遼寧渤海大學(xué)教育與體育學(xué)院 孫梅芳

數(shù)字化探究室走進(jìn)了小學(xué)校園，先進(jìn)的傳感技術(shù)給小學(xué)生科學(xué)探究提供了多樣化、開放性的自主探索平臺，給他們展示了更直觀、生動的教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化了小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)情境。數(shù)字化設(shè)備成了學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究、實踐和創(chuàng)新的工具，同時也成了學(xué)生獲取、理解和應(yīng)用科學(xué)知識的重要途徑，從而為學(xué)生提供解決問題的機(jī)會，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，解決了傳統(tǒng)科學(xué)教學(xué)中解決不了的問題，讓我們的科學(xué)課堂教學(xué)效率大大提升，給小學(xué)科學(xué)教學(xué)提供了新的可能。

一、緊跟時代，彰顯傳感技術(shù)優(yōu)勢

（一）技術(shù)支持，反映先進(jìn)科技成果

很多國家都重視傳感技術(shù)，例如，早在20世紀(jì)80年代美國就已進(jìn)入傳感器時代，日本則把傳感技術(shù)列為十大技術(shù)之首。隨著教育改革的推進(jìn)，傳感技術(shù)被運用于學(xué)科實驗教學(xué)中，出現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)與基礎(chǔ)教育相結(jié)合的現(xiàn)象，最早被應(yīng)用于數(shù)學(xué)教學(xué)，后來慢慢地發(fā)展到物理學(xué)科教學(xué)。我國起步較晚，20世紀(jì)90年代教育領(lǐng)域才開始對傳感技術(shù)進(jìn)行研究。

近年來隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，曾經(jīng)只應(yīng)用于高端領(lǐng)域的傳感技術(shù)，現(xiàn)已悄悄地融入了我們的日常生活。例如，智能手機(jī)中配置了多種傳感器，檢測步數(shù)的重力傳感器、光線傳感器等；電子臺秤應(yīng)用了壓力傳感器；公共場所安裝了溫度傳感器等，這些人性化的應(yīng)用，給人們帶來了便利，同時也讓我們的生活變得更有樂趣。隨著數(shù)字化傳感技術(shù)走進(jìn)校園，給小學(xué)科學(xué)教學(xué)提供了技術(shù)支持，讓我們感受到了傳感技術(shù)的無窮魅力，也為學(xué)生在科學(xué)探究中使用傳感技術(shù)創(chuàng)造了條件。

（二）課程改革，突出科學(xué)學(xué)科特征

小學(xué)科學(xué)課程實施的主要形式是探究活動。韋鈺在《探究式科學(xué)教育教師指導(dǎo)書》中提出,科學(xué)探究主要由六個步驟組成:提出問題—預(yù)測和猜想—試驗設(shè)計—尋求實證—數(shù)據(jù)收集和分析—結(jié)論和表達(dá)。在教學(xué)中教師要為學(xué)生提供更多機(jī)會學(xué)習(xí)探究的方法，幫助學(xué)生體驗“猜想—驗證—歸納”的科學(xué)探究過程，引導(dǎo)學(xué)生在“做中學(xué)”的過程中發(fā)現(xiàn)科學(xué)探究的樂趣，掌握探究的方法，在潛移默化中養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

傳統(tǒng)實驗器材操作過程復(fù)雜，大量的時間和精力浪費在數(shù)據(jù)獲取和記錄上，導(dǎo)致學(xué)生沒有足夠的時間來進(jìn)行問題的思考以及交流等。傳感器的應(yīng)用可以把學(xué)生從煩瑣的數(shù)據(jù)處理工作中解放出來，將注意力集中到其他探究環(huán)節(jié)上，為學(xué)生開展合作與交流提供了時間和空間，更有利于學(xué)生探究能力的提高。此外，聲學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等實驗數(shù)據(jù)很難獲取，學(xué)生獲得的實驗數(shù)據(jù)存在很大誤差，有時只能勉強(qiáng)得出結(jié)論，往往不能讓人信服。這既不利于培養(yǎng)學(xué)生獲取、分析數(shù)據(jù)的能力，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神。而傳感器可以精確測量學(xué)生感官無法感知的物質(zhì)世界，精確地測量出各種物理量，從而幫助學(xué)生獲取傳統(tǒng)實驗器材無法實現(xiàn)的事實，讓科學(xué)探究順利進(jìn)行。

（三）以生為本，遵循認(rèn)知發(fā)展規(guī)律

心理學(xué)研究表明，動機(jī)是引發(fā)認(rèn)知學(xué)習(xí)的原因，也是認(rèn)知學(xué)習(xí)的結(jié)果。想要傳感技術(shù)在科學(xué)探究中發(fā)揮優(yōu)勢，必須先掌握小學(xué)生的心理認(rèn)知特點。

1.巧用傳感技術(shù)，吸引學(xué)生有意注意

小學(xué)生對周圍的世界充滿了好奇，他們的有意注意時間較短，容易分心，但是他們的求知欲強(qiáng)，遇到感興趣的材料時，他們的注意力會相對集中，并且在科學(xué)知識的記憶上也表現(xiàn)更好。而傳感器作為現(xiàn)代教育技術(shù)，與傳統(tǒng)的“瓶瓶罐罐”相比，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣上有顯著的優(yōu)勢。此外，傳感技術(shù)可以對科學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行精確測量，抽象性和精確性更高，能有效地集中學(xué)生的注意力，促進(jìn)學(xué)生對事物的描述和認(rèn)識由定性向定量轉(zhuǎn)變，從而提高科學(xué)探究的效率。

2.巧用傳感技術(shù)，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展

小學(xué)階段，學(xué)生形象思維正逐漸向邏輯思維轉(zhuǎn)化。傳感技術(shù)可以利用數(shù)字采集軟件，直觀、動態(tài)地呈現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)，為學(xué)生從具體形象思維到抽象邏輯思維轉(zhuǎn)化提供了有效的途徑。此外，小學(xué)生好奇心強(qiáng)，他們希望通過新的認(rèn)知工具來探究客觀事實。傳感技術(shù)可以幫助學(xué)生在科學(xué)探究中控制實驗變量，讓思維的有效性和深刻性在探究中得到提升。

二、積極探索，有效運用傳感技術(shù)

(一)豐富探究內(nèi)容

傳統(tǒng)小學(xué)科學(xué)實驗以定性實驗為主，定量實驗很難開展。有些傳統(tǒng)實驗器材無法完成的實驗，科學(xué)教材就直接忽略或者作為課后拓展項目。但是很多定量實驗需要通過對轉(zhuǎn)變后的物理量進(jìn)行觀察和分析，從而間接得出科學(xué)結(jié)論。傳感技術(shù)進(jìn)入校園，為小學(xué)科學(xué)開展定量實驗創(chuàng)造了條件，一是教會學(xué)生將觀察的結(jié)果用物理量、動態(tài)曲線來表示，二是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會將無法直接觀察到的物理量轉(zhuǎn)化為可見的物理量，進(jìn)行間接地觀察。因此，為了充分發(fā)掘現(xiàn)有教材資源，科學(xué)教師必須對現(xiàn)有教科版3～6年級科學(xué)教材的探究實驗進(jìn)行整理，從8冊書中整理出適合應(yīng)用傳感技術(shù)的實驗。例如，聲音看不見摸不著，教師可以通過聲音傳感器進(jìn)行定量測量，并將測量數(shù)據(jù)用波的變化曲線表示出來。六年級上冊《斜面的作用》中利用斜面代替彈簧測力計進(jìn)行力的測量，分別測出物體的重力及用斜面拉的力；三年級下冊《測量水的溫度》應(yīng)用溫度傳感器測量水溫的變化，采集數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)變化曲線圖發(fā)現(xiàn)溫度變化規(guī)律。

（二）完善探究設(shè)計

1.探究過程具體化

戴爾認(rèn)為：教育應(yīng)從具體經(jīng)驗入手，逐步進(jìn)入抽象，有效的學(xué)習(xí)之路必須是鋪滿著具體經(jīng)驗。傳感技術(shù)替代傳統(tǒng)的測量儀器突破了限制，完成力、熱、聲、光、電等多種數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)通過采集器處理后上傳到計算機(jī)，再由教學(xué)軟件進(jìn)行實時地處理與分析。

例如，五年級《運動與摩擦力》這一課，應(yīng)用傳統(tǒng)的彈簧測力計，學(xué)生一般只能觀察記錄最終的測量結(jié)果，很難關(guān)注到彈簧測力計的讀數(shù)變化的過程。而力的傳感器能把探究過程中的數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄下來，并且繪制出相關(guān)的曲線，使探究過程變得具體化，讓數(shù)據(jù)采集變得簡單、精確有效，讓學(xué)生充分感受到了探究的樂趣。

2.科學(xué)現(xiàn)象直觀化

科學(xué)課上，聲音的大小和高低兩個概念學(xué)生很容易混淆，他們的前概念認(rèn)為聲音越大，音調(diào)也會越高。例如，在教學(xué)《聲音》時，讓學(xué)生了解聲音大小和高低概念成了教師最頭疼的事情。聲音傳感器的應(yīng)用，能精確地檢測出整個聲音的衰減過程，并且在計算機(jī)上通過軟件清晰地呈現(xiàn)出這一過程，問題迎刃而解了。聲音傳感器還可以檢測到音叉振動的頻率，以曲線圖的形式呈現(xiàn)讓學(xué)生一目了然，減輕了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。不得不承認(rèn)，數(shù)字技術(shù)給科學(xué)測量帶來了革命性的變化，不但操作簡單方便，記錄科學(xué)翔實，使一些不能直接觀察到的現(xiàn)象變得更加直觀，而且調(diào)動了學(xué)生的主動性，激發(fā)了學(xué)生對科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

綜上所述，傳感技術(shù)能反應(yīng)最新科技成果，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能有利于促進(jìn)學(xué)生思維提升，有利于激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究熱情，突出了小學(xué)科學(xué)學(xué)科特征，幫助學(xué)生更加深入地開展科學(xué)探究，掌握科學(xué)知識，讓學(xué)生充分利用實驗中得到的精確數(shù)據(jù)，進(jìn)行科學(xué)理論建構(gòu)，從而更加有效地參與科學(xué)探究。?