小學(xué)科學(xué)倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，探究活動是科學(xué)學(xué)習(xí)的重要方式。課堂上，學(xué)生親歷動手、動腦等實(shí)踐活動，理解基本的科學(xué)知識，解決實(shí)際生活中的簡單問題。在傳統(tǒng)探究活動中，常由于測量工具不到位，導(dǎo)致獲取數(shù)據(jù)不精確，實(shí)驗結(jié)果出現(xiàn)偏差，進(jìn)而產(chǎn)生推論不科學(xué)、邏輯不嚴(yán)密、科學(xué)概念建構(gòu)出現(xiàn)困難等問題。隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字實(shí)驗系統(tǒng)（文中設(shè)備為朗威DISLab，下文統(tǒng)稱DIS）融入課堂成為可能，它采用“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+實(shí)驗軟件包+計算機(jī)”的機(jī)制，克服傳統(tǒng)實(shí)驗的諸多弊端，有力支持學(xué)生的科學(xué)探究。

一、探索DIS融入的常用方式

DIS可以獲得精準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)，操作簡單易上手，為探究實(shí)驗提供新的設(shè)計思路，將不可見的科學(xué)現(xiàn)象通過數(shù)據(jù)反映出來。

1.數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化，突破認(rèn)知疑惑

小學(xué)階段是學(xué)生由具體形象思維向抽象邏輯思維的過渡階段，他們更容易接受直觀信息，對于抽象的邏輯推理存在認(rèn)知困難。在探究活動中，測量數(shù)據(jù)一旦出現(xiàn)偏差，學(xué)生就會做出不合理的推斷。學(xué)生難以理解在復(fù)雜狀況下的各種干擾因素和操作誤差，這就要求探究活動的流程要相對簡單，測量的數(shù)據(jù)要更精準(zhǔn)。

在學(xué)習(xí)三年級“水”單元時，學(xué)生在“水沸騰了”和“水結(jié)冰了”兩個探究活動中，需要利用溫度計測量溫度，以了解水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)。在傳統(tǒng)教學(xué)中，由于溫度計的測量數(shù)值不夠精準(zhǔn)，導(dǎo)致學(xué)生對冰點(diǎn)和沸點(diǎn)產(chǎn)生了爭議，課堂教學(xué)效果不佳。教師借助DIS讓學(xué)生利用傳感器獲取精確的數(shù)據(jù)，從而清楚地看到溫度的變化，實(shí)現(xiàn)科學(xué)概念的建構(gòu)。

在DIS的助力下，學(xué)生對“溫度影響水的三態(tài)變化”的認(rèn)知更深刻。學(xué)生可以觀測到同一杯水不同位置的溫度也不相同、水在沸騰時溫度保持不變、冰的溫度比水的溫度更低等現(xiàn)象。從不準(zhǔn)確到準(zhǔn)確、從不可見到可見、從不顯著到顯著，DIS使得測量獲取的數(shù)值有質(zhì)的升華。

2.操作簡易化，降低設(shè)計要求

小學(xué)階段是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)快速發(fā)展的時期。這一時期，學(xué)生的探究能力正處于初級階段，對于步驟較多的探究活動，容易發(fā)生錯誤。因此，教師要合理分解復(fù)雜的探究活動，讓學(xué)生明晰每個步驟的意義，并及時指導(dǎo)，確保他們能分步完成探究活動。

五年級“熱”單元的“熱在金屬中的傳遞”和“哪個傳熱快”兩個活動，由于熱的傳遞過程難以被直接觀測到，實(shí)驗需要借助凡士林、蠟油、感溫油墨等材料的輔助。事實(shí)上，學(xué)生利用凡士林將火柴固定到金屬條上有一定的難度，需要花費(fèi)較長時間。另外，火柴的固定方式、凡士林的使用數(shù)量、火柴與金屬條的接觸面積等因素都會影響實(shí)驗的結(jié)果，導(dǎo)致學(xué)生做出錯誤的判斷。教師可借助DIS讓學(xué)生利用溫度傳感器，觀測到金屬條中的溫度變化、不同的金屬受熱之后的溫度變化。在數(shù)據(jù)的支持下，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了從具象思維到抽象思維的轉(zhuǎn)變過程，從而建構(gòu)熱傳遞概念。

3.結(jié)果可視化，建構(gòu)抽象概念

在小學(xué)科學(xué)的教學(xué)中，物質(zhì)領(lǐng)域的科學(xué)概念相對抽象，部分實(shí)驗現(xiàn)象難以被直接觀察到，有些探究活動不能通過實(shí)驗直接驗證，需要借助模擬實(shí)驗，以思維遷移的方式達(dá)成認(rèn)知目標(biāo)。

在六年級“能量”單元教學(xué)中，學(xué)生通過測量回形針的數(shù)量來判定電磁鐵的磁性強(qiáng)弱。當(dāng)去掉鐵芯之后，線圈自身無法吸引大頭針，這對學(xué)生理解電磁鐵的構(gòu)造和功能產(chǎn)生不利影響。教師可以借助DIS將看不見的磁場以數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)。學(xué)生通過數(shù)據(jù)的變化判斷磁鐵各個部位的磁性強(qiáng)弱變化，感受到磁鐵磁性隨著距離變化而改變，從而建構(gòu)磁場的思維模型。DIS的數(shù)據(jù)顯示正負(fù)，對應(yīng)磁場的南北極，可以進(jìn)一步幫助學(xué)生強(qiáng)化磁鐵相關(guān)的概念體系。又如“聲音”單元的教學(xué)中，DIS可以通過數(shù)據(jù)呈現(xiàn)聲音的高低，對比聲音振動的頻率，幫助學(xué)生建立兩者之間的聯(lián)系。DIS將抽象化、不可見的現(xiàn)象以數(shù)據(jù)方式呈現(xiàn)，讓學(xué)生有直觀的認(rèn)知體驗，幫助他們建立概念體系。

二、做好DIS融入的各種準(zhǔn)備

物理概念抽象性強(qiáng)，物質(zhì)領(lǐng)域是學(xué)生的認(rèn)知難點(diǎn)之一。小學(xué)科學(xué)物質(zhì)領(lǐng)域內(nèi)容主要指向物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、物質(zhì)的變化與化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)的運(yùn)動與相互作用、能的轉(zhuǎn)換與能量守恒等學(xué)科核心概念。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，將DIS融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)會帶來新挑戰(zhàn)，如傳感器的數(shù)據(jù)讀取需要指導(dǎo)，數(shù)據(jù)獲取的原理需要講解，數(shù)據(jù)代表的意義需要闡述，等等。面對新挑戰(zhàn)，教師要做好相關(guān)準(zhǔn)備，探索DIS在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的有效運(yùn)用。

1.梳理教材，找準(zhǔn)融入版塊

教師要對小學(xué)科學(xué)教材的物質(zhì)領(lǐng)域內(nèi)容進(jìn)行梳理，從教材中尋找適用的版塊，同步準(zhǔn)備探究相關(guān)配套材料，合理調(diào)整和重組教學(xué)環(huán)節(jié)，找準(zhǔn)DIS融入的相關(guān)內(nèi)容，借助設(shè)備的獨(dú)特功能，提升課堂效率。

通過梳理發(fā)現(xiàn)，小學(xué)科學(xué)3～6年級各冊教材（教科版）中都有適用DIS的教學(xué)內(nèi)容（見表1），這表明DIS在小學(xué)科學(xué)的探究活動中覆蓋面廣、利用率高。教師可以基于學(xué)生的認(rèn)知水平，從單元教學(xué)的角度整體規(guī)劃，做好DIS融入的籌備工作。

2.優(yōu)化環(huán)節(jié)，明確融入路徑

教師可以調(diào)整探究環(huán)節(jié)，使得DIS融入小學(xué)課堂的學(xué)教活動更舒暢，更契合小學(xué)生的認(rèn)知水平。教師將DIS融入探究環(huán)節(jié)主要有前置、后置和置換三種不同的方式（見表2）。前置的作用在于鋪墊，利用傳感器對現(xiàn)象進(jìn)行解析，通過數(shù)據(jù)強(qiáng)化現(xiàn)象的說服力。如利用傳感器測試酒精燈火焰的溫度，利用傳感器測試陽光直射和斜射時溫度的變化等。后置旨在突破認(rèn)知，學(xué)生在探究活動中獲得初步的認(rèn)知體驗的基礎(chǔ)上，利用DIS獲取的數(shù)據(jù)達(dá)成對原探究活動的強(qiáng)化作用，鞏固科學(xué)概念。置換是指利用DIS替換原先的測量工具，當(dāng)其他測量工具無法獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)時，利用傳感器達(dá)到“破冰”效果。

將DIS融入教學(xué)，教師不僅要考慮探究環(huán)節(jié)的安排，還要考慮學(xué)生的體驗感受，激發(fā)他們的探究欲望。教學(xué)四年級“聲音”單元時，尺子和橡皮筋的振動可以被學(xué)生直接觀察到，鼓面振動通過觀察鼓面上微小物品的跳動來證實(shí)，音叉則需要放入水中，觀察水面的波動。而借助DIS，學(xué)生能獲取直觀的數(shù)據(jù)，從而突破認(rèn)知瓶頸，有效建立振動幅度和聲音強(qiáng)弱之間的聯(lián)系。

3.備好材料，豐富融入方式

DIS在小學(xué)科學(xué)課堂上的使用，需要相關(guān)教學(xué)器具的輔助，合適的材料有利于更好地發(fā)揮DIS的效果。教師基于小學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，對探究活動的配套材料進(jìn)行優(yōu)化，使得他們能夠獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。學(xué)生能否接受傳感器獲取的數(shù)據(jù)，關(guān)鍵在于他們是否明晰數(shù)值代表的含義。學(xué)習(xí)四年級“聲音”單元時，學(xué)生對于真空是否能夠傳播聲音心存疑惑，教師將DIS融入教學(xué)后，可以同步檢測容器中的空氣含量與聲音的強(qiáng)度，幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念。為了讓DIS發(fā)揮更好的效果，教師可以在課堂中營造安靜的環(huán)境，避免無關(guān)聲音被傳感器獲取。

三、打造DIS融入的支持體系

為更好地發(fā)揮DIS的功能，教師要構(gòu)建合理的支持體系，包括資源支持、人員支持、課程支持和評價支持，及時總結(jié)成功經(jīng)驗，讓DIS在后續(xù)的教學(xué)中發(fā)揮更大的作用。

1.統(tǒng)計協(xié)同，依托數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律

教師要對DIS獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，將數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的內(nèi)在規(guī)律直觀地呈現(xiàn)出來，引導(dǎo)學(xué)生通過邏輯推理得出相應(yīng)結(jié)論，推進(jìn)探究活動的順利進(jìn)行。教師在溫度和水的變化、磁鐵的磁性強(qiáng)弱、小車的運(yùn)動速度等內(nèi)容的教學(xué)中，融入DIS后可獲取直觀數(shù)據(jù)，利用圖表將數(shù)據(jù)進(jìn)行排列和統(tǒng)計，讓學(xué)生能清晰地看到數(shù)據(jù)的規(guī)律，從而得出相關(guān)結(jié)論。DIS和統(tǒng)計軟件結(jié)合，可以批量處理信息，提升探究實(shí)驗的說服力，同時節(jié)省課堂活動的時間。例如，在溫度和水的變化實(shí)驗中，溫度傳感器可以每秒采集1個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、采集頻率高，將溫度的隱性變化變成顯性數(shù)據(jù)，并自動轉(zhuǎn)化為直觀的圖像，進(jìn)一步提高了課堂效率。

2.單元協(xié)同，依托體系形成序列

教師可以將DIS融入單元教學(xué)中，采用統(tǒng)一的探究方式，讓學(xué)生使用起來更順暢，助力他們建構(gòu)科學(xué)概念。教學(xué)“熱”單元時，多個活動都需要測量溫度，學(xué)生對DIS經(jīng)歷了從生疏到熟練的適應(yīng)過程，在課堂上不斷嘗試，掌握傳感器的使用方法后，課堂效率會顯著提高。

在單元教學(xué)中，教師采用“DIS+實(shí)物模擬”的方式，可以將動態(tài)實(shí)驗分解成靜態(tài)片段，幫助學(xué)生分析數(shù)據(jù)，建構(gòu)認(rèn)知模型。教學(xué)“地球的運(yùn)動”單元時，模擬實(shí)驗中直射和斜射帶來的溫度變化很小，學(xué)生難以理解地球的位置變化會使陽光照射的角度發(fā)生變化，最終導(dǎo)致四季的形成。教師在模擬實(shí)驗中融入DIS，可以靈敏地獲取細(xì)微數(shù)據(jù)差別，學(xué)生以溫度變化作為證據(jù)，詮釋四季成因，實(shí)現(xiàn)從具象認(rèn)識到抽象認(rèn)識的轉(zhuǎn)變。

3.拓展協(xié)同，依托課堂鏈接生活

除課堂教學(xué)外，DIS還可以應(yīng)用到課外項目活動中，實(shí)現(xiàn)課堂內(nèi)外探究活動的有機(jī)融合。在拓展性活動中，DIS突破內(nèi)容束縛，使用更加靈活。例如：學(xué)生為了解學(xué)校內(nèi)各個場所的噪音狀況，利用傳感器測試學(xué)校里的噪音狀況；研究一天中影子的變化時，通過測試溫度來研究影長和光照之間的關(guān)系；測量不同季節(jié)陽光的溫度，進(jìn)一步探索陽光的照射角度不同；研究光照對植物生長的影響，探索光線強(qiáng)度對植物光合作用的影響；利用測試水的pH傳感器、溶氧量傳感器、水質(zhì)濁度傳感器等，研究周邊水體的水質(zhì)問題；等等。

參考文獻(xiàn)

[1]舒俊波.數(shù)字化實(shí)驗在中小學(xué)銜接性科學(xué)探究活動中的應(yīng)用探索[J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2024（01）.

[2]王璐.DISLAB系統(tǒng)在物理實(shí)驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2021（03）.

[3]張旺.核心素養(yǎng)目標(biāo)下“聲音的特性”DISLAB實(shí)驗教學(xué)活動設(shè)計[J].物理教學(xué)探討，2021（09）.

[4]馮容士，李鼎.DIS，上海創(chuàng)造——數(shù)字化實(shí)驗系統(tǒng)研發(fā)紀(jì)實(shí)[M].上海：上海教育出版社，2018.