課堂應(yīng)有越來(lái)越多的傳感器

信息化時(shí)代，技術(shù)已滲透到科學(xué)探究的各個(gè)環(huán)節(jié)，運(yùn)用傳感器能更好地收集、分析數(shù)據(jù)，促進(jìn)探究數(shù)字化。從實(shí)踐看，常用的傳感器主要包括實(shí)驗(yàn)室專用傳感器、移動(dòng)終端傳感器等。

實(shí)驗(yàn)室專用傳感器

實(shí)驗(yàn)室專用傳感器，具有精度高、專業(yè)性強(qiáng)的特點(diǎn)，但同時(shí)它的操作要求高，價(jià)格偏高。探究綠葉在進(jìn)行光合作用和呼吸作用中二氧化碳的變化時(shí)，可以看出傳感器的巨大優(yōu)勢(shì)。

1.學(xué)生學(xué)習(xí)更加主動(dòng)

學(xué)生在學(xué)習(xí)中，對(duì)綠葉的光合作用和呼吸作用產(chǎn)生了好奇，他們?cè)谔骄窟^(guò)程中運(yùn)用二氧化碳傳感器獲取和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得深刻體驗(yàn)。甚至在項(xiàng)目結(jié)束后，談到未來(lái)的探究方向時(shí)，學(xué)生還表示希望增加氧氣傳感器，同時(shí)檢測(cè)綠葉在光合作用和呼吸作用過(guò)程中氧氣與二氧化碳的含量變化。這表明，傳感器的介入使學(xué)生處于學(xué)習(xí)的主體地位，讓他們成為學(xué)習(xí)的積極參與者和實(shí)踐者。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)更加深入

有了傳感器更加精確的數(shù)值顯示，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，同樣條件下綠葉呼吸作用時(shí)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)較明顯，光合作用時(shí)消耗二氧化碳的現(xiàn)象卻不明顯。這引發(fā)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，他們經(jīng)過(guò)思考討論及查閱資料后推測(cè)，這可能與空氣中氧氣與二氧化碳含量有關(guān)，即在密閉的集氣瓶空間實(shí)驗(yàn)，綠葉呼吸作用時(shí)，有較足夠的氧氣參與作用，而光合作用時(shí)，綠葉需要的二氧化碳含量卻太有限。他們提出對(duì)光合作用的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，在實(shí)驗(yàn)前，向集氣瓶中注入人體呼出的氣體，增加瓶中的二氧化碳含量。這表明，學(xué)生能夠根據(jù)實(shí)際對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，提出問(wèn)題解決的思路，在邏輯推理、分析判斷的基礎(chǔ)上，通過(guò)一定的設(shè)備獲取相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)解決問(wèn)題。

除二氧化碳傳感器之外，借助光傳感器的引入和數(shù)據(jù)采集器持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間收集數(shù)據(jù)，學(xué)生能更清晰地觀測(cè)到二氧化碳含量及光強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)變化，在數(shù)據(jù)分析上表現(xiàn)出傳統(tǒng)儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

移動(dòng)終端傳感器

如果大家還在糾結(jié)是否購(gòu)買專業(yè)傳感器，不妨關(guān)注手機(jī)、平板等移動(dòng)終端，它們自帶了豐富的傳感器，教學(xué)中可以充分利用學(xué)生家里的閑置手機(jī)、平板開展實(shí)驗(yàn)。其缺點(diǎn)是，受市場(chǎng)上App應(yīng)用的限制，而且采集不夠精確。

1.暴露學(xué)生的前概念

在《聲音的變化》一課中，對(duì)于音高由什么決定，學(xué)生已具備前概念。教師在課堂上提出“聲音的高低變化與什么有關(guān)”問(wèn)題后，可以帶他們?nèi)ンw驗(yàn)手機(jī)App“體檢寶”中的聽力檢測(cè)功能，簡(jiǎn)單易行，而且節(jié)約課堂時(shí)間。通過(guò)這一體驗(yàn)，能充分暴露學(xué)生的前概念，即聲音的高低變化與頻率有關(guān)，或者聲音的大小變化與振幅有關(guān)。

2.有效建構(gòu)科學(xué)概念

科學(xué)概念不是靠教師講授獲得的，而是在科學(xué)探究過(guò)程中建構(gòu)的。傳統(tǒng)課堂上，執(zhí)教《聲音的變化》一課時(shí)，影響音高的變量難以逐一控制，而手機(jī)App“體檢寶”中的聽力檢測(cè)功能可以準(zhǔn)確控制單一變量，發(fā)出音高不同而音量相同的聲音，這大大降低了實(shí)驗(yàn)干擾因素的影響，使科學(xué)探究更加高效，學(xué)生的邏輯思維更加清晰，自主建構(gòu)科學(xué)概念更加容易且準(zhǔn)確，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大大提高。

3.遷移概念，學(xué)以致用

單純的概念學(xué)習(xí)意義不大，當(dāng)概念與解決問(wèn)題聯(lián)系在一起時(shí)，知識(shí)就被賦予了更多生活的氣息，因而被賦予了更多意義。科學(xué)課堂如果與生活緊密結(jié)合，學(xué)生就能意識(shí)到知識(shí)源于生活，運(yùn)用于生活?！堵曇舻淖兓芬徽n的主要科學(xué)概念是“音高由振動(dòng)頻率決定”，在學(xué)生掌握這個(gè)概念之后，教師要引導(dǎo)他們將其運(yùn)用于生活。在課堂上設(shè)計(jì)“自主制作樂(lè)器”的環(huán)節(jié)，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)概念，改變物體的長(zhǎng)短、粗細(xì)等，通過(guò)手機(jī)App“體檢寶”直觀地發(fā)現(xiàn)改變振動(dòng)的頻率，使材料發(fā)出高音或低音。在遷移概念、鞏固概念的基礎(chǔ)上，學(xué)生提高了解決問(wèn)題的能力，提高了對(duì)生活的關(guān)注度。

人工智能時(shí)代的到來(lái)，不只是手機(jī)、平板等移動(dòng)終端，身邊的很多其他產(chǎn)品也運(yùn)用了傳感器。在小學(xué)科學(xué)課的技術(shù)與工程內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，融入傳感器的運(yùn)用，可以讓學(xué)生面對(duì)真實(shí)的問(wèn)題情境，用現(xiàn)實(shí)的方法解決問(wèn)題。例如，教師提供設(shè)計(jì)盲人避障產(chǎn)品的生活情境，讓學(xué)生在具體的情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并在具體問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下，完善設(shè)計(jì)思路，使設(shè)計(jì)更加可行。在學(xué)生完成初次設(shè)計(jì)后，采用“世界咖啡”論壇的形式，讓小組內(nèi)的學(xué)生相互學(xué)習(xí)，并圍繞“實(shí)用性”“可行性”“創(chuàng)造性”相互評(píng)價(jià)，既知道自己小組設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，又學(xué)習(xí)其他小組的創(chuàng)新之處，引發(fā)他們提出修改意見，并從更多的角度思考自己小組的設(shè)計(jì)如何改進(jìn)。

綜上所述，基于傳感器和探究數(shù)字化的科學(xué)教育，為科學(xué)教育插上了翅膀，但任何一項(xiàng)新技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用前總要經(jīng)歷一個(gè)過(guò)程，需要廣大科學(xué)教育工作者做出積極的探索實(shí)踐。可喜的是，越來(lái)越多的科學(xué)教師在教學(xué)中開始使用這些新技術(shù)和新工具，傳感器的使用不僅改變著科學(xué)課堂，更改變著教師和學(xué)生。

（本文系廣東省教育科學(xué)十二五規(guī)劃課題《基于數(shù)字化探究的小學(xué)科學(xué)素養(yǎng)教育研究》及廣州市小學(xué)科學(xué)雷曉暉名師工作室研究成果。）