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科學與技術學科是一門承擔著科學啟蒙作用的基礎型課程，實驗是學生認識和探索規律、經歷科學探究過程與習得科學探究能力的重要方式。各種信息技術，尤其是數字信息系統(DigitalInformationSystem，以下簡稱DIS)以其操作簡易、記錄實時、顯現直觀、穩定精確等優勢，為開展和優化實驗教學提供了條件。筆者從單元教學的視角對如何利用DIS融入并支撐探究實驗以及優化科學學科實驗內容的整體設計策略進行了探究，嘗試并應用了“優化實驗教學單元主線”“形成實驗教學組合單元”“創建實驗教學系列專題”三項策略。

一、利用DIS優化實驗教學單元主線

（一）教材單元視角下厘清實驗教學難點與教學主線的需要。科學學科以生活中的現象和事物為研究對象，小學科學學科的實驗教學內容多以定性實驗為主，旨在幫助學生初步建立科學概念與定性關系。然而，部分定性實驗存在實驗現象不明顯或數據不穩定、不準確，實驗過程不安全，實驗操作耗時長等問題，這是實驗教學的難點。實驗教學難點如果得不到突破，學生將在證據的搜集與處理、結論的得出等方面受阻。從單元教學的角度來看，也容易造成實驗教學單元主線不清晰、課時容量分配不均勻等問題。例如，滬科教版教材科學與技術第六冊“磁極與指向”單元與第八冊“電與磁”單元，對于磁性強弱的比較，傳統實驗是通過觀察磁體吸引多少數量的回形針或在多長距離仍可吸引回形針的方法來比較磁性的強弱。教學中會因學生所采取的各種吸引回形針的方式及一些不嚴謹的操作，造成實驗結果存在差異甚至爭議，這就是實驗教學的難點。在滬科教版教材科學與技術第六冊“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，分別包括磁鐵不同部位的磁性強弱、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、了解指南針的應用等內容。其中“磁鐵的兩極”一課的活動內容較多，學生探究的時間不足，而小磁針的磁化與指南針的制作在內容上有交叉。第八冊“電與磁”單元有“電磁鐵”“電磁鐵的應用”兩課時，包括自制簡易電磁鐵、探究影響電磁鐵磁性強弱的因素、探究電磁鐵和普通磁鐵有什么不同、了解電磁鐵的應用等內容。其中“電磁鐵”一課的教學容量較大，學生對于影響電磁鐵磁性強弱的因素的探究時間不足。在這兩個單元中，單元教學主線不夠清晰、課時容量偏大、定性實驗結果誤差大，為單元教學的實施造成很多困難，教師需要思考如何突破實驗教學難點并優化實驗教學單元主線。上海市選用的科學與技術教材在課程設置上與其他地區有一定差異，筆者認為都宜從單元視角厘清實驗教學難點與教學主線。（二）利用DIS支撐探究實驗，優化部分。實驗教學單元主線應用DIS的核心部件“傳感器”可對物質科學、生命世界相關測量與探究實驗進行實時、精確測量——數據結果受外界環境因素的干擾較少，一定程度上避免了系統誤差或偶然誤差造成的數據偏差。在變定性實驗為定量實驗的過程中，教師應用DIS直觀演示實驗過程、精確顯示數據并對比結果，可以有效突破實驗教學難點，優化實驗教學單元主線。例如，“磁極與指向”單元與“電與磁”單元中對于磁性強弱的比較，教師可利用DIS磁感應強度傳感器及數據顯示模塊來測量，將定性實驗變成定量實驗，實現磁性的強弱以及磁極指向(磁場方向)的精確顯示與對比，引導學生觀察數據模塊上顯示的數值并進行對比分析，給予學生更多進行實驗設計、數據分析與推斷、概念或規律理解的時間。同時，教師也能調整教學思路，優化實驗教學單元主線。對“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弱”“磁鐵的指向性與相互作用”兩課時。第一課時，用DIS探究磁鐵不同部位磁性的強弱，發現條形磁鐵的兩端磁性最強。第二課時，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”的相關內容進行整合，引導學生在了解指南針應用的基礎上，將小磁針進行磁化自制簡易指南針，在用DIS校驗指向性的基礎上使用簡易指南針辨別方向。對于“電與磁”單元，教師可將原2課時改為3課時。第一課時，自制簡易電磁鐵并用DIS發現電磁鐵具有可控制磁性有無、改變磁極方向的特點。第二課時，在用DIS發現電磁鐵磁性強弱不同的現象的基礎上，探究影響電磁鐵磁性強弱的因素。第三課時，聚焦電磁鐵的應用。

二、運用DIS形成實驗教學組合單元

（一）重組單元，建立實驗教學內容的關聯。自2018年上海市教育委員會教學研究室頒布各學科單元教學設計指南以來，以單元的視角進行教學的規劃與設計，學校教研組開展深度備課與實踐，總結了主要教研做法。學校教研組依據規劃思想，對教材中的單元進行了重組。對于主要以實驗為手段進行探究并建構概念的部分教學內容，教師分析了實驗教學內容并建立關聯重整單元，實現單元教學的有序規劃。如滬科教版科學與技術教材第六冊“常見的力”單元原有4課時，即“彈力與形變”“重力與承重”“腳手架的學問”“生活中的摩擦力”，包括認識彈力，探究彈力與形變的關系，測量力的大小；認識重力，探究重力、接觸面積與承重的關系，了解生活中的承重現象；搭接形狀，搭支架，尋找三角形結構；認識摩擦力，探究摩擦力與接觸面光滑程度的關系，改變摩擦力的大小，了解生活中的摩擦力等內容。這些教學內容涉及按力的性質分類的三種力、壓強、三角形穩定結構三方面科學知識。第八冊“重心與穩定性”單元原有3課時（“找重心”“物體的穩定性”“不倒翁”），涉及重心、穩度等方面的科學知識，包含找直尺的重心，找鐵絲的重心，找長方形紙板的重心；推手游戲，探究影響物體穩定性的因素，提高物體穩定性的應用；探究不倒翁為什么不倒，制作一個不倒翁，制作不倒的玩具等內容?？梢姡俺Ｒ姷牧Α眴卧w的壓強與壓力大小、接觸面面積大小的關系，以及三角形結構的內容有些突兀，教師可從建立實驗教學內容的關聯入手，對“常見的力”單元和“重心與穩定性”單元進行重組。（二）運用DIS進行深入探究，形成實驗教學組合單元。DIS中的各類傳感器可用于測量各種狀態量、過程量的測量。DIS的有效運用，可以拓展實驗探究的深度，使課堂教學的重心更為聚焦在科學概念的建構上，為實驗教學單元銜接與重組奠定基礎。以“常見的力”單元和“重心與穩定性”單元為例，鑒于“常見的力”單元中包含壓強和三角形結構的內容有些突兀，而三角形結構的內容又與“重心與穩定性”單元有一定的關聯，筆者參考《上海市小學科學與技術學科三年級教學基本要求（征求意見稿）》，將“常見的力”單元中“重力與承重”一課中有關“承重”的內容刪除，為“常見的力”單元聚焦力而非壓強，邁出第一步。在此基礎上，筆者借助DIS深入開展實驗探究活動，對兩個單元進行重組，將第六冊“常見的力”單元中“腳手架的學問”一課挪至第八冊“重心與穩定性”單元。這樣調整的目的是使“常見的力”單元高度聚焦重力、彈力、摩擦力三種力，重點進行DIS傳感器研究，便于學生深入探究彈力的大小隨物體形變程度的變化，觀察連續的、動態的對應變化過程，以及深入探究滑動摩擦力的大小與接觸面粗糙程度的關系（探究影響滑動摩擦力大小的影響因素實驗裝置如圖1）。調整后的“重心與穩定性”單元則聚焦物體的穩度，從“重心低、穩度大”，“含有三角形結構的支架穩固程度相對較高”，“支撐面大、質量大，穩度大”三個方面關聯教學內容，更好地對應《九年義務教育上海市小學科學與技術學科教學基本要求（試驗本）》中有關“物體的承重能力”的相關學習要求[1]。

三、依托DIS創建實驗教學系列專題

（一）以模塊主題視角整體布局實驗教學。上海市小學科學與技術課程涵蓋“生命世界”“物質科學”“地球與宇宙”3個模塊，“多樣的生物”“材料與物質”“地球概貌”等11個一級主題。從課程視角來看，筆者認為對于模塊主題的布局與教材實際教學內容的分布，教師還要深入理解與準確把握，對課程的認識需要經歷研讀文本、明確學習要求以及了解整冊教材教學內容的總體設計的過程。以模塊主題視角結構化規劃并創建專題學習內容，是加強整冊教材教學內容布局與內在聯系的有效方法。在實驗教學方面，筆者的做法是：首先，在研讀上海市的有關學科教學基本要求的文件，了解每個主題的學習背景與內容概要的基礎上，依據文本中所設置的部分重要學習內容，確定合適的實驗教學單元主題；其次，針對實驗教學主題，梳理并選取相應模塊、一級主題下設的部分學習內容，定為主要的實驗教學內容；最后，基于教材自然單元編排，將教學內容進行重組，形成實驗教學系列專題。以“材料與物質”主題為例，首先，教師了解學習背景，即“所有物體都是由物質組成的，材料是人類用于制造物品、機器或其他產品的物質”。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”主題下的教學內容涉及“材料的性質”“材料的回收和再利用”“物質狀態的變化”“新物質的產生”4個方面。在“材料與物質”教學中，“不同材料、物質的性質是不同的”是科學學科的重要學習內容，筆者將“不同材料的性能不同”作為實驗教學的主題。接著，梳理《學科教學基本要求》所對應的學習內容與要求，在“能與能的轉化”主題中發現“熱傳導”“熱脹冷縮”“導體”是與之相關聯的學習內容與要求，將其納入實驗教學內容，確定主要的實驗教學內容為“不同材料的導熱性能、導電性能、熱脹冷縮程度不同”。最后，對應教材自然單元編排的情況，將滬科教版科學與技術教材三年級“簡單電路”單元的“導體與絕緣體”“熱傳遞與熱脹冷縮”單元的“熱傳導”與“鐵軌會變長嗎”等課程中的實驗內容進行組合，形成“不同材料的性能不同”主題下的具體實驗教學內容。（二）依托DIS進行整體探究，創建實驗教學系列專題。筆者分析“材料與物質”主題，對應重要學習內容“不同材料、物質的性質是不同的”，構建“不同材料的性能不同”實驗教學主題的過程（見表1），分析涵蓋3個模塊共11個一級主題的實驗教學內容，依托DIS或其他技術裝備進行實驗內容的結構化規劃與設計，創建了模塊主題之下關聯的實驗教學系列專題，從而從整體上優化科學學科部分實驗教學內容的設計。筆者對應上述“不同材料的性能不同”主題，依托DIS串起4個探究性實驗，對不同材料的導電、導熱性能，熱脹冷縮現象及熱脹冷縮程度的不同進行整體探究。首先，針對研究對象的特點，考慮不同材料性能的現象顯現對比較為困難，選定DIS進行實驗探究，基于實驗教學內容以及能達到控制變量條件選擇合適的實驗材料，設計對應的實驗名稱。各實驗教學時間均為1課時。接著，依托DIS進行實驗內容的結構化設計，對所使用的DIS實驗器材、所顯示的實驗現象、實驗現象的背景原理、學生研究的主要問題進行系統思考與設計，明確實驗教學的過程與方法，以完善實驗教學系列專題的全面規劃。

總之，在單元教學的研究與實踐中，DIS的應用范疇得到了拓展，不再局限于服務單一課時的實驗教學，而是服務于單元教學內容乃至課程教學內容的實驗整體設計，對“突破實驗教學難點，厘清實驗教學單元主線”“建立教學內容關聯，形成實驗教學重組單元”“完善結構化的規劃，創建實驗教學系列專題”有積極作用。筆者僅呈現了部分在單元教學的視角下得以優化與整體設計的實驗示例，相信在多樣化的信息技術逐步融入并支撐學科教學的過程中，一定會有更多實驗教學單元整體設計的好做法，使學生的科學探究經歷更豐富，科學素養內化手段更多元。

參考文獻

[1]上海市教育委員會教學研究室.九年義務教育上海市小學科學與技術學科教學基本要求(試驗本)[M].上海：上?？茖W技術出版社,2018.

作者:劉憶婷: