以DIS实验系统为载体推动研究性学习与化学学科的整合摘要：数学学科是一门以实验为基础的自然学科，小学数学新课程标准对中学生的科学探究能力提出了一定的要求。这与研究性学习对中学生的要求不谋而合。化学学科的特性决定了它可以为优质研究性学习的举办提供内容上的支持，而DIS实验系统又可以为优质研究性学习的举办提供技术上的支持。以DIS实验系统为载体的研究性学习与化学学科的整合可以收到挺好的教学疗效。关键词：DIS实验系统；研究性学习；数学学科；整合研究性学习是国家教育部2003年4月施行的《普通中学课程方案（实验）》中综合实践活动蓝筹股内的一门课目。研究性学习是中学生在班主任指导下，从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。研究性学习的目的在于改变中学生以单纯地接受班主任传授知识为主的学习方法，为中学生建立开放的学习环境，提供多渠道获取知识、并将学到的知识加以综合应用于实践的机会，培养创新精神和实践能力。研究性学习的特征在于开放性、探究性和实践性。开放性的特性决定了研究性学习不可能脱离学科知识而孤立存在，探究性和实践性的特性决定了研究性学习同时也须要相关的技术支持。
一、物理学科可以为研究性学习的举办提供内容上的支持研究性学习指出中学生在班主任指导下从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究。虽然研究性学习作为综合实践课程中的一门独立的课目，而且多数中学研究性学习的指导班主任却是由学科（例如化学、化学、生物、地理、历史等）班主任兼任，加之研究性学习的选题、研究都离不开学科知识的支撑，所以从学习成效看，只有将研究性学习与学科知识有机地整合在一起，研究性学习才不会成为无源之水、无本之木，而学科知识也可以在研究性学习中得到延展、综合、重组与提高。化学学科的特性决定了它可以为研究性学习的举办提供内容上的支持。首先，化学是一门与生产、生活结合紧密的学科，在实际生活中以及学科学习学生会碰到好多实际问题，因而产生研究性学习的课题，在此过程学生提出问题的能力会得到提升。其次，数学学科又是一门以实验为基础的自然学科，当中学生形成了问题，产生了课题，进一步可以通过设计实验方案，选择实验方式及实验器材对课题进行研究。在此过程中培养中学生解决问题的能力。实际上，《高中数学新课程标准（实验）》对中学生的科学探究能力以及科学探究的步骤都提出了具体的要求。这与研究性学习对中学生的要求不谋而合。
因而，化学学科的特性决定了它可以为研究性学习的选题以及举办提供挺好的内容支持。二、DIS实验系统可以为研究性学习的举办提供技术上的支持研究性学习指出中学生自主探究，因而在研究性学习的施行阶段，常常须要进行实验，从而搜集和剖析数据。而这个阶段的顺利施行就离不开先进的实验系统。而DIS实验系统在理科实验中优势显著，可以为研究性学习的顺利举办提供有力的技术支持。DIS实验系统（，简称DIS）即为由传感、数据采集器、电脑、应用软件机以及实验附件构成的新型实验系统（如图1）。把它应用于研究性学习有如下优势。■图1DIS实验系统的组成其二，它有着强悍的数据采集功能，还能实现实时观察与动态记录，尤其在做可见度小、显示顿时变化的化学实验时具有极大的优势，比如检测变力、变速度、微电压、微电流等。其一，它有着强悍的数据剖析和图象处理能力，这除了能培养中学生看图、读图的能力，更能实现定性观察向定量剖析的提高。其一，DIS实验系统强悍的数据采集和剖析功能可以让研究者很容易的获得所须要的数据，可以节省研究时间。其一，数据采集器又叫手持技术，研究者可以随时随地携带数据采集器和传感对所需数据进行采集，所以它具有便携性的特征，有利于室内研究性学习的举办。
《高中数学课程标准（实验）》多处探讨了“DIS实验系统应用于化学教学”的思想物理dis实验系统，此后，各地出版的新课程中学数学教材不同程度地引入了这方面的内容。国外经济较发达地区的一些中学纷纷订购了DIS实验系统，并将它应用于课堂教学，研究性学习等领域，取得了一些可喜的研究成果。2005年在上海龙华滨河分校举办的研究性学习――“新课程化学实验专题研究”，中学生采用DIS实验系统对小学数学学习的重难点进行自主探究，在汇报课中进行了当场演示与解说，其精彩表现造成了满堂喝采。实践表明，这些方法可以真正地培养中学生的科学思维以及实验素质，DIS实验系统已成为数学教学的“新式装备”和中学生研究性学习的“技术平台”。三、基于DIS实验系统的数学学科与研究性学习的整合施行建议■图2基于DIS实验系统的数学学科与研究性学习的整合施行方案（一）在学科知识背景下生成研究性学习的课题爱因斯坦以前说过“提出一个问题常常比解决一个问题更重要”，所以，研究性学习指出对中学生的提出问题的能力进行培养，这些培养应该是无时无处不在的。因而化学班主任要擅于启发中学生发觉问题，提出问题，并鼓励中学生自己动手去解决问题。问题的选择通常要符合以下原则：与生活结合紧密，与学科知识相关，中学生有兴趣、有能力、有条件研究。
中学数学的各个章节都还能发觉一些有研究价值的课题，例如学习热学时，可以研究“菜刀上的热学知识”、“拱形桥中的热学知识”、“水湖人的制做和研究”等，学习电磁学时，可以研究“生活中的电磁幅射”、“防幅射衣的材料及疗效研究”、“家庭节能灯节能探究”、“电动玩具的制做及改进”、“研究手机周围的磁场和幅射”、“水果电瓶的制做和研究”等。通过这个环节，中学生发觉问题以及提出问题的能力将会得到提高。（二）查阅资料，搜集信息查阅资料是研究性学习的必要步骤,查阅资料也是研究性学习创新的必要条件。在进行一项课题研究之前，通过查阅资料了解该课题背景、他人研究情况，可以防止重复劳动，保证课题研究的新颖性。其后，通过查阅资料，可以获得研究性学习所须要的知识储备。因而，每一个进行课题研究的中学生都有必要先通过各类途径查资料，以获得必要的研究信息。这个环节，中学生查阅资料、收集信息、甄别信息的能力将会得到提升。（三）以DIS实验系统为载体进行有效的科学探究探究活动是研究性学习的主体。问题产生之后，中学生须要制订研究方案、确定研究方式，之后进行科学探究。数学问题的探究多数要进行实验，此时，DIS实验系统的优越性就可以得到最大的发挥。
研究热学问题时，我们可以选择力的传感、位移传感、速度传感等检测热学相关的数据，例如力、位移、速度、加速度等；研究电磁学问题时，我们可以选择磁场的传感、电流传感、电压传感等检测热学相关的数据。这个环节，中学生通过一系列的科学探究，中学生的动手能力、对新仪器的使用能力以及剖析数据的能力都将得到增强。（四）阶段性交流讨论，提问答辩经过一段时间的实验和探究，中学生对课题会产生一定的认识，也才能解决一部份的问题，同时在课题研究的过程中也会碰到一些新的问题。这个时侯可以让朋友们展开阶段性的交流和讨论，碰撞形成新的火花，提炼出新的问题，以利于进一步深入地举办研究。这个环节，中学生的交流合作能力将得到增强。（五）对新问题的探究中学生这个阶段须要对提炼出的新问题拟定研究方案，施行研究，即重复第三步到第五步的研究。假如在阶段性交流与讨论阶段又生成了具有研究价值的新问题，但是时间和实验条件都容许的情况下，则可以举办更进一步的研究。在对新问题的研究中，中学生将会体验到科学研究的持续性以及科学研究的辛酸和乐趣。（六）认知重构经历了以上的研究过程，中学生对课题的研究告一段落，这个时侯班主任可以指导中学生进行认知重构。
这个环节主要是总结研究过程、研究成果以及研究心得。在此基础上各小组进行成果展示。经过这个环节，中学生的交流能力、表达能力得到了训练和增强。（七）撰写结题论文撰写结题论文是科学探究的一个必不可少的环节。课题研究到了一定的程度，班主任可以指导中学生撰写结题论文。结题论文的撰写通常要包含以下内容：课题的题目、课题的来历、课题的目的和意义、课题的研究方式和步骤、课题的推论、存在的问题和建议等。通过这个环节，中学生将会把握结题论文的撰写方式，一个完整的课题研究也就完成了。四、应用举例：猕猴桃电瓶的制做和研究（一）学科知识背景下课题的生成高中念书期的化学课程学生学习了检测电瓶的电动势和电阻的方式，同时物理课程中讲了原电瓶的原理。为了对电瓶有更进一步的了解，同时也为了清除对于电瓶的神秘感，在研究性学习课程中，朋友们提出了一个课题：自制猕猴桃电瓶，并探究猕猴桃电瓶的电动势和电阻。（二）查阅资料，搜集信息本环节主要是搜集猕猴桃电瓶的物理原理、物理学原理以及别人研究情况等。（三）基于DIS实验系统的中学生探究制做猕猴桃电瓶：每位组分别打算了不同的香蕉（香蕉、甜橙、蕃茄、苹果等），之后把作为电极的锌片和铜片插入猕猴桃中。
研究蔬菜电瓶：把制做好的蔬菜电瓶连入电路，借助DIS系统对香蕉电瓶进行检测，通过笔记本剖析软件得出电瓶的电动势和电阻（实验装置示意图如图3所示）。■图3实验装置示意图（四）交流讨论，提问答辩，生成新的问题在交流讨论环节中，你们发觉猕猴桃电瓶的电动势通常较小，电阻较大。且不同蔬菜的电动势和电阻通常是不同的。于是你们产生了以下新的问题：①电动势与电阻是否与猕猴桃种类（苹果、橙、菠萝、蕃茄等）相关？哪种蔬菜疗效更好（电动势大，电阻小）？②电动势与电阻与猕猴桃的成熟程度是否相关？③电动势与电阻与电极材料（锌片、铜片、镁片、铝片等）是否相关？（五）对新问题进行探究这个阶段，中学生开始探究影响猕猴桃电瓶的电动势和电阻的诱因。采用的方式即为控制变量法。实验系统一直是DIS系统。重复第2、3步骤，对新生成的问题进行探究。（六）认知建立在以上研究的基础上，对课题进行总结和反省。研究发觉：蔬菜的种类、水果的成熟程度、电极材料都对香蕉电瓶的电动势和电阻有影响。①不同蔬菜的比较发觉：疗效最好的是香蕉，其次是香蕉。②不论那个猕猴桃，其电动势和电阻都与其成熟程度关系较大。③不同的电极的比较发觉：Cu-Mg作电极疗效最好，Cu-Al疗效最差，Cu-Zn的疗效处于二者之间。
进一步剖析发觉：这个结果与物理中金属活动性的强弱相吻合。其实，探究活动也有值得进一步思索和改进的地方。诸如：①是否可以把多个香蕉进行串联或并联进行研究。②不同蔬菜电动势和电阻不同，这跟其树汁含量不同，PH值不同是否相关。假如把香蕉换成豆浆疗效是否会更好。（七）撰写结题论文班主任指导中学生根据科学研究的要求撰写结题论文或研究报告。班主任点评：本课题以数学学科知识作为依托，以DIS实验系统作为技术支持，在中学生自主、协作、探究的基础上研究了香蕉电板，并生成了新的问题物理dis实验系统，作为后续研究的内容。通过这样的研究性学习，中学生经历了提出问题、查阅资料、制定研究计划、进行科学研究、交流合作、对结果进行解释、对推论进行抒发、撰写结题论文等一系列的探究环节，从中感受到科学探究的艰难和乐趣，对落实科学探究、培养中学生探究性学习能力具有相当重要的作用。本研究成果其实目前不能解决用电量需求，但说不定有三天“奇迹”出现，通过蔬菜能成功地找到新能源，虽然霉烂的蔬菜也能得到合理的借助，进而解决能源紧缺的问题以及废旧电瓶的污染问题。（责任编辑：张华伟）