn)存在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯或數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、不準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)過程不安全，實(shí)驗(yàn)操作耗時(shí)長(zhǎng)等問題，這是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的難點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)如果得不到突破，學(xué)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(xué)的角度來看，也容易造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)單元主線不清晰、課時(shí)容量分配不均勻等問題。例如，滬科教版教材科學(xué)與技術(shù)第六冊(cè)“磁極與指向”單元與第八冊(cè)“電與磁”單元，對(duì)于磁性強(qiáng)弱的比較，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是通過觀察磁體吸引多少數(shù)量的回形針或在多長(zhǎng)距離仍可吸引回形針的方法來比較磁性的強(qiáng)弱。教學(xué)中會(huì)因?qū)W生所采取的各種吸引回形針的方式及一些不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮?，造成?shí)驗(yàn)結(jié)果存在差異甚至爭(zhēng)議，這就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的難點(diǎn)。在滬科教版教材科學(xué)與技術(shù)第六冊(cè)“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(shí)，分別包括磁鐵不同部位的磁性強(qiáng)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(dòng)內(nèi)容較多，學(xué)生探究的時(shí)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(cè)“電與磁”單元有“電磁鐵”“電磁鐵的應(yīng)用”兩課時(shí)，包括自制簡(jiǎn)易電磁鐵、探究影響電磁鐵磁性強(qiáng)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(xué)容量較大，學(xué)生對(duì)于影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素的探究時(shí)間不足。在這兩個(gè)單元中，單元教學(xué)主線不夠清晰、課時(shí)容量偏大、定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差大，為單元教學(xué)的實(shí)施造成很多困難，教師需要思考如何突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)單元主線。上海市選用的科學(xué)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(rèn)為都宜從單元視角厘清實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)與教學(xué)主線。（二）利用DIS支撐探究實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)單元主線應(yīng)用DIS的核心部件“傳感器”可對(duì)物質(zhì)科學(xué)、生命世界相關(guān)測(cè)量與探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確測(cè)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(shí)驗(yàn)為定量實(shí)驗(yàn)的過程中，教師應(yīng)用DIS直觀演示實(shí)驗(yàn)過程、精確顯示數(shù)據(jù)并對(duì)比結(jié)果，可以有效突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)單元主線。例如，“磁極與指向”單元與“電與磁”單元中對(duì)于磁性強(qiáng)弱的比較，教師可利用DIS磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器及數(shù)據(jù)顯示模塊來測(cè)量，將定性實(shí)驗(yàn)變成定量實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)磁性的強(qiáng)弱以及磁極指向(磁場(chǎng)方向)的精確顯示與對(duì)比，引導(dǎo)學(xué)生觀察數(shù)據(jù)模塊上顯示的數(shù)值并進(jìn)行對(duì)比分析，給予學(xué)生更多進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析與推斷、概念或規(guī)律理解的時(shí)間。同時(shí)，教師也能調(diào)整教學(xué)思路，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)單元主線。對(duì)“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(qiáng)弱”“磁鐵的指向性與相互作用”兩課時(shí)。第一課時(shí)，用DIS探究磁鐵不同部位磁性的強(qiáng)弱，發(fā)現(xiàn)條形磁鐵的兩端磁性最強(qiáng)。第二課時(shí)，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(jìn)行整合，引導(dǎo)學(xué)生在了解指南針應(yīng)用的基礎(chǔ)上，將小磁針進(jìn)行磁化自制簡(jiǎn)易指南針，在用DIS校驗(yàn)指向性的基礎(chǔ)上使用簡(jiǎn)易指南針辨別方向。對(duì)于“電與磁”單元，教師可將原2課時(shí)改為3課時(shí)。第一課時(shí)，自制簡(jiǎn)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(diǎn)。第二課時(shí)，在用DIS發(fā)現(xiàn)電磁鐵磁性強(qiáng)弱不同的現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，探究影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素。第三課時(shí)，聚焦電磁鐵的應(yīng)用。

二、運(yùn)用DIS形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)組合單元

（一）重組單元，建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)。自2018年上海市教育委員會(huì)教學(xué)研究室頒布各學(xué)科單元教學(xué)設(shè)計(jì)指南以來，以單元的視角進(jìn)行教學(xué)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，學(xué)校教研組開展深度備課與實(shí)踐，總結(jié)了主要教研做法。學(xué)校教研組依據(jù)規(guī)劃思想，對(duì)教材中的單元進(jìn)行了重組。對(duì)于主要以實(shí)驗(yàn)為手段進(jìn)行探究并建構(gòu)概念的部分教學(xué)內(nèi)容，教師分析了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容并建立關(guān)聯(lián)重整單元，實(shí)現(xiàn)單元教學(xué)的有序規(guī)劃。如滬科教版科學(xué)與技術(shù)教材第六冊(cè)“常見的力”單元原有4課時(shí)，即“彈力與形變”“重力與承重”“腳手架的學(xué)問”“生活中的摩擦力”，包括認(rèn)識(shí)彈力，探究彈力與形變的關(guān)系，測(cè)量力的大??；認(rèn)識(shí)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(rèn)識(shí)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(xué)內(nèi)容涉及按力的性質(zhì)分類的三種力、壓強(qiáng)、三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)三方面科學(xué)知識(shí)。第八冊(cè)“重心與穩(wěn)定性”單元原有3課時(shí)（“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(xué)知識(shí)，包含找直尺的重心，找鐵絲的重心，找長(zhǎng)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(gè)不倒翁，制作不倒的玩具等內(nèi)容?？梢?，“常見的力”單元涵蓋的壓強(qiáng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)入手，對(duì)“常見的力”單元和“重心與穩(wěn)定性”單元進(jìn)行重組。（二）運(yùn)用DIS進(jìn)行深入探究，形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)組合單元。DIS中的各類傳感器可用于測(cè)量各種狀態(tài)量、過程量的測(cè)量。DIS的有效運(yùn)用，可以拓展實(shí)驗(yàn)探究的深度，使課堂教學(xué)的重心更為聚焦在科學(xué)概念的建構(gòu)上，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(qiáng)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(xué)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科三年級(jí)教學(xué)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(qiáng)，邁出第一步。在此基礎(chǔ)上，筆者借助DIS深入開展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，對(duì)兩個(gè)單元進(jìn)行重組，將第六冊(cè)“常見的力”單元中“腳手架的學(xué)問”一課挪至第八冊(cè)“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(diǎn)進(jìn)行DIS傳感器研究，便于學(xué)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(dòng)態(tài)的對(duì)應(yīng)變化過程，以及深入探究滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面粗糙程度的關(guān)系（探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的影響因素實(shí)驗(yàn)裝置如圖1）。調(diào)整后的“重心與穩(wěn)定性”單元?jiǎng)t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(duì)較高”，“支撐面大、質(zhì)量大，穩(wěn)度大”三個(gè)方面關(guān)聯(lián)教學(xué)內(nèi)容，更好地對(duì)應(yīng)《九年義務(wù)教育上海市小學(xué)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗(yàn)本）》中有關(guān)“物體的承重能力”的相關(guān)學(xué)習(xí)要求[1]。

三、依托DIS創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)系列專題

（一）以模塊主題視角整體布局實(shí)驗(yàn)教學(xué)。上海市小學(xué)科學(xué)與技術(shù)課程涵蓋“生命世界”“物質(zhì)科學(xué)”“地球與宇宙”3個(gè)模塊，“多樣的生物”“材料與物質(zhì)”“地球概貌”等11個(gè)一級(jí)主題。從課程視角來看，筆者認(rèn)為對(duì)于模塊主題的布局與教材實(shí)際教學(xué)內(nèi)容的分布，教師還要深入理解與準(zhǔn)確把握，對(duì)課程的認(rèn)識(shí)需要經(jīng)歷研讀文本、明確學(xué)習(xí)要求以及了解整冊(cè)教材教學(xué)內(nèi)容的總體設(shè)計(jì)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(xué)習(xí)內(nèi)容，是加強(qiáng)整冊(cè)教材教學(xué)內(nèi)容布局與內(nèi)在聯(lián)系的有效方法。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，筆者的做法是：首先，在研讀上海市的有關(guān)學(xué)科教學(xué)基本要求的文件，了解每個(gè)主題的學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)內(nèi)容，確定合適的實(shí)驗(yàn)教學(xué)單元主題；其次，針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主題，梳理并選取相應(yīng)模塊、一級(jí)主題下設(shè)的部分學(xué)習(xí)內(nèi)容，定為主要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容；最后，基于教材自然單元編排，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組，形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)系列專題。以“材料與物質(zhì)”主題為例，首先，教師了解學(xué)習(xí)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(jī)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(xué)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(gè)方面。在“材料與物質(zhì)”教學(xué)中，“不同材料、物質(zhì)的性質(zhì)是不同的”是科學(xué)學(xué)科的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容，筆者將“不同材料的性能不同”作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主題。接著，梳理《學(xué)科教學(xué)基本要求》所對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求，在“能與能的轉(zhuǎn)化”主題中發(fā)現(xiàn)“熱傳導(dǎo)”“熱脹冷縮”“導(dǎo)體”是與之相關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求，將其納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，確定主要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容為“不同材料的導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能、熱脹冷縮程度不同”。最后，對(duì)應(yīng)教材自然單元編排的情況，將滬科教版科學(xué)與技術(shù)教材三年級(jí)“簡(jiǎn)單電路”單元的“導(dǎo)體與絕緣體”“熱傳遞與熱脹冷縮”單元的“熱傳導(dǎo)”與“鐵軌會(huì)變長(zhǎng)嗎”等課程中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行組合，形成“不同材料的性能不同”主題下的具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。（二）依托DIS進(jìn)行整體探究，創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)系列專題。筆者分析“材料與物質(zhì)”主題，對(duì)應(yīng)重要學(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)主題的過程（見表1），分析涵蓋3個(gè)模塊共11個(gè)一級(jí)主題的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，依托DIS或其他技術(shù)裝備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化規(guī)劃與設(shè)計(jì)，創(chuàng)建了模塊主題之下關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系列專題，從而從整體上優(yōu)化科學(xué)學(xué)科部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。筆者對(duì)應(yīng)上述“不同材料的性能不同”主題，依托DIS串起4個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，熱脹冷縮現(xiàn)象及熱脹冷縮程度的不同進(jìn)行整體探究。首先，針對(duì)研究對(duì)象的特點(diǎn)，考慮不同材料性能的現(xiàn)象顯現(xiàn)對(duì)比較為困難，選定DIS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以及能達(dá)到控制變量條件選擇合適的實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)名稱。各實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間均為1課時(shí)。接著，依托DIS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，對(duì)所使用的DIS實(shí)驗(yàn)器材、所顯示的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的背景原理、學(xué)生研究的主要問題進(jìn)行系統(tǒng)思考與設(shè)計(jì)，明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程與方法，以完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)系列專題的全面規(guī)劃。

總之，在單元教學(xué)的研究與實(shí)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(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而是服務(wù)于單元教學(xué)內(nèi)容乃至課程教學(xué)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)整體設(shè)計(jì)，對(duì)“突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)，厘清實(shí)驗(yàn)教學(xué)單元主線”“建立教學(xué)內(nèi)容關(guān)聯(lián)，形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)重組單元”“完善結(jié)構(gòu)化的規(guī)劃，創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)系列專題”有積極作用。筆者僅呈現(xiàn)了部分在單元教學(xué)的視角下得以優(yōu)化與整體設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)示例，相信在多樣化的信息技術(shù)逐步融入并支撐學(xué)科教學(xué)的過程中，一定會(huì)有更多實(shí)驗(yàn)教學(xué)單元整體設(shè)計(jì)的好做法，使學(xué)生的科學(xué)探究經(jīng)歷更豐富，科學(xué)素養(yǎng)內(nèi)化手段更多元。

參考文獻(xiàn)

[1]上海市教育委員會(huì)教學(xué)研究室.九年義務(wù)教育上海市小學(xué)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教學(xué)基本要求(試驗(yàn)本)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2018.

作者:劉憶婷: