陳秋香

【摘 要】 數(shù)字傳感器在科學探究實驗中得到越來越廣泛的應用，相比傳統(tǒng)實驗室，數(shù)字化實驗系統(tǒng)在測量、采集和處理實驗數(shù)據(jù)等方面具有明顯的優(yōu)勢。筆者將數(shù)字化探究應用到小學科學課堂中，結合自己的課堂實踐，本文就傳感器在小學科學探究實驗應用中的優(yōu)勢展開探討。

【關鍵詞】 數(shù)字傳感器；直觀化；降低難度；降低誤差；提高效率；定量研究

【中圖分類號】 G62.32 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2095-3089（2017）16-0-01

在科學教學中，教師要注重通過探究實驗再現(xiàn)科學發(fā)現(xiàn)的過程，從而讓學生體驗到“猜想一驗證一歸納”的科學探究過程。傳統(tǒng)條件下，由于實驗器材、實驗條件等的限制，相當一部分探究不能進行，學生可進行探究的實驗內容相對較少，而且定性、模糊的研究居多。隨著科技的迅猛發(fā)展，與實驗密切相關的數(shù)字傳感器進入了我們的科學課堂，給解決這些問題帶來了契機。傳感器以其精確、智能、易于操作等優(yōu)勢，不僅讓學生親歷探究活動更直觀，而且可以更好地保持學生的興趣和求知欲；降低實驗難度，提高實驗效率，讓學生有更多的時間和精力反思、交流自己和同伴的探究過程，整理、分析實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，完成對新知的自主建構；改變目前多定性實驗的現(xiàn)狀，擁有更多定量實驗的機會，讓學生探究活動更接近科學本質。筆者結合課堂實踐，對傳感器在小學科學探究實驗中的應用優(yōu)勢談幾點自己的心得。

一、抽象變具體，使過程直觀化

教育應從具體經(jīng)驗人手，逐步進人抽象，有效的學習之路必須是鋪滿著具體經(jīng)驗的。小學科學實驗中引入數(shù)字傳感器后，利用傳感器技術替代傳統(tǒng)的測量儀器完成力、熱、聲、光、電等多種數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集器處理后上傳到配套電腦，由教學軟件進行實時的處理與分析，這個采集數(shù)據(jù)的過程能通過軟件在電腦上具體呈現(xiàn)出來。如聲音的大小和高低這兩個概念很容易混淆，小學生在學習這兩個概念前往往認為聲音越大音調也會越高。因此在教學《聲音》這一內容時，怎樣讓學生了解并區(qū)分聲音大小和高低概念成為讓科學教師頭疼的事情。利用聲音傳感器，問題一下子迎刃而解了，聲音傳感器可以直接檢測出整個聲音的衰減過程，并且在計算機屏幕上清晰地呈現(xiàn)出這一過程。傳感器技術將看不見的波變成了直觀化的曲線，用動態(tài)圖的形式讓學生“看見了聲音的變化”。

二、降低誤差，采集準確數(shù)據(jù)

在《我們的小纜車》一課中，使用傳統(tǒng)方法研究“拉力大小與小車運動快慢”的實驗，會出現(xiàn)下面的情況：（1）小車的運動軌跡是偏的，且拉力不同偏行的程度不同；（2）拴住小車的繩子跟桌面之間，特別是桌角邊緣，有摩擦。

這些因素會使學生采集到的數(shù)據(jù)誤差很大，進而引起學生對實驗設計和初始判斷的否定，對學生探究未知形成障礙。利用光電門傳感套件和配套車軌進行實驗，我們可以發(fā)現(xiàn)：小車會自動沿著車軌行駛（解決偏行問題），車軌邊緣安裝的滑輪消除了摩擦力對實驗的影響。由此可見，融入光電門傳感技術后，排除了傳統(tǒng)實驗中影響實驗結果的外在因素，提高了實驗準確性。一組組精確的實驗數(shù)據(jù)，為學生進一步的思考、討論、各抒己見提供了科學的依據(jù)，學生歸納獲得的探究結果更真實更準確。

三、智能控制，降低實驗難度

還是以《我們的小纜車》一課中“拉力大小與小車運動快慢”的實驗為例，傳統(tǒng)的做法是學生分工合作：一位學生手動放小車，一位學生用秒表掐時，然后再對測得的數(shù)據(jù)進行分析與比較。這樣的弊端主要有兩個：（1）放小車和掐秒表這兩個動作，學生一個人完成存在一定難度，如果讓兩個學生完成，又不能做到完全同步；（2）手動掐表計時，小車運動的信息由眼（耳）傳到大腦，再由大腦發(fā)出指令按下計時鍵，學生基本做不到小車被三角板擋住的一瞬間掐停秒表，而且不同學生的反應時間不同，也易犯錯。

利用“光電傳感器”，在小車經(jīng)過的地方兩側架設光電門，小車經(jīng)過時，光就不能傳過去，此時就開始計時，小車過去后，光又能射過去，這就獲得了時間差。這個時間差通光電門傳感器傳到電腦上，不論小車運動速度多快，平板電腦上都會即刻顯示，都能精準記錄運動時間。數(shù)字傳感器的應用，大大降低了實驗操作難度，讓學生對實驗更感興趣，更樂于對后續(xù)的數(shù)據(jù)分析、處理，從而得出更接近科學本真的結論。

四、提高效率，節(jié)省時間

如果僅僅讓學生經(jīng)歷探究活動，還不能幫助他們學會如何學習。讓學生運用批判性的眼光對自己和同伴的探究過程和結果進行監(jiān)控和評價，可以使他們不斷明白自己在做什么，以及為什么這么做[2]。這就要求教師在組織科學探究實驗過程中，既要保證親歷、體驗的過程，又要確保學生有足夠的時間思考和交流。

例如在學習“測量呼吸和心跳”一課時，學生進行心跳的測量實驗費時費力。原因有三：一是用手摸心臟部位測量心跳，既費時也易錯；二是運動后，學生注意力不能馬上集中，測量準確性不高；三是要測多個“一分鐘”。整個一節(jié)課時間，被測量、糾錯活動占去了大半，探究的重心完全放在了“做”，而學生的“想”和“交流”的時間和機會被迫減少甚至忽略。應用心率傳感器，學生就可以即時測得不同狀態(tài)下的精確心率數(shù)值，既節(jié)約學生的時間，又排除了其他因素的干擾，提高了數(shù)據(jù)準確性。讓學生的注意力從“摸心跳”“數(shù)數(shù)”等轉向對“呼吸和心跳”關系的深層分析與探究，有更多的時間交流、分析、概括實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)“思”“做”“說”等各個環(huán)節(jié)時間的靈活分配，提高探究實驗效率。

五、改變現(xiàn)狀，進行定量研究

定量分析是科學研究的重要思想，我們很多實驗發(fā)現(xiàn)并不是直接觀察的結果，而是對轉變后的物理量進行觀察統(tǒng)計，從而間接得出科學結論。傳感器技術的運用為定量研究創(chuàng)造了條件，可以轉變當前實驗探究中重定性輕定量研究的現(xiàn)狀。傳感器測量的數(shù)值精度較高，一方面可以把測量的結果用物理量、動態(tài)曲線來表示，另一方面可以將無法直接觀察到的物理量轉化為可見的物理量，這是感官感受無法比擬的，因此運用傳感器技術可以減少感官的“誤判”。例如學生進行保溫裝置的設計時，為了弄清自己設計的保溫裝置的效果，就要對其進行定量分析，而不是單純靠“感覺來判斷?！睖囟瓤床灰娒恢?，我們可以通過溫度傳感器，進行定量測量：讓學生打開將溫度傳感器放人保溫裝置中一段時間，通過觀察分析系統(tǒng)軟件中顯示的溫度變化值和曲線變化，檢驗學生設計的保溫裝置的成效。此外還可以將數(shù)據(jù)圖表生成為實驗報告，為學生進一步改進自己的裝置提供證據(jù)。

六、結束語

數(shù)字傳感器技術在小學科學實驗教學中的應用，使科學探究實驗更豐富、更規(guī)范、更科學、更有效；使教學方法上實現(xiàn)了多樣化；在教學模式上使交互式教學成為可能；在教育理念上為教育的發(fā)展提供了新思路。但我們同時也應該認識到，“技術”是一把雙刃劍，傳感器的應用也有些不足：（1）雖然使數(shù)據(jù)的獲得更加直接和直觀，卻弱化了計算、作圖、操作等重要能力的培養(yǎng)；（2）傳感器的原理復雜，增加了學生對儀器原理的認知難度等。因此，我們需要根據(jù)實際情況，作出相應的改變。

參考文獻：

[1]韋鈺.探究式科學教育教學指導[M].教育科學出版社，2005.

[2]郁波.科學探究與人是如何學習的.http：//www.zjxxkx.com.

[3]吳向東.數(shù)字時代的科學教育[M].華南理工大學出版社，2012，（8）.