DIS技术助力小学自然课堂教学——以 “小磁针的奥秘”为例

◎张晓文

实验活动是小学自然课堂中不可或缺的一部分，教师会通过各种形式的活动帮助学生了解知识、掌握各项实验技能。在小学自然学科中，有部分实验受限于实验本身的特点和学生自身的能力，使学生的探究活动无法全面、科学地开展，例如，“小磁针的奥秘”一课中的自制小磁针就由于受到其本身磁性强弱的限制，导致学生无法正常使用传统的实验方法，因此，这部分的内容也就被忽略了，课堂中也只能去探究其他的一些特性。《义务教育小学科学课程标准》中指出“现代教学媒体及技术不仅可以为科学知识的学习服务，也可以为科学探究的学习服务，如利用数字化信息系统（Digital Information System，以下简称DIS）进行科学探究，通过互联网收集数据。”DIS数字化实验系统的出现，让原本无法实现的事情变成了可能。学生可以利用磁感应强度传感器，精确地测量自制小磁针的磁性强弱大小，因此课堂的内容得到丰富，更重要的是学生在DIS数字化实验系统的帮助下对于小磁针的特性有了更加科学、全面的认识，这也符合自然学科的理念。

一、教学设计和过程

“小磁针的奥秘”一课的学习内容源自沪科教版《自然》三年级第二学期第五单元“磁极与指向”单元第二课时。磁化现象在生活中偶有发生，探究相关现象会引起学生浓厚的兴趣。然而，对于磁化现象、自制小磁针的性质及去磁的方法，学生并不知晓。基于《上海市小学自然课程标准（试行稿）》，在解读教材和分析学情的基础上，本节课的实验教学目标定为以下三点：①通过磁化自制小磁针的活动，知道磁化现象，提高动手能力；②通过“探究小磁针的性质”活动，知道自制小磁针有与条形磁铁相同的性质，提高设计实验和动手操作能力；③通过“如何让小磁针的磁性消失”活动，知道去磁的方法，体会科学与生活的紧密联系。其中，教学重点为探究自制小磁针的性质，教学难点为设计实验、分析归纳得到小磁针的性质。

本节课的教学基本思路是：首先，从特制小磁针与回形针之间互相吸引的现象入手，引起学生兴趣，并自制小磁针；接着，鼓励学生猜测自制小磁针可能具有的性质，并设计实验进行验证；随后，通过收集证据、数据分析，归纳得出小磁针的性质；然后，通过实验操作、数据分析，发现消磁的方法；最后，观看视频与讨论交流，应用所学并体会科学与生活的密切关系。

（一）教学片段一

在自制小磁针之后，学生要对其进行探究。教师引导学生进行推测和验证自己的想法则是接下来活动的重点。

师:你们猜猜小磁针会有哪些奥秘呢？

生1：小磁针的磁性为两端强、中间弱。

生2：有南、北两极。

师：怎样来验证第一个猜想？

生1：可以用小磁针吸回形针。

生2：可以用磁性测量仪进行测量。

师：哪一种方法更好、更准确？

生：磁性测量仪。

在对自制小磁针特性的推测过程中，笔者发现有学生已经将其和先前所学到的条形磁铁的性质联系起来，并且想利用磁性测量仪进行测量。这是基于在先前的体验中，不少学生发现吸取回形针的方法效果不够明显，不能满足实验的要求。

师：让我们仔细观察8组数据，你们有什么发现？

生1：我们发现中间的数据最小，两端的数据最大。

师：再来看看条形图，是不是这样？

生1：条形图是两端最高，说明磁性最强，中间低，说明磁性弱。

生2：自制小磁针的磁性是两端强、中间弱。师：两端强、中间弱，你们想到了什么？生：条形磁铁。

师：原来自制小磁针和条形磁铁一样具有磁性两端强、中间弱的特性。

在这一环节中，学生首先设计实验并收集数据；紧接着，在观察和分析各组的数据之后得出初步结论；最后再通过观察条形图，进一步验证自己的推测，从而发现自制小磁针的特性。在小磁针去磁活动中，同样通过前后两组数据和雷达图的比较，让学生的实验更具有说服力，也验证了他们的猜想。

（二）教学片段二

在发现自制小磁针和条形磁铁磁性强弱大小特性一样之后，笔者进一步引导学生思考 “小磁针还有什么特性？”，并做进一步猜测。

师：还有一个推测自制小磁针具有南、北极，我们该如何来证明？

生1：我们可以用悬挂法。

生2：可以用水浮法。

……

师：你们找到小磁针的南、北极了吗？谁来说说？

生1：我们发现自制小磁针静止后，和下方的指南针指向相同。

师：这说明了什么？

生2：通过实验说明自制小磁针与条形磁铁一样具有指南北的特性。

师：真棒！原来小磁针也具有指南北的特性。现在，我们再来看看小磁针的特性：磁性两端强、中间弱；具有指向性。你们有什么新的想法？

生：自制小磁针具有与条形磁铁相同的特性。

在推测、设计、验证的过程中，学生们逐步发现了自制小磁针的特性，并最终自主归纳出了结论。通过现代与传统技术的结合，学生们真正地发现了小磁针的奥秘。

二、教学评价及效果

本节课借助多种资源为学生的自主实验与探究提供了充足的时间与空间，并对部分学生实验进行了如下改进。

（一）借助DIS数字化实验系统，探究自制小磁针的性质

在过往的教学中，用磁化方法自制的小磁

图1 实验数据

在小磁针去磁活动中，同样利用磁性测量仪进行测量。基于磁性测量仪灵敏度高、操作便利等特点，学生能第一时间得到振荡之后小磁针磁性强弱变化的数据，将数据与之前磁化时记录的本组实验数据进行比较，借助DIS自动绘制成的雷达图（见图3），可以快速发现两次实验自制小磁针磁性强弱的变化，从而验证用振荡的方法可以去磁。

本节课借助DIS数字化实验系统，为学生自主探究自制小磁针的性质提供了条件。借助磁性测量仪、无线数据采集软件和数据显示及交互软件，将自制小磁针磁性强弱的变化“可视化”，结合实验数据、条形图和雷达图三种针磁性弱，无法采用探究条形磁铁磁性强弱时悬挂回形针并比较数量的方法去探究自制小磁针各部位的磁性强弱，对自制小磁针性质仅仅是对它的指南北特性的探索。而在本节课中，学生借助DIS数字化实验系统中磁感应强度传感器（在上一课时学习条形磁铁的性质时，学生将磁感应强度传感器简称为“磁性测量仪”）可以比较自制小磁针上不同点磁性的强弱，并利用实验数据（见图1）、条形图（见图2）等直观形象的方式得到不同点磁性的强弱，更加精确、全面地认识了自制小磁针的性质。数据呈现方式，为探究问题的解决提供了更为多样的手段和更为充分的证据，使整堂课的教学内容得到充实。此外，分享实验数据时，WiFi环境和数据交互软件使所有小组数据都清晰地展现在大屏上，学生可以从所有小组的数据中横向比较，有助于规律的发现和归纳。通过上述活动，学生对于小磁针性质的探究更加全面，分析数据和图形等方面的能力也得到了加强。

图2 条形图

（二）优化传统实验器材，进一步提升学生实验的效率

图3 雷达图

在使用悬挂法测量自制小磁针是否具有指南北的性质时，通过在绳子末端粘上一块超轻彩泥，学生在实验过程中只需要将小磁针插入其中静候等待即可，避免了悬挂时在小磁针上打结的麻烦，既节约了实验时间，实验效果也更为显著。

三、教学反思

（一）用“实”DIS技术，助力课堂教学

对于“磁学”的内容，学生在低年级中就已经有所接触，但是，对于低年级的学生来说，如果在课堂中加入DIS技术，就显得画蛇添足，将简单的问题复杂化。而在三年级“磁极与指向”单元中，在第一课时探究条形磁铁特性的基础上，进一步探究自制小磁针的特性，DIS数字化实验系统很好地发挥了它的优势。由于条形磁铁自身磁性较强，教师可以尝试用传统悬挂回形针的方法去探究去磁性大小特点，并辅以DIS数字化实验系统验证。然而，在对自制小磁针的探索中，DIS数字化实验系统则成了课堂的主角。由于自制小磁针磁性弱的特点，传统的实验方法无法运用，而DIS技术的出现很好地突破了这一难点，真正起到了助力课堂教学的作用。后续，在四年级的学习中，学生可以更深层次地探究“磁学”中电磁铁的内容，将获取的知识与技能进一步运用，提升自身的科学素养和能力。

本节课中，DIS数字化实验系统的运用使原本单薄的内容变得丰富，并且在未来的学习中，可以向更深层次探究，而这些都是建立在教师对于所学内容有一个系统的认识之上的。因此，在以后的教学中，教师不光要从单元角度出发，更要从教材整体出发，帮助学生建立系统的科学知识和概念。

（二）规范实验操作，发挥多元评价

随着DIS数字化实验系统在小学自然课程中的运用，课堂正在经历一系列的变革。然而，对于一门尤为需要严谨、科学的课程而言，如何规范这些全新设备的使用，需要教师在日常教学中逐步指导学生掌握这项技能。在课堂中，教师不用急着去利用各种图形、图线去说明规律，可以从最简单的数据入手；从作为课堂的一种验证手段开始，慢慢转向更加复杂的图形分析。另外，在课堂转型的同时，对于学生的评价也应当及时调整，做到多元评价。不能仅仅停留在过往的实验操作上，对于新型课堂中越来越多出现的数据采集、分析能力、归纳概括等能力进行评价，从而全方位地体现学生的课堂表现。