傳感技術(shù)在小學科學探究中的應(yīng)用研究

遼寧渤海大學教育與體育學院 孫梅芳

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

一、緊跟時代，彰顯傳感技術(shù)優(yōu)勢

（一）技術(shù)支持，反映先進科技成果

很多國家都重視傳感技術(shù)，例如，早在20世紀80年代美國就已進入傳感器時代，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，傳感技術(shù)被運用于學科實驗教學中，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)學教學，后來慢慢地發(fā)展到物理學科教學。我國起步較晚，20世紀90年代教育領(lǐng)域才開始對傳感技術(shù)進行研究。

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)走進校園，給小學科學教學提供了技術(shù)支持，讓我們感受到了傳感技術(shù)的無窮魅力，也為學生在科學探究中使用傳感技術(shù)創(chuàng)造了條件。

（二）課程改革，突出科學學科特征

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

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

（三）以生為本，遵循認知發(fā)展規(guī)律

心理學研究表明，動機是引發(fā)認知學習的原因，也是認知學習的結(jié)果。想要傳感技術(shù)在科學探究中發(fā)揮優(yōu)勢，必須先掌握小學生的心理認知特點。

1.巧用傳感技術(shù)，吸引學生有意注意

小學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，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)學生學習興趣上有顯著的優(yōu)勢。此外，傳感技術(shù)可以對科學現(xiàn)象進行精確測量，抽象性和精確性更高，能有效地集中學生的注意力，促進學生對事物的描述和認識由定性向定量轉(zhuǎn)變，從而提高科學探究的效率。

2.巧用傳感技術(shù)，促進學生思維發(fā)展

小學階段，學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，小學生好奇心強，他們希望通過新的認知工具來探究客觀事實。傳感技術(shù)可以幫助學生在科學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)小學科學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)變后的物理量進行觀察和分析，從而間接得出科學結(jié)論。傳感技術(shù)進入校園，為小學科學開展定量實驗創(chuàng)造了條件，一是教會學生將觀察的結(jié)果用物理量、動態(tài)曲線來表示，二是引導學生學會將無法直接觀察到的物理量轉(zhuǎn)化為可見的物理量，進行間接地觀察。因此，為了充分發(fā)掘現(xiàn)有教材資源，科學教師必須對現(xiàn)有教科版3～6年級科學教材的探究實驗進行整理，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

戴爾認為：教育應(yīng)從具體經(jīng)驗入手，逐步進入抽象，有效的學習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，再由教學軟件進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，讓學生充分感受到了探究的樂趣。

2.科學現(xiàn)象直觀化

科學課上，聲音的大小和高低兩個概念學生很容易混淆，他們的前概念認為聲音越大，音調(diào)也會越高。例如，在教學《聲音》時，讓學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)讓學生一目了然，減輕了學生的認知負擔。不得不承認，數(shù)字技術(shù)給科學測量帶來了革命性的變化，不但操作簡單方便，記錄科學翔實，使一些不能直接觀察到的現(xiàn)象變得更加直觀，而且調(diào)動了學生的主動性，激發(fā)了學生對科學的學習興趣。

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