以DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為載體推動(dòng)研究性學(xué)習(xí)與化學(xué)學(xué)科的整合摘要：數(shù)學(xué)學(xué)科是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，小學(xué)數(shù)學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)中學(xué)生的科學(xué)探究能力提出了一定的要求。這與研究性學(xué)習(xí)對(duì)中學(xué)生的要求不謀而合。化學(xué)學(xué)科的特性決定了它可以為優(yōu)質(zhì)研究性學(xué)習(xí)的舉辦提供內(nèi)容上的支持，而DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)又可以為優(yōu)質(zhì)研究性學(xué)習(xí)的舉辦提供技術(shù)上的支持。以DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為載體的研究性學(xué)習(xí)與化學(xué)學(xué)科的整合可以收到挺好的教學(xué)療效。關(guān)鍵詞：DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；研究性學(xué)習(xí)；數(shù)學(xué)學(xué)科；整合研究性學(xué)習(xí)是國(guó)家教育部2003年4月施行的《普通中學(xué)課程方案（實(shí)驗(yàn)）》中綜合實(shí)踐活動(dòng)藍(lán)籌股內(nèi)的一門課目。研究性學(xué)習(xí)是中學(xué)生在班主任指導(dǎo)下，從自然、社會(huì)和生活中選擇和確定專題進(jìn)行研究，并在研究過(guò)程中主動(dòng)地獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)、解決問(wèn)題的學(xué)習(xí)活動(dòng)。研究性學(xué)習(xí)的目的在于改變中學(xué)生以單純地接受班主任傳授知識(shí)為主的學(xué)習(xí)方法，為中學(xué)生建立開(kāi)放的學(xué)習(xí)環(huán)境，提供多渠道獲取知識(shí)、并將學(xué)到的知識(shí)加以綜合應(yīng)用于實(shí)踐的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。研究性學(xué)習(xí)的特征在于開(kāi)放性、探究性和實(shí)踐性。開(kāi)放性的特性決定了研究性學(xué)習(xí)不可能脫離學(xué)科知識(shí)而孤立存在，探究性和實(shí)踐性的特性決定了研究性學(xué)習(xí)同時(shí)也須要相關(guān)的技術(shù)支持。
一、物理學(xué)科可以為研究性學(xué)習(xí)的舉辦提供內(nèi)容上的支持研究性學(xué)習(xí)指出中學(xué)生在班主任指導(dǎo)下從自然、社會(huì)和生活中選擇和確定專題進(jìn)行研究。雖然研究性學(xué)習(xí)作為綜合實(shí)踐課程中的一門獨(dú)立的課目，而且多數(shù)中學(xué)研究性學(xué)習(xí)的指導(dǎo)班主任卻是由學(xué)科（例如化學(xué)、化學(xué)、生物、地理、歷史等）班主任兼任，加之研究性學(xué)習(xí)的選題、研究都離不開(kāi)學(xué)科知識(shí)的支撐，所以從學(xué)習(xí)成效看，只有將研究性學(xué)習(xí)與學(xué)科知識(shí)有機(jī)地整合在一起，研究性學(xué)習(xí)才不會(huì)成為無(wú)源之水、無(wú)本之木，而學(xué)科知識(shí)也可以在研究性學(xué)習(xí)中得到延展、綜合、重組與提高。化學(xué)學(xué)科的特性決定了它可以為研究性學(xué)習(xí)的舉辦提供內(nèi)容上的支持。首先，化學(xué)是一門與生產(chǎn)、生活結(jié)合緊密的學(xué)科，在實(shí)際生活中以及學(xué)科學(xué)習(xí)學(xué)生會(huì)碰到好多實(shí)際問(wèn)題，因而產(chǎn)生研究性學(xué)習(xí)的課題，在此過(guò)程學(xué)生提出問(wèn)題的能力會(huì)得到提升。其次，數(shù)學(xué)學(xué)科又是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，當(dāng)中學(xué)生形成了問(wèn)題，產(chǎn)生了課題，進(jìn)一步可以通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)方式及實(shí)驗(yàn)器材對(duì)課題進(jìn)行研究。在此過(guò)程中培養(yǎng)中學(xué)生解決問(wèn)題的能力。實(shí)際上，《高中數(shù)學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》對(duì)中學(xué)生的科學(xué)探究能力以及科學(xué)探究的步驟都提出了具體的要求。這與研究性學(xué)習(xí)對(duì)中學(xué)生的要求不謀而合。
因而，化學(xué)學(xué)科的特性決定了它可以為研究性學(xué)習(xí)的選題以及舉辦提供挺好的內(nèi)容支持。二、DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以為研究性學(xué)習(xí)的舉辦提供技術(shù)上的支持研究性學(xué)習(xí)指出中學(xué)生自主探究，因而在研究性學(xué)習(xí)的施行階段，常常須要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而搜集和剖析數(shù)據(jù)。而這個(gè)階段的順利施行就離不開(kāi)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。而DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在理科實(shí)驗(yàn)中優(yōu)勢(shì)顯著，可以為研究性學(xué)習(xí)的順利舉辦提供有力的技術(shù)支持。DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（，簡(jiǎn)稱DIS）即為由傳感、數(shù)據(jù)采集器、電腦、應(yīng)用軟件機(jī)以及實(shí)驗(yàn)附件構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（如圖1）。把它應(yīng)用于研究性學(xué)習(xí)有如下優(yōu)勢(shì)。■圖1DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成其二，它有著強(qiáng)悍的數(shù)據(jù)采集功能，還能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀察與動(dòng)態(tài)記錄，尤其在做可見(jiàn)度小、顯示頓時(shí)變化的化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)具有極大的優(yōu)勢(shì)，比如檢測(cè)變力、變速度、微電壓、微電流等。其一，它有著強(qiáng)悍的數(shù)據(jù)剖析和圖象處理能力，這除了能培養(yǎng)中學(xué)生看圖、讀圖的能力，更能實(shí)現(xiàn)定性觀察向定量剖析的提高。其一，DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)強(qiáng)悍的數(shù)據(jù)采集和剖析功能可以讓研究者很容易的獲得所須要的數(shù)據(jù)，可以節(jié)省研究時(shí)間。其一，數(shù)據(jù)采集器又叫手持技術(shù)，研究者可以隨時(shí)隨地?cái)y帶數(shù)據(jù)采集器和傳感對(duì)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，所以它具有便攜性的特征，有利于室內(nèi)研究性學(xué)習(xí)的舉辦。
《高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》多處探討了“DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)”的思想物理dis實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，此后，各地出版的新課程中學(xué)數(shù)學(xué)教材不同程度地引入了這方面的內(nèi)容。國(guó)外經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)的一些中學(xué)紛紛訂購(gòu)了DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并將它應(yīng)用于課堂教學(xué)，研究性學(xué)習(xí)等領(lǐng)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(xué)習(xí)――“新課程化學(xué)實(shí)驗(yàn)專題研究”，中學(xué)生采用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)進(jìn)行自主探究，在匯報(bào)課中進(jìn)行了當(dāng)場(chǎng)演示與解說(shuō)，其精彩表現(xiàn)造成了滿堂喝采。實(shí)踐表明，這些方法可以真正地培養(yǎng)中學(xué)生的科學(xué)思維以及實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已成為數(shù)學(xué)教學(xué)的“新式裝備”和中學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的“技術(shù)平臺(tái)”。三、基于DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)學(xué)科與研究性學(xué)習(xí)的整合施行建議■圖2基于DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)學(xué)科與研究性學(xué)習(xí)的整合施行方案（一）在學(xué)科知識(shí)背景下生成研究性學(xué)習(xí)的課題愛(ài)因斯坦以前說(shuō)過(guò)“提出一個(gè)問(wèn)題常常比解決一個(gè)問(wèn)題更重要”，所以，研究性學(xué)習(xí)指出對(duì)中學(xué)生的提出問(wèn)題的能力進(jìn)行培養(yǎng)，這些培養(yǎng)應(yīng)該是無(wú)時(shí)無(wú)處不在的。因而化學(xué)班主任要擅于啟發(fā)中學(xué)生發(fā)覺(jué)問(wèn)題，提出問(wèn)題，并鼓勵(lì)中學(xué)生自己動(dòng)手去解決問(wèn)題。問(wèn)題的選擇通常要符合以下原則：與生活結(jié)合緊密，與學(xué)科知識(shí)相關(guān)，中學(xué)生有興趣、有能力、有條件研究。
中學(xué)數(shù)學(xué)的各個(gè)章節(jié)都還能發(fā)覺(jué)一些有研究?jī)r(jià)值的課題，例如學(xué)習(xí)熱學(xué)時(shí)，可以研究“菜刀上的熱學(xué)知識(shí)”、“拱形橋中的熱學(xué)知識(shí)”、“水湖人的制做和研究”等，學(xué)習(xí)電磁學(xué)時(shí)，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(jié)能燈節(jié)能探究”、“電動(dòng)玩具的制做及改進(jìn)”、“研究手機(jī)周圍的磁場(chǎng)和幅射”、“水果電瓶的制做和研究”等。通過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)，中學(xué)生發(fā)覺(jué)問(wèn)題以及提出問(wèn)題的能力將會(huì)得到提高。（二）查閱資料，搜集信息查閱資料是研究性學(xué)習(xí)的必要步驟,查閱資料也是研究性學(xué)習(xí)創(chuàng)新的必要條件。在進(jìn)行一項(xiàng)課題研究之前，通過(guò)查閱資料了解該課題背景、他人研究情況，可以防止重復(fù)勞動(dòng)，保證課題研究的新穎性。其后，通過(guò)查閱資料，可以獲得研究性學(xué)習(xí)所須要的知識(shí)儲(chǔ)備。因而，每一個(gè)進(jìn)行課題研究的中學(xué)生都有必要先通過(guò)各類途徑查資料，以獲得必要的研究信息。這個(gè)環(huán)節(jié)，中學(xué)生查閱資料、收集信息、甄別信息的能力將會(huì)得到提升。（三）以DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為載體進(jìn)行有效的科學(xué)探究探究活動(dòng)是研究性學(xué)習(xí)的主體。問(wèn)題產(chǎn)生之后，中學(xué)生須要制訂研究方案、確定研究方式，之后進(jìn)行科學(xué)探究。數(shù)學(xué)問(wèn)題的探究多數(shù)要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，此時(shí)，DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的優(yōu)越性就可以得到最大的發(fā)揮。
研究熱學(xué)問(wèn)題時(shí)，我們可以選擇力的傳感、位移傳感、速度傳感等檢測(cè)熱學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)，例如力、位移、速度、加速度等；研究電磁學(xué)問(wèn)題時(shí)，我們可以選擇磁場(chǎng)的傳感、電流傳感、電壓傳感等檢測(cè)熱學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)。這個(gè)環(huán)節(jié)，中學(xué)生通過(guò)一系列的科學(xué)探究，中學(xué)生的動(dòng)手能力、對(duì)新儀器的使用能力以及剖析數(shù)據(jù)的能力都將得到增強(qiáng)。（四）階段性交流討論，提問(wèn)答辯經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)驗(yàn)和探究，中學(xué)生對(duì)課題會(huì)產(chǎn)生一定的認(rèn)識(shí)，也才能解決一部份的問(wèn)題，同時(shí)在課題研究的過(guò)程中也會(huì)碰到一些新的問(wèn)題。這個(gè)時(shí)侯可以讓朋友們展開(kāi)階段性的交流和討論，碰撞形成新的火花，提煉出新的問(wèn)題，以利于進(jìn)一步深入地舉辦研究。這個(gè)環(huán)節(jié)，中學(xué)生的交流合作能力將得到增強(qiáng)。（五）對(duì)新問(wèn)題的探究中學(xué)生這個(gè)階段須要對(duì)提煉出的新問(wèn)題擬定研究方案，施行研究，即重復(fù)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?jī)r(jià)值的新問(wèn)題，但是時(shí)間和實(shí)驗(yàn)條件都容許的情況下，則可以舉辦更進(jìn)一步的研究。在對(duì)新問(wèn)題的研究中，中學(xué)生將會(huì)體驗(yàn)到科學(xué)研究的持續(xù)性以及科學(xué)研究的辛酸和樂(lè)趣。（六）認(rèn)知重構(gòu)經(jīng)歷了以上的研究過(guò)程，中學(xué)生對(duì)課題的研究告一段落，這個(gè)時(shí)侯班主任可以指導(dǎo)中學(xué)生進(jìn)行認(rèn)知重構(gòu)。
這個(gè)環(huán)節(jié)主要是總結(jié)研究過(guò)程、研究成果以及研究心得。在此基礎(chǔ)上各小組進(jìn)行成果展示。經(jīng)過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)，中學(xué)生的交流能力、表達(dá)能力得到了訓(xùn)練和增強(qiáng)。（七）撰寫結(jié)題論文撰寫結(jié)題論文是科學(xué)探究的一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。課題研究到了一定的程度，班主任可以指導(dǎo)中學(xué)生撰寫結(jié)題論文。結(jié)題論文的撰寫通常要包含以下內(nèi)容：課題的題目、課題的來(lái)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(wèn)題和建議等。通過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)，中學(xué)生將會(huì)把握結(jié)題論文的撰寫方式，一個(gè)完整的課題研究也就完成了。四、應(yīng)用舉例：獼猴桃電瓶的制做和研究（一）學(xué)科知識(shí)背景下課題的生成高中念書(shū)期的化學(xué)課程學(xué)生學(xué)習(xí)了檢測(cè)電瓶的電動(dòng)勢(shì)和電阻的方式，同時(shí)物理課程中講了原電瓶的原理。為了對(duì)電瓶有更進(jìn)一步的了解，同時(shí)也為了清除對(duì)于電瓶的神秘感，在研究性學(xué)習(xí)課程中，朋友們提出了一個(gè)課題：自制獼猴桃電瓶，并探究獼猴桃電瓶的電動(dòng)勢(shì)和電阻。（二）查閱資料，搜集信息本環(huán)節(jié)主要是搜集獼猴桃電瓶的物理原理、物理學(xué)原理以及別人研究情況等。（三）基于DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的中學(xué)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(tǒng)對(duì)香蕉電瓶進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)筆記本剖析軟件得出電瓶的電動(dòng)勢(shì)和電阻（實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖3所示）。■圖3實(shí)驗(yàn)裝置示意圖（四）交流討論，提問(wèn)答辯，生成新的問(wèn)題在交流討論環(huán)節(jié)中，你們發(fā)覺(jué)獼猴桃電瓶的電動(dòng)勢(shì)通常較小，電阻較大。且不同蔬菜的電動(dòng)勢(shì)和電阻通常是不同的。于是你們產(chǎn)生了以下新的問(wèn)題：①電動(dòng)勢(shì)與電阻是否與獼猴桃種類（蘋果、橙、菠蘿、蕃茄等）相關(guān)？哪種蔬菜療效更好（電動(dòng)勢(shì)大，電阻小）？②電動(dòng)勢(shì)與電阻與獼猴桃的成熟程度是否相關(guān)？③電動(dòng)勢(shì)與電阻與電極材料（鋅片、銅片、鎂片、鋁片等）是否相關(guān)？（五）對(duì)新問(wèn)題進(jìn)行探究這個(gè)階段，中學(xué)生開(kāi)始探究影響獼猴桃電瓶的電動(dòng)勢(shì)和電阻的誘因。采用的方式即為控制變量法。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一直是DIS系統(tǒng)。重復(fù)第2、3步驟，對(duì)新生成的問(wèn)題進(jìn)行探究。（六）認(rèn)知建立在以上研究的基礎(chǔ)上，對(duì)課題進(jìn)行總結(jié)和反省。研究發(fā)覺(jué)：蔬菜的種類、水果的成熟程度、電極材料都對(duì)香蕉電瓶的電動(dòng)勢(shì)和電阻有影響。①不同蔬菜的比較發(fā)覺(jué)：療效最好的是香蕉，其次是香蕉。②不論那個(gè)獼猴桃，其電動(dòng)勢(shì)和電阻都與其成熟程度關(guān)系較大。③不同的電極的比較發(fā)覺(jué)：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(jìn)一步剖析發(fā)覺(jué)：這個(gè)結(jié)果與物理中金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱相吻合。其實(shí)，探究活動(dòng)也有值得進(jìn)一步思索和改進(jìn)的地方。諸如：①是否可以把多個(gè)香蕉進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)進(jìn)行研究。②不同蔬菜電動(dòng)勢(shì)和電阻不同，這跟其樹(shù)汁含量不同，PH值不同是否相關(guān)。假如把香蕉換成豆?jié){療效是否會(huì)更好。（七）撰寫結(jié)題論文班主任指導(dǎo)中學(xué)生根據(jù)科學(xué)研究的要求撰寫結(jié)題論文或研究報(bào)告。班主任點(diǎn)評(píng)：本課題以數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)作為依托，以DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為技術(shù)支持，在中學(xué)生自主、協(xié)作、探究的基礎(chǔ)上研究了香蕉電板，并生成了新的問(wèn)題物理dis實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，作為后續(xù)研究的內(nèi)容。通過(guò)這樣的研究性學(xué)習(xí)，中學(xué)生經(jīng)歷了提出問(wèn)題、查閱資料、制定研究計(jì)劃、進(jìn)行科學(xué)研究、交流合作、對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋、對(duì)推論進(jìn)行抒發(fā)、撰寫結(jié)題論文等一系列的探究環(huán)節(jié)，從中感受到科學(xué)探究的艱難和樂(lè)趣，對(duì)落實(shí)科學(xué)探究、培養(yǎng)中學(xué)生探究性學(xué)習(xí)能力具有相當(dāng)重要的作用。本研究成果其實(shí)目前不能解決用電量需求，但說(shuō)不定有三天“奇跡”出現(xiàn)，通過(guò)蔬菜能成功地找到新能源，雖然霉?fàn)€的蔬菜也能得到合理的借助，進(jìn)而解決能源緊缺的問(wèn)題以及廢舊電瓶的污染問(wèn)題。（責(zé)任編輯：張華偉）