编者按

上两期，我们从央视关于萧山区崇文世纪城实验学校的师生们使用DIS传感器开展水样探究的报道出发，给大家做了“什么是数字化实验”，“什么是传感器”、“央视报道中出现了哪三种DIS传感器”、“科学实验和探究常用的传感器有哪些”等专题介绍。本期我们将从上海的用户视角——教装管理部门的研究报告出发，来回答上期留下的那个问题：使用DIS传感器的数字化实验与传统实验的相同与不同。借助上海教装管理部门的权威判断，大家一定能够理解和领会央视关注并报道萧山区崇文世纪城实验学校数字化实验背后的深远用意——科学和科技教育，是必须借助相关技术工具的教育。使用DIS传感器的数字化实验，对学生科学思维的建立和探究能力的培养效果，是传统实验探究方式完全不可比拟的！改进和推广新型科学实验和探究工具，功在当代，利在千秋！

下文为“上海教育技术装备”公众号文章原文转发：

在教育数字化背景下，信息技术已深度融入学科教学体系，科学教育领域尤为突出。现代教育技术的常态化应用，不仅显著提升了课堂教学效率，更深刻重塑了教师的教学理念与教学模式，为科学教育开辟了新的发展空间。然而需要特别强调的是，对于小学生科学素养的培养而言，亲身参与探究过程、获得直接经验始终是不可替代的学习核心。这就要求学科教师必须智慧地把握技术应用的度，以“润物细无声”的方式实现技术对教学的支持功能—既要充分发挥信息技术在辅助教学、保障学习、提升效果方面的优势，又要避免技术应用喧宾夺主。教师应当立足课程本质需求，通过创造性使用教材、深度研究教学方法，使信息技术真正成为活化教材、优化教学的有效工具，最终实现构建有思维深度、有探究实效的科学课堂这一根本目标。

一、数字化仪器设备对小学科学学科的重要性

数字化实验系统(以下简称DIS)包含一系列数字化仪器设备，其引入，首先极大地丰富了小学科学实验教学的内容与形式，使抽象的科学概念变得直观可感，有效激发了该年龄段学生的学习兴趣与探究欲望。其次，通过使用DIS，师生能够更加安全、便捷地进行实验操作，降低了实验风险，同时提高了实验的精确度和数据收集的效率。最后，还促进了小学科学实验教学评价方式的多元化，教师可以通过数据分析软件实时跟踪学生的学习进展，及时给予个性化指导，促进了学生科学素养的全面发展(表1)。

表1 小学科学实验教学涉及的数字化实验及仪器设备

在2021年、2022年、2024年上海市中小学实验教学说课活动中，共有53节小学科学课参赛，根据梳理汇总，使用DIS或其他数字化仪器设备(含自制)的说课作品共35节，约占总量的66%。其中，2021年使用DIS或其他数字化仪器设备(含自制)的比例为60%，而到2024年，这一比例上升至95%。由此可以看出，随着《关于加强和改进中小学实验教学的意见》《上海市教育委员会关于做好2024年上海市教育数字化转型工作的通知》等文件的落实，越来越多的教师开始思考如何将数字化仪器设备融入课堂。

二、数字化仪器设备赋能小学科学实验教学的优势

(一)突破传统教学方式，提高教学时效性

以2024年说课《水和沙的温度变化》为例，《义务教育科学课程标准(2022年版)》学业要求中明确提出，三至四年级学生要能够使用简单的仪器测量物体的长度、体积、温度、质量等；对常见物体的特征和常见材料的性能表现出探究兴趣；认识到观察和测量的重要性，观察和测量的结果需要如实记录；能按要求进行合作探究学习；意识到各种材料对人们生活的意义。在教学内容中，授课教师需要学生将前一课时《水的温度变化》所记录的数据、绘制的折线图与本课中观察记录得出的沙子的温度进行比较分析。但学生难以保存之前学习内容的实验数据，这对于本课的教学造成了较大的难度。此外，“沙子温度从加热到冷却”的观察活动需要20分钟的时间，再加上学生需在活动部分完成沙子温度的折线图记录，还需要分析讨论其与水温变化的异同，很难在35分钟的时间内完成。

基于上述原因，结合DIS，可做出如下优化。将原先装水的100mL烧杯和装沙的坩埚统一换成长柄金属勺，由于金属材质传热速度＞坩埚(陶瓷)＞100mL烧杯(玻璃)，水温加热到100℃的时间大大减少，从而能使整堂课用于等待、持续观察的时间大幅减少。同时金属勺都配有长柄，便于学生握持和操作，可避免因为高温造成的安全隐患。因此，教师将测量水和沙的水银温度计统一更换成DIS高温传感器。以往可能会出现测量数据误差过大，导致最后得到的结果与科学概念和规律不尽相符，最终无法实现教学目标。而运用DIS高温传感器后，实验数据精确采集，也降低了学生操作难度，有效减少了实验误差，提高了实验的精确度(图1)。

图1 测量水温和沙温实验装置

通过实验，学生可初步认识到：温度与物质之间关系的认识为比热容差异(物理)。吸热时，沙子升温快，水升温慢(如中午沙滩滚烫而海水凉爽)；散热时，沙子降温快，水降温慢(如夜晚沙滩变凉而海水温热)。热传递规律(物理)显示，在升温幅度相同时，水需吸收更多热量；吸收相同热量时，沙子温度变化更显著。以海陆热力性质(地理)沙子代表陆地(比热容小)，水代表海洋(比热容大)，实验结论可解释沿海地区昼夜温差小于内陆的原因等。

(二)将抽象问题具象化，突破教学重难点

借助实时数据收集与动态可视化技术，把抽象的科学原理转变为可感知的具体学习情境。例如物理中的“加速度”概念，传统教学多靠公式推导(抽象)，而DIS力传感器搭配运动轨道，可实时生成a-t图像(具象)，学生能直接看到加速度和力的联系。又如化学里的“中和反应”，DISpH传感器可持续记录溶液酸碱度变化曲线，同时投影颜色渐变动画，将微观离子反应(抽象)转化为视觉信号(具象)。生物中的光合作用速率实验，学生往往误以为光照越强速率就越快，应用“光照-氧气”DIS传感器组可实时输出数据，清楚展现“温度阈值”的限制(抽象规律)，打破经验主义的认知。数字化手段并非取代传统实验，而是通过“数据-图像-结论”的闭环，让学生从具体操作反向推导抽象模型，实现科学思维的进阶训练。

以手摇发电的电流磁效应实验为例，可借助DIS数据采集器、手摇发电系列装置、电压传感器、多量程电流传感器、磁感应强度传感器等实验装置开展实验(图2)。

图2 手摇发电探究装置

第一，用塑帽螺栓将发电机模块固定至底座，将发电机模块导线插头接入底座，将底座导线红黑插头接入相应用电模块；第二，将多量程电流传感器、电压传感器接入底座相应接线柱，将磁传感器探管伸入螺线管中部；第三，顺时针(或逆时针)转动发电机模块摇柄，可看到电流、电压变化(图3)。

图3 手摇发电探究实验数据

(三)强化师生互动性，激发主动性学习

小学阶段学生具有强烈的好奇心，然而在传统教学模式中，学生只是被动接受知识的一方，这种方式无疑会降低学生的主动性和创造力，还可能使他们在探索自然奥秘时失去热情与动力。因此，为了实现教学创新，教师需要认识到构建趣味课堂的重要意义，并将其付诸实践。首先，教师应站在学生的角度，深入理解他们的内心世界，在具体操作中关注学生的兴趣和需求。其次，教师要注重课程导入的设计，通过生活中的实例引出相关知识点，激发小学生的好奇心与求知欲。这样既能推动学生深入探究，又能确保每位同学都能充分发挥主观能动性。最后，将抽象概念融入实验活动，借助实例向学生展示生活中的常见规律，可提升学生的认知能力，帮助他们完成知识的迁移。

例如，在2021年说课《苔藓喜欢什么样的“家”》的实验教学中(图4)，教师根据学情分析，通过考察校园，观察苔藓外形特点并对苔藓进行养护，让学生对于苔藓形成直观的认知，然后提出问题，引发学生思考并开展小组讨论。从温度、湿度、光照三个环境因素中选择一种因素分组设计并实施对比实验(图5)。

图4 苔藓喜欢什么样的“家”实验装置

图5 苔藓喜欢什么样的“家”实验数据记录样表

三、结语

数字化仪器设备的深度融入，正在重构小学科学实验的教学模式，其价值不仅体现在突破时空限制、具象化抽象概念、激活课堂互动等显性方面，更在于它重新定义了实验的本质—从验证结论的工具，转向培育科学思维的载体。然而必须清醒认识到：传感器闪烁的数据灯、屏幕呈现的曲线图，终究无法替代学生亲手触摸土壤温度、观察苔藓生长的真实体验。未来的科学教育，应在技术赋能与具身认知之间寻求动态平衡。要让数字化仪器设备成为延伸感官的“认知望远镜”，而非隔绝真实的“数字围墙”。唯有如此，方能真正实现《义务教育科学课程标准(2022年版)》所要求的“在探究实践中形成科学态度，在真实情境中理解科学本质”。

参考文献

[1]李友昌.信息化视野下小学科学教学模式探究[J].中国新通信,2024,26(24):230-232.

[2]上海市教育委员会教育技术仪器设备中心.2020—2024年上海市中小学实验教学说课活动优秀案例集[M].上海:华东师范大学出版社,2024.

作者简介：陈豪，本科，实验师。上海市教育委员会教育技术装备中心，200070。

后记：

借助上海教装管理部门的权威视角，我们意识到了——使用DIS传感器的数字化实验相比于传统实验：

1.突破了传统教学方式，提高了教学时效性；

2.将抽象问题具象化，突破了教学重难点；

3.强化了师生互动性，激发了主动性学习。

面对DIS传感器这三个证据确凿、掷地有声的优势，凡是致力于科学教育提质增效的教师们，都不可能不为之心动！

那就加上DIS服务微信，链接DIS实验视频，让DIS直达您的课堂吧！

附：

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上海市中小学数字化实验系统研发中心

2026年4月7日