以DIS實驗系統為載體推動研究性學習與化學學科的整合摘要：數學學科是一門以實驗為基礎的自然學科，小學數學新課程標準對中學生的科學探究能力提出了一定的要求。這與研究性學習對中學生的要求不謀而合。化學學科的特性決定了它可以為優質研究性學習的舉辦提供內容上的支持，而DIS實驗系統又可以為優質研究性學習的舉辦提供技術上的支持。以DIS實驗系統為載體的研究性學習與化學學科的整合可以收到挺好的教學療效。關鍵詞：DIS實驗系統；研究性學習；數學學科；整合研究性學習是國家教育部2003年4月施行的《普通中學課程方案（實驗）》中綜合實踐活動藍籌股內的一門課目。研究性學習是中學生在班主任指導下，從自然、社會和生活中選擇和確定專題進行研究，并在研究過程中主動地獲取知識、應用知識、解決問題的學習活動。研究性學習的目的在于改變中學生以單純地接受班主任傳授知識為主的學習方法，為中學生建立開放的學習環境，提供多渠道獲取知識、并將學到的知識加以綜合應用于實踐的機會，培養創新精神和實踐能力。研究性學習的特征在于開放性、探究性和實踐性。開放性的特性決定了研究性學習不可能脫離學科知識而孤立存在，探究性和實踐性的特性決定了研究性學習同時也須要相關的技術支持。
一、物理學科可以為研究性學習的舉辦提供內容上的支持研究性學習指出中學生在班主任指導下從自然、社會和生活中選擇和確定專題進行研究。雖然研究性學習作為綜合實踐課程中的一門獨立的課目，而且多數中學研究性學習的指導班主任卻是由學科（例如化學、化學、生物、地理、歷史等）班主任兼任，加之研究性學習的選題、研究都離不開學科知識的支撐，所以從學習成效看，只有將研究性學習與學科知識有機地整合在一起，研究性學習才不會成為無源之水、無本之木，而學科知識也可以在研究性學習中得到延展、綜合、重組與提高。化學學科的特性決定了它可以為研究性學習的舉辦提供內容上的支持。首先，化學是一門與生產、生活結合緊密的學科，在實際生活中以及學科學習學生會碰到好多實際問題，因而產生研究性學習的課題，在此過程學生提出問題的能力會得到提升。其次，數學學科又是一門以實驗為基礎的自然學科，當中學生形成了問題，產生了課題，進一步可以通過設計實驗方案，選擇實驗方式及實驗器材對課題進行研究。在此過程中培養中學生解決問題的能力。實際上，《高中數學新課程標準（實驗）》對中學生的科學探究能力以及科學探究的步驟都提出了具體的要求。這與研究性學習對中學生的要求不謀而合。
因而，化學學科的特性決定了它可以為研究性學習的選題以及舉辦提供挺好的內容支持。二、DIS實驗系統可以為研究性學習的舉辦提供技術上的支持研究性學習指出中學生自主探究，因而在研究性學習的施行階段，常常須要進行實驗，從而搜集和剖析數據。而這個階段的順利施行就離不開先進的實驗系統。而DIS實驗系統在理科實驗中優勢顯著，可以為研究性學習的順利舉辦提供有力的技術支持。DIS實驗系統（，簡稱DIS）即為由傳感、數據采集器、電腦、應用軟件機以及實驗附件構成的新型實驗系統（如圖1）。把它應用于研究性學習有如下優勢。■圖1DIS實驗系統的組成其二，它有著強悍的數據采集功能，還能實現實時觀察與動態記錄，尤其在做可見度小、顯示頓時變化的化學實驗時具有極大的優勢，比如檢測變力、變速度、微電壓、微電流等。其一，它有著強悍的數據剖析和圖象處理能力，這除了能培養中學生看圖、讀圖的能力，更能實現定性觀察向定量剖析的提高。其一，DIS實驗系統強悍的數據采集和剖析功能可以讓研究者很容易的獲得所須要的數據，可以節省研究時間。其一，數據采集器又叫手持技術，研究者可以隨時隨地攜帶數據采集器和傳感對所需數據進行采集，所以它具有便攜性的特征，有利于室內研究性學習的舉辦。
《高中數學課程標準（實驗）》多處探討了“DIS實驗系統應用于化學教學”的思想物理dis實驗系統，此后，各地出版的新課程中學數學教材不同程度地引入了這方面的內容。國外經濟較發達地區的一些中學紛紛訂購了DIS實驗系統，并將它應用于課堂教學，研究性學習等領域，取得了一些可喜的研究成果。2005年在上海龍華濱河分校舉辦的研究性學習――“新課程化學實驗專題研究”，中學生采用DIS實驗系統對小學數學學習的重難點進行自主探究，在匯報課中進行了當場演示與解說，其精彩表現造成了滿堂喝采。實踐表明，這些方法可以真正地培養中學生的科學思維以及實驗素質，DIS實驗系統已成為數學教學的“新式裝備”和中學生研究性學習的“技術平臺”。三、基于DIS實驗系統的數學學科與研究性學習的整合施行建議■圖2基于DIS實驗系統的數學學科與研究性學習的整合施行方案（一）在學科知識背景下生成研究性學習的課題愛因斯坦以前說過“提出一個問題常常比解決一個問題更重要”，所以，研究性學習指出對中學生的提出問題的能力進行培養，這些培養應該是無時無處不在的。因而化學班主任要擅于啟發中學生發覺問題，提出問題，并鼓勵中學生自己動手去解決問題。問題的選擇通常要符合以下原則：與生活結合緊密，與學科知識相關，中學生有興趣、有能力、有條件研究。
中學數學的各個章節都還能發覺一些有研究價值的課題，例如學習熱學時，可以研究“菜刀上的熱學知識”、“拱形橋中的熱學知識”、“水湖人的制做和研究”等，學習電磁學時，可以研究“生活中的電磁幅射”、“防幅射衣的材料及療效研究”、“家庭節能燈節能探究”、“電動玩具的制做及改進”、“研究手機周圍的磁場和幅射”、“水果電瓶的制做和研究”等。通過這個環節，中學生發覺問題以及提出問題的能力將會得到提高。（二）查閱資料，搜集信息查閱資料是研究性學習的必要步驟,查閱資料也是研究性學習創新的必要條件。在進行一項課題研究之前，通過查閱資料了解該課題背景、他人研究情況，可以防止重復勞動，保證課題研究的新穎性。其后，通過查閱資料，可以獲得研究性學習所須要的知識儲備。因而，每一個進行課題研究的中學生都有必要先通過各類途徑查資料，以獲得必要的研究信息。這個環節，中學生查閱資料、收集信息、甄別信息的能力將會得到提升。（三）以DIS實驗系統為載體進行有效的科學探究探究活動是研究性學習的主體。問題產生之后，中學生須要制訂研究方案、確定研究方式，之后進行科學探究。數學問題的探究多數要進行實驗，此時，DIS實驗系統的優越性就可以得到最大的發揮。
研究熱學問題時，我們可以選擇力的傳感、位移傳感、速度傳感等檢測熱學相關的數據，例如力、位移、速度、加速度等；研究電磁學問題時，我們可以選擇磁場的傳感、電流傳感、電壓傳感等檢測熱學相關的數據。這個環節，中學生通過一系列的科學探究，中學生的動手能力、對新儀器的使用能力以及剖析數據的能力都將得到增強。（四）階段性交流討論，提問答辯經過一段時間的實驗和探究，中學生對課題會產生一定的認識，也才能解決一部份的問題，同時在課題研究的過程中也會碰到一些新的問題。這個時侯可以讓朋友們展開階段性的交流和討論，碰撞形成新的火花，提煉出新的問題，以利于進一步深入地舉辦研究。這個環節，中學生的交流合作能力將得到增強。（五）對新問題的探究中學生這個階段須要對提煉出的新問題擬定研究方案，施行研究，即重復第三步到第五步的研究。假如在階段性交流與討論階段又生成了具有研究價值的新問題，但是時間和實驗條件都容許的情況下，則可以舉辦更進一步的研究。在對新問題的研究中，中學生將會體驗到科學研究的持續性以及科學研究的辛酸和樂趣。（六）認知重構經歷了以上的研究過程，中學生對課題的研究告一段落，這個時侯班主任可以指導中學生進行認知重構。
這個環節主要是總結研究過程、研究成果以及研究心得。在此基礎上各小組進行成果展示。經過這個環節，中學生的交流能力、表達能力得到了訓練和增強。（七）撰寫結題論文撰寫結題論文是科學探究的一個必不可少的環節。課題研究到了一定的程度，班主任可以指導中學生撰寫結題論文。結題論文的撰寫通常要包含以下內容：課題的題目、課題的來歷、課題的目的和意義、課題的研究方式和步驟、課題的推論、存在的問題和建議等。通過這個環節，中學生將會把握結題論文的撰寫方式，一個完整的課題研究也就完成了。四、應用舉例：獼猴桃電瓶的制做和研究（一）學科知識背景下課題的生成高中念書期的化學課程學生學習了檢測電瓶的電動勢和電阻的方式，同時物理課程中講了原電瓶的原理。為了對電瓶有更進一步的了解，同時也為了清除對于電瓶的神秘感，在研究性學習課程中，朋友們提出了一個課題：自制獼猴桃電瓶，并探究獼猴桃電瓶的電動勢和電阻。（二）查閱資料，搜集信息本環節主要是搜集獼猴桃電瓶的物理原理、物理學原理以及別人研究情況等。（三）基于DIS實驗系統的中學生探究制做獼猴桃電瓶：每位組分別打算了不同的香蕉（香蕉、甜橙、蕃茄、蘋果等），之后把作為電極的鋅片和銅片插入獼猴桃中。
研究蔬菜電瓶：把制做好的蔬菜電瓶連入電路，借助DIS系統對香蕉電瓶進行檢測，通過筆記本剖析軟件得出電瓶的電動勢和電阻（實驗裝置示意圖如圖3所示）。■圖3實驗裝置示意圖（四）交流討論，提問答辯，生成新的問題在交流討論環節中，你們發覺獼猴桃電瓶的電動勢通常較小，電阻較大。且不同蔬菜的電動勢和電阻通常是不同的。于是你們產生了以下新的問題：①電動勢與電阻是否與獼猴桃種類（蘋果、橙、菠蘿、蕃茄等）相關？哪種蔬菜療效更好（電動勢大，電阻小）？②電動勢與電阻與獼猴桃的成熟程度是否相關？③電動勢與電阻與電極材料（鋅片、銅片、鎂片、鋁片等）是否相關？（五）對新問題進行探究這個階段，中學生開始探究影響獼猴桃電瓶的電動勢和電阻的誘因。采用的方式即為控制變量法。實驗系統一直是DIS系統。重復第2、3步驟，對新生成的問題進行探究。（六）認知建立在以上研究的基礎上，對課題進行總結和反省。研究發覺：蔬菜的種類、水果的成熟程度、電極材料都對香蕉電瓶的電動勢和電阻有影響。①不同蔬菜的比較發覺：療效最好的是香蕉，其次是香蕉。②不論那個獼猴桃，其電動勢和電阻都與其成熟程度關系較大。③不同的電極的比較發覺：Cu-Mg作電極療效最好，Cu-Al療效最差，Cu-Zn的療效處于二者之間。
進一步剖析發覺：這個結果與物理中金屬活動性的強弱相吻合。其實，探究活動也有值得進一步思索和改進的地方。諸如：①是否可以把多個香蕉進行串聯或并聯進行研究。②不同蔬菜電動勢和電阻不同，這跟其樹汁含量不同，PH值不同是否相關。假如把香蕉換成豆漿療效是否會更好。（七）撰寫結題論文班主任指導中學生根據科學研究的要求撰寫結題論文或研究報告。班主任點評：本課題以數學學科知識作為依托，以DIS實驗系統作為技術支持，在中學生自主、協作、探究的基礎上研究了香蕉電板，并生成了新的問題物理dis實驗系統，作為后續研究的內容。通過這樣的研究性學習，中學生經歷了提出問題、查閱資料、制定研究計劃、進行科學研究、交流合作、對結果進行解釋、對推論進行抒發、撰寫結題論文等一系列的探究環節，從中感受到科學探究的艱難和樂趣，對落實科學探究、培養中學生探究性學習能力具有相當重要的作用。本研究成果其實目前不能解決用電量需求，但說不定有三天“奇跡”出現，通過蔬菜能成功地找到新能源，雖然霉爛的蔬菜也能得到合理的借助，進而解決能源緊缺的問題以及廢舊電瓶的污染問題。（責任編輯：張華偉）