傳感器促進(jìn)小學(xué)生科學(xué)概念建構(gòu)

雷曉暉

傳統(tǒng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有的費(fèi)時(shí)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效率低，有的操作復(fù)雜，耗費(fèi)學(xué)生更多時(shí)間和精力，有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差較大，結(jié)論可信度不高，這明顯不利于小學(xué)生科學(xué)精神的培養(yǎng)。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，為了探究數(shù)字化傳感器技術(shù)在優(yōu)化小學(xué)科學(xué)概念建構(gòu)方面的教學(xué)效果，我們在兩個(gè)班各上一節(jié)《怎樣得到更多的光和熱》進(jìn)行對比研究，一個(gè)班用傳統(tǒng)溫度計(jì)，一個(gè)班用傳感器。教學(xué)結(jié)束后，我們做了相關(guān)問卷調(diào)查。從教學(xué)效果和問卷來看，傳感器技術(shù)有利于提高小學(xué)生科學(xué)概念建構(gòu)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更直觀，有助于學(xué)生分析科學(xué)概念

兩節(jié)《怎樣得到更多的光和熱》，不管是使用傳統(tǒng)溫度計(jì)還是使用傳感器，都測出了溫度，但在分析數(shù)據(jù)時(shí)，傳統(tǒng)溫度計(jì)的方法還要進(jìn)行人工溫度變化曲線的繪制，而數(shù)字化溫度傳感器則直接把曲線圖顯示出來，這樣能使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加直觀（如圖1），能很快引發(fā)學(xué)生思考吸熱能力與溫度的關(guān)系而得出結(jié)論，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)，有利于學(xué)生領(lǐng)會(huì)科學(xué)概念

《怎樣得到更多的光和熱》這一課中，由于傳統(tǒng)溫度計(jì)測量時(shí)的誤差較大，加上讀取3個(gè)溫度計(jì)數(shù)據(jù)需要一定的時(shí)間，而且每個(gè)學(xué)生的讀數(shù)操作也不一定準(zhǔn)確，影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。如果材料的對比不太明顯，學(xué)生很難得到正確的結(jié)論，不利于幫助他們理解科學(xué)概念。在兩節(jié)課中我們發(fā)現(xiàn)，同樣是測量黑、白、淡黃色3種實(shí)驗(yàn)材料的吸熱實(shí)驗(yàn)，用傳統(tǒng)溫度計(jì)測量時(shí)，白色和淡黃色的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常接近，用傳感器測量時(shí)，效果比較明顯，傳感器有利于幫助學(xué)生理解白色和淡黃兩色吸熱能力對比的科學(xué)概念。

具體到其他的科學(xué)課，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的欠缺，許多科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的分析只停留在對科學(xué)概念的定性分析上，沒有以可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來支撐的定量分析，不利于學(xué)生使用動(dòng)態(tài)曲線去描述實(shí)驗(yàn)過程中物理量間的關(guān)系。

例如三年級學(xué)生在探究條形磁鐵哪個(gè)部位磁力最大時(shí)，以往的實(shí)驗(yàn)方法是通過觀察磁鐵吸引回形針數(shù)目的多少來判斷不同部位的磁力大小。實(shí)驗(yàn)中，由于磁鐵與回形針的接觸面積有限以及其他一些因素影響，往往只能得到磁鐵哪里吸引的回形針越多即哪里磁力越大這一定性的結(jié)論，難以認(rèn)識到磁鐵各部位與磁力大小的比例關(guān)系。數(shù)字化磁力傳感器則能直接檢測到磁鐵磁力的大小，從而讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)磁鐵兩端與中間磁力大小的不同，有利于加深學(xué)生對磁鐵各部位磁力大小的科學(xué)概念的理解。

實(shí)驗(yàn)更快捷，有利于學(xué)生更快理解科學(xué)概念

《怎樣得到更多的光和熱》這一課，不管是傳感器還是傳統(tǒng)溫度計(jì)都測出了溫度，但使用傳感器更快捷，實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)和曲線圖的時(shí)間非常短，前后不到5分鐘。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法測量需要8分鐘甚至更多，等最終畫出曲線圖，就花了約15分鐘的時(shí)間，并且畫出來的曲線圖也不太清楚，影響了實(shí)驗(yàn)效果的準(zhǔn)確性。所以，數(shù)字化傳感器的快捷性，解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中速度慢、不準(zhǔn)確的難題，從而提升了學(xué)生理解科學(xué)概念的效率，優(yōu)化了課堂教學(xué)效果。

實(shí)驗(yàn)更新穎，有利于激發(fā)學(xué)生求知科學(xué)概念

小學(xué)科學(xué)探究主要是讓學(xué)生在體驗(yàn)中學(xué)習(xí)科學(xué)，發(fā)現(xiàn)生活中的科學(xué)。在學(xué)生利用熱傳感器學(xué)習(xí)《怎樣得到更多的光和熱》和測量散熱材料的實(shí)驗(yàn)后，我們做了40份問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)：

有35位同學(xué)認(rèn)為溫度傳感器的使用能直觀地觀察到不同材料的溫度變化，很好地幫助他們比較不同材料的性質(zhì);學(xué)生在了解溫度傳感器的使用方法后，有36人很喜歡用傳感器來探究學(xué)習(xí)，希望可以用其測量一天中手的溫度變化、測量光與熱的關(guān)系、測量一天中早上與晚上的溫度變化等一些自己想做的探究實(shí)驗(yàn)。

這表明，數(shù)字化傳感器的強(qiáng)大功能與使用形式，極大地豐富了學(xué)生科學(xué)探究的內(nèi)容，有利于激發(fā)他們對科學(xué)概念的求知欲望。

當(dāng)然，數(shù)字化傳感器在小學(xué)課堂中也要防止被過分使用，而弱化小學(xué)生計(jì)算、動(dòng)手操作能力， 或忽略探究、阻礙學(xué)生轉(zhuǎn)換思維發(fā)展等負(fù)面影響。例如，在探究影響單擺擺動(dòng)快慢因素的實(shí)驗(yàn)中，速度傳感器的引入極大地方便學(xué)生測量單擺經(jīng)過某點(diǎn)的速度從而找出影響單擺擺動(dòng)的快慢因素。數(shù)字化傳感器能使學(xué)生更直觀、更快捷地得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但同時(shí)它也減少了學(xué)生的動(dòng)手操作過程，在一定程度上減少了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與度，弱化了小學(xué)生的動(dòng)手操作能力。

分析對比兩節(jié)課我們認(rèn)為，將數(shù)字化傳感器引入小學(xué)科學(xué)的探究實(shí)驗(yàn)中，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)課堂因受實(shí)驗(yàn)設(shè)備限制導(dǎo)致部分實(shí)驗(yàn)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟蛔?，使得小學(xué)科學(xué)探究活動(dòng)更豐富，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更精確，實(shí)驗(yàn)結(jié)論更可信，它能有效地幫助學(xué)生在科學(xué)課堂上提高對科學(xué)概念的理解，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神。但教師同時(shí)要樹立教學(xué)為主、傳感器等教學(xué)工具為輔的意識，避免出現(xiàn)弱化學(xué)生計(jì)算和操作能力等弊端。