运用DIS突破《酒精灯》教学难点

夏添

DIS数字化实验系统（下文简称DIS）主要由传感器、数据采集器和计算机组成，可以通过各类传感器探测科学探究的实验数据，并将信息传输到计算机，再通过计算机软件对实验过程和结果进行记录、图像绘制、数据处理与分析，具有实验现象明显、操作方便等优势。

在教学中运用DIS，能提升实验效果，解决教学过程中的教学难点，弥补传统实验的不足，进一步帮助学生探索科学世界，让学生感受技术发展给人们带来的方便。笔者在四年级《酒精灯》一课中尝试运用DIS，取得较好的教学效果。

案例呈现

《酒精灯》是上海市小学《科学与技术》第七册《加热与保温》的教学内容，属于课程标准中“能与能源”模块。本节课要求学生在了解火焰分成焰心、内焰和外焰的基础上，通过实验探究，比较酒精灯三层火焰的温度不同。

本节课的教学难点是通过实验探究了解酒精灯三层火焰中外焰温度最高。学生由于初次接触酒精灯，且生活经验有限，在猜测“酒精灯三层火焰的温度哪层最高”时各种意见都有，无法确定。

1.传统实验

教材提供了两种传统实验方法：

第一种是水沸腾法，即分别用酒精灯的三层火焰加热试管中等量的水，通过比较水沸腾时所用的时间，判断火焰温度的高低。该实验时间差别不大，现象不明显，且加热时火焰不稳定，灯芯长度也不同，很难真正做到分别用三层火焰加热。若用同一个酒精灯加热又会变得更费时，火焰稳定性同样无法保证。

第二种是木片加热法。将木片平行放入三层火焰中间加热，通过观察木片的加热程度来判断火焰温度的高低。通过该实验可以知道火焰焰心的温度最低，但无法解释黑圈仅是外焰造成的，无法达成教学目标，教学难点也难以突破。

2.引入DIS

笔者选择使用温度传感器，将其分别置于火焰的三层，检测到的温度则通过数字的方式呈现，再将这一变化以图表的形式显示出来。

教学片段如下：

师：用普通温度计不能直接测量火焰温度。我们可以使用温度传感器，它的测量范围要比普通温度计广得多，而且不是水银材质，更安全。

（向学生展示温度传感器的使用方法，如图1。学生观察并交流实验步骤。）

师：你知道怎样使用吗？

生：应该是把它放在火焰中就能测了。

生：可是怎么看温度呢？

（学生开始你一言我一语地交流起来。）

师：我们可以将温度传感器的前端分别放在酒精灯火焰的焰心、内焰和外焰，就可以分别测量它们的温度了，数值会显示在平板电脑上。

生：这太方便了。

（学生已经迫不及待地想要尝试。）

之后，学生分别利用传感器检测三层火焰的温度变化并做记录，通过数据分析和图像比较（如图2），认识到酒精灯三层火焰温度最高的是外焰。

利用DIS设备进行检测的过程中，由于是手持式的，可以跟随火焰位置进行调整，有效避免了因火焰不稳定造成的实验误差，操作便捷且数据准确、图像直观，清晰、明了、简洁地解决了这节课的教学难点。

教学反思

对比传统实验，DIS具有以下优势。

1.数据精确采集，现象直观呈现

由于火焰温度太高，无法用普通温度计测得数值，两种传统实验方法误差大、效果不明显。DIS有效避免了传统实验的不足，将这种模棱两可的现象变成了实实在在的数据，且将数据整理成图像，将传统实验中的抽象内容具象化，及时、准确地将温度数据采集起来，提高了实验的准确性、科学性。

2.提升实验效率，保障实验安全

以水沸腾法为例，等待水烧开的过程需要一定的时间，大概在两分钟左右，如果一个操作者做3次，对35分钟的课堂来说效率会大打折扣（还不算由于操作不规范需要重新做的情况）。运用DIS操作简单且方便，只需10秒左右就可以轻松获得数据结果，大大提高了实验效率。如果上课时间充裕，教师甚至可以让更多的学生多次尝试，这对提高学生合作、实验、操作能力以及对知识点的理解都有不可忽视的作用。

從安全性上看，木片加热法通过观察加热过的木片判断酒精灯火焰温度，有一定的危险性，只能以教师演示为主。运用DIS，则安全得多。

3.体验技术发展，激发学习兴趣

在《科学与技术》课程中，很多实验都会受到时间、空间、材料等限制，比如水沸腾法实验，需要试管、铁架台、试管架等材料，需要学生在专用教室才能完成。运用DIS，可以在任何时间、任何地点进行实验操作，不仅教师操作演示方便，数据分享也很方便。若是学生操作，教师还可以远程查看数据，学生也可以通过图表比较自己和其他组的实验结果，达到了事半功倍的教学效果。

运用DIS完成合适的实验，会极大激发学生学习科学的兴趣，增强他们学习的主动性。在本课中，学生几乎是争先恐后地想要尝试，可见DIS对学生的吸引力之大。

未来展望

DIS将无形的观测物化为有形的观测，以更科学、更严谨的方式突破了教学难点。实验中引入DIS，还进一步帮助学生感受科技不断发展带来的便利。他们通过比较传统实验和新技术实验，感受到传统实验的复杂、烦琐以及不稳定因素，同时也体验了新技术带来的便捷、准确和安全。在切身体验中，学生发现新技术相对于传统技术的优势，以及给我们生活带来的便利。

当然，运用DIS的实验方式也要和传统实验优势互补，辩证看待。DIS将实验结果数据化，学生在数据处理的过程中，学习计算、作图以及利用数学知识解决问题，有利于培养他们细致、认真、耐心等观察习惯，提升实验技能。但DIS并不能完全替代传统实验，科学教师必须从实验内容、教学目标和发展学生思维的角度出发，注重传统实验和新技术的结合，优化数据采集、整理和分析，加深学生对科学的认知，更好地实现育人价值。

上海市杨浦区杨浦小学（200090）