運用DIS突破《酒精燈》教學難點

夏添

DIS數字化實驗系統（下文簡稱DIS）主要由傳感器、數據采集器和計算機組成，可以通過各類傳感器探測科學探究的實驗數據，并將信息傳輸到計算機，再通過計算機軟件對實驗過程和結果進行記錄、圖像繪制、數據處理與分析，具有實驗現象明顯、操作方便等優勢。

在教學中運用DIS，能提升實驗效果，解決教學過程中的教學難點，彌補傳統實驗的不足，進一步幫助學生探索科學世界，讓學生感受技術發展給人們帶來的方便。筆者在四年級《酒精燈》一課中嘗試運用DIS，取得較好的教學效果。

案例呈現

《酒精燈》是上海市小學《科學與技術》第七冊《加熱與保溫》的教學內容，屬于課程標準中“能與能源”模塊。本節課要求學生在了解火焰分成焰心、內焰和外焰的基礎上，通過實驗探究，比較酒精燈三層火焰的溫度不同。

本節課的教學難點是通過實驗探究了解酒精燈三層火焰中外焰溫度最高。學生由于初次接觸酒精燈，且生活經驗有限，在猜測“酒精燈三層火焰的溫度哪層最高”時各種意見都有，無法確定。

1.傳統實驗

教材提供了兩種傳統實驗方法：

第一種是水沸騰法，即分別用酒精燈的三層火焰加熱試管中等量的水，通過比較水沸騰時所用的時間，判斷火焰溫度的高低。該實驗時間差別不大，現象不明顯，且加熱時火焰不穩定，燈芯長度也不同，很難真正做到分別用三層火焰加熱。若用同一個酒精燈加熱又會變得更費時，火焰穩定性同樣無法保證。

第二種是木片加熱法。將木片平行放入三層火焰中間加熱，通過觀察木片的加熱程度來判斷火焰溫度的高低。通過該實驗可以知道火焰焰心的溫度最低，但無法解釋黑圈僅是外焰造成的，無法達成教學目標，教學難點也難以突破。

2.引入DIS

筆者選擇使用溫度傳感器，將其分別置于火焰的三層，檢測到的溫度則通過數字的方式呈現，再將這一變化以圖表的形式顯示出來。

教學片段如下：

師：用普通溫度計不能直接測量火焰溫度。我們可以使用溫度傳感器，它的測量范圍要比普通溫度計廣得多，而且不是水銀材質，更安全。

（向學生展示溫度傳感器的使用方法，如圖1。學生觀察并交流實驗步驟。）

師：你知道怎樣使用嗎？

生：應該是把它放在火焰中就能測了。

生：可是怎么看溫度呢？

（學生開始你一言我一語地交流起來。）

師：我們可以將溫度傳感器的前端分別放在酒精燈火焰的焰心、內焰和外焰，就可以分別測量它們的溫度了，數值會顯示在平板電腦上。

生：這太方便了。

（學生已經迫不及待地想要嘗試。）

之后，學生分別利用傳感器檢測三層火焰的溫度變化并做記錄，通過數據分析和圖像比較（如圖2），認識到酒精燈三層火焰溫度最高的是外焰。

利用DIS設備進行檢測的過程中，由于是手持式的，可以跟隨火焰位置進行調整，有效避免了因火焰不穩定造成的實驗誤差，操作便捷且數據準確、圖像直觀，清晰、明了、簡潔地解決了這節課的教學難點。

教學反思

對比傳統實驗，DIS具有以下優勢。

1.數據精確采集，現象直觀呈現

由于火焰溫度太高，無法用普通溫度計測得數值，兩種傳統實驗方法誤差大、效果不明顯。DIS有效避免了傳統實驗的不足，將這種模棱兩可的現象變成了實實在在的數據，且將數據整理成圖像，將傳統實驗中的抽象內容具象化，及時、準確地將溫度數據采集起來，提高了實驗的準確性、科學性。

2.提升實驗效率，保障實驗安全

以水沸騰法為例，等待水燒開的過程需要一定的時間，大概在兩分鐘左右，如果一個操作者做3次，對35分鐘的課堂來說效率會大打折扣（還不算由于操作不規范需要重新做的情況）。運用DIS操作簡單且方便，只需10秒左右就可以輕松獲得數據結果，大大提高了實驗效率。如果上課時間充裕，教師甚至可以讓更多的學生多次嘗試，這對提高學生合作、實驗、操作能力以及對知識點的理解都有不可忽視的作用。

從安全性上看，木片加熱法通過觀察加熱過的木片判斷酒精燈火焰溫度，有一定的危險性，只能以教師演示為主。運用DIS，則安全得多。

3.體驗技術發展，激發學習興趣

在《科學與技術》課程中，很多實驗都會受到時間、空間、材料等限制，比如水沸騰法實驗，需要試管、鐵架臺、試管架等材料，需要學生在專用教室才能完成。運用DIS，可以在任何時間、任何地點進行實驗操作，不僅教師操作演示方便，數據分享也很方便。若是學生操作，教師還可以遠程查看數據，學生也可以通過圖表比較自己和其他組的實驗結果，達到了事半功倍的教學效果。

運用DIS完成合適的實驗，會極大激發學生學習科學的興趣，增強他們學習的主動性。在本課中，學生幾乎是爭先恐后地想要嘗試，可見DIS對學生的吸引力之大。

未來展望

DIS將無形的觀測物化為有形的觀測，以更科學、更嚴謹的方式突破了教學難點。實驗中引入DIS，還進一步幫助學生感受科技不斷發展帶來的便利。他們通過比較傳統實驗和新技術實驗，感受到傳統實驗的復雜、煩瑣以及不穩定因素，同時也體驗了新技術帶來的便捷、準確和安全。在切身體驗中，學生發現新技術相對于傳統技術的優勢，以及給我們生活帶來的便利。

當然，運用DIS的實驗方式也要和傳統實驗優勢互補，辯證看待。DIS將實驗結果數據化，學生在數據處理的過程中，學習計算、作圖以及利用數學知識解決問題，有利于培養他們細致、認真、耐心等觀察習慣，提升實驗技能。但DIS并不能完全替代傳統實驗，科學教師必須從實驗內容、教學目標和發展學生思維的角度出發，注重傳統實驗和新技術的結合，優化數據采集、整理和分析，加深學生對科學的認知，更好地實現育人價值。

上海市楊浦區楊浦小學（200090）