DIS技術助力小學自然課堂教學
——以 “小磁針的奧秘”為例

◎張曉文

實驗活動是小學自然課堂中不可或缺的一部分，教師會通過各種形式的活動幫助學生了解知識、掌握各項實驗技能。在小學自然學科中，有部分實驗受限于實驗本身的特點和學生自身的能力，使學生的探究活動無法全面、科學地開展，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弱的限制，導致學生無法正常使用傳統的實驗方法，因此，這部分的內容也就被忽略了，課堂中也只能去探究其他的一些特性。《義務教育小學科學課程標準》中指出“現代教學媒體及技術不僅可以為科學知識的學習服務，也可以為科學探究的學習服務，如利用數字化信息系統（Digital Information System，以下簡稱DIS）進行科學探究，通過互聯網收集數據。”DIS數字化實驗系統的出現，讓原本無法實現的事情變成了可能。學生可以利用磁感應強度傳感器，精確地測量自制小磁針的磁性強弱大小，因此課堂的內容得到豐富，更重要的是學生在DIS數字化實驗系統的幫助下對于小磁針的特性有了更加科學、全面的認識，這也符合自然學科的理念。

一、教學設計和過程

“小磁針的奧秘”一課的學習內容源自滬科教版《自然》三年級第二學期第五單元“磁極與指向”單元第二課時。磁化現象在生活中偶有發生，探究相關現象會引起學生濃厚的興趣。然而，對于磁化現象、自制小磁針的性質及去磁的方法，學生并不知曉。基于《上海市小學自然課程標準（試行稿）》，在解讀教材和分析學情的基礎上，本節課的實驗教學目標定為以下三點：①通過磁化自制小磁針的活動，知道磁化現象，提高動手能力；②通過“探究小磁針的性質”活動，知道自制小磁針有與條形磁鐵相同的性質，提高設計實驗和動手操作能力；③通過“如何讓小磁針的磁性消失”活動，知道去磁的方法，體會科學與生活的緊密聯系。其中，教學重點為探究自制小磁針的性質，教學難點為設計實驗、分析歸納得到小磁針的性質。

本節課的教學基本思路是：首先，從特制小磁針與回形針之間互相吸引的現象入手，引起學生興趣，并自制小磁針；接著，鼓勵學生猜測自制小磁針可能具有的性質，并設計實驗進行驗證；隨后，通過收集證據、數據分析，歸納得出小磁針的性質；然后，通過實驗操作、數據分析，發現消磁的方法；最后，觀看視頻與討論交流，應用所學并體會科學與生活的密切關系。

（一）教學片段一

在自制小磁針之后，學生要對其進行探究。教師引導學生進行推測和驗證自己的想法則是接下來活動的重點。

師:你們猜猜小磁針會有哪些奧秘呢？

生1：小磁針的磁性為兩端強、中間弱。

生2：有南、北兩極。

師：怎樣來驗證第一個猜想？

生1：可以用小磁針吸回形針。

生2：可以用磁性測量儀進行測量。

師：哪一種方法更好、更準確？

生：磁性測量儀。

在對自制小磁針特性的推測過程中，筆者發現有學生已經將其和先前所學到的條形磁鐵的性質聯系起來，并且想利用磁性測量儀進行測量。這是基于在先前的體驗中，不少學生發現吸取回形針的方法效果不夠明顯，不能滿足實驗的要求。

師：讓我們仔細觀察8組數據，你們有什么發現？

生1：我們發現中間的數據最小，兩端的數據最大。

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，中間低，說明磁性弱。

生2：自制小磁針的磁性是兩端強、中間弱。師：兩端強、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、中間弱的特性。

在這一環節中，學生首先設計實驗并收集數據；緊接著，在觀察和分析各組的數據之后得出初步結論；最后再通過觀察條形圖，進一步驗證自己的推測，從而發現自制小磁針的特性。在小磁針去磁活動中，同樣通過前后兩組數據和雷達圖的比較，讓學生的實驗更具有說服力，也驗證了他們的猜想。

（二）教學片段二

在發現自制小磁針和條形磁鐵磁性強弱大小特性一樣之后，筆者進一步引導學生思考 “小磁針還有什么特性？”，并做進一步猜測。

師：還有一個推測自制小磁針具有南、北極，我們該如何來證明？

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：我們發現自制小磁針靜止后，和下方的指南針指向相同。

師：這說明了什么？

生2：通過實驗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。現在，我們再來看看小磁針的特性：磁性兩端強、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、設計、驗證的過程中，學生們逐步發現了自制小磁針的特性，并最終自主歸納出了結論。通過現代與傳統技術的結合，學生們真正地發現了小磁針的奧秘。

二、教學評價及效果

本節課借助多種資源為學生的自主實驗與探究提供了充足的時間與空間，并對部分學生實驗進行了如下改進。

（一）借助DIS數字化實驗系統，探究自制小磁針的性質

在過往的教學中，用磁化方法自制的小磁

圖1 實驗數據

在小磁針去磁活動中，同樣利用磁性測量儀進行測量。基于磁性測量儀靈敏度高、操作便利等特點，學生能第一時間得到振蕩之后小磁針磁性強弱變化的數據，將數據與之前磁化時記錄的本組實驗數據進行比較，借助DIS自動繪制成的雷達圖（見圖3），可以快速發現兩次實驗自制小磁針磁性強弱的變化，從而驗證用振蕩的方法可以去磁。

本節課借助DIS數字化實驗系統，為學生自主探究自制小磁針的性質提供了條件。借助磁性測量儀、無線數據采集軟件和數據顯示及交互軟件，將自制小磁針磁性強弱的變化“可視化”，結合實驗數據、條形圖和雷達圖三種針磁性弱，無法采用探究條形磁鐵磁性強弱時懸掛回形針并比較數量的方法去探究自制小磁針各部位的磁性強弱，對自制小磁針性質僅僅是對它的指南北特性的探索。而在本節課中，學生借助DIS數字化實驗系統中磁感應強度傳感器（在上一課時學習條形磁鐵的性質時，學生將磁感應強度傳感器簡稱為“磁性測量儀”）可以比較自制小磁針上不同點磁性的強弱，并利用實驗數據（見圖1）、條形圖（見圖2）等直觀形象的方式得到不同點磁性的強弱，更加精確、全面地認識了自制小磁針的性質。數據呈現方式，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，使整堂課的教學內容得到充實。此外，分享實驗數據時，WiFi環境和數據交互軟件使所有小組數據都清晰地展現在大屏上，學生可以從所有小組的數據中橫向比較，有助于規律的發現和歸納。通過上述活動，學生對于小磁針性質的探究更加全面，分析數據和圖形等方面的能力也得到了加強。

圖2 條形圖

（二）優化傳統實驗器材，進一步提升學生實驗的效率

圖3 雷達圖

在使用懸掛法測量自制小磁針是否具有指南北的性質時，通過在繩子末端粘上一塊超輕彩泥，學生在實驗過程中只需要將小磁針插入其中靜候等待即可，避免了懸掛時在小磁針上打結的麻煩，既節約了實驗時間，實驗效果也更為顯著。

三、教學反思

（一）用“實”DIS技術，助力課堂教學

對于“磁學”的內容，學生在低年級中就已經有所接觸，但是，對于低年級的學生來說，如果在課堂中加入DIS技術，就顯得畫蛇添足，將簡單的問題復雜化。而在三年級“磁極與指向”單元中，在第一課時探究條形磁鐵特性的基礎上，進一步探究自制小磁針的特性，DIS數字化實驗系統很好地發揮了它的優勢。由于條形磁鐵自身磁性較強，教師可以嘗試用傳統懸掛回形針的方法去探究去磁性大小特點，并輔以DIS數字化實驗系統驗證。然而，在對自制小磁針的探索中，DIS數字化實驗系統則成了課堂的主角。由于自制小磁針磁性弱的特點，傳統的實驗方法無法運用，而DIS技術的出現很好地突破了這一難點，真正起到了助力課堂教學的作用。后續，在四年級的學習中，學生可以更深層次地探究“磁學”中電磁鐵的內容，將獲取的知識與技能進一步運用，提升自身的科學素養和能力。

本節課中，DIS數字化實驗系統的運用使原本單薄的內容變得豐富，并且在未來的學習中，可以向更深層次探究，而這些都是建立在教師對于所學內容有一個系統的認識之上的。因此，在以后的教學中，教師不光要從單元角度出發，更要從教材整體出發，幫助學生建立系統的科學知識和概念。

（二）規范實驗操作，發揮多元評價

隨著DIS數字化實驗系統在小學自然課程中的運用，課堂正在經歷一系列的變革。然而，對于一門尤為需要嚴謹、科學的課程而言，如何規范這些全新設備的使用，需要教師在日常教學中逐步指導學生掌握這項技能。在課堂中，教師不用急著去利用各種圖形、圖線去說明規律，可以從最簡單的數據入手；從作為課堂的一種驗證手段開始，慢慢轉向更加復雜的圖形分析。另外，在課堂轉型的同時，對于學生的評價也應當及時調整，做到多元評價。不能僅僅停留在過往的實驗操作上，對于新型課堂中越來越多出現的數據采集、分析能力、歸納概括等能力進行評價，從而全方位地體現學生的課堂表現。