傳感器促進小學生科學概念建構

雷曉暉

傳統的科學實驗教學，有的費時，導致實驗效率低，有的操作復雜，耗費學生更多時間和精力，有的實驗數據誤差較大，結論可信度不高，這明顯不利于小學生科學精神的培養。傳感器技術是現代科技的前沿技術，為了探究數字化傳感器技術在優化小學科學概念建構方面的教學效果，我們在兩個班各上一節《怎樣得到更多的光和熱》進行對比研究，一個班用傳統溫度計，一個班用傳感器。教學結束后，我們做了相關問卷調查。從教學效果和問卷來看，傳感器技術有利于提高小學生科學概念建構，主要表現在以下幾個方面。

實驗現象更直觀，有助于學生分析科學概念

兩節《怎樣得到更多的光和熱》，不管是使用傳統溫度計還是使用傳感器，都測出了溫度，但在分析數據時，傳統溫度計的方法還要進行人工溫度變化曲線的繪制，而數字化溫度傳感器則直接把曲線圖顯示出來，這樣能使實驗現象更加直觀（如圖1），能很快引發學生思考吸熱能力與溫度的關系而得出結論，達到教學目標。

實驗數據更精準，有利于學生領會科學概念

《怎樣得到更多的光和熱》這一課中，由于傳統溫度計測量時的誤差較大，加上讀取3個溫度計數據需要一定的時間，而且每個學生的讀數操作也不一定準確，影響實驗數據的精準性。如果材料的對比不太明顯，學生很難得到正確的結論，不利于幫助他們理解科學概念。在兩節課中我們發現，同樣是測量黑、白、淡黃色3種實驗材料的吸熱實驗，用傳統溫度計測量時，白色和淡黃色的實驗數據非常接近，用傳感器測量時，效果比較明顯，傳感器有利于幫助學生理解白色和淡黃兩色吸熱能力對比的科學概念。

具體到其他的科學課，由于實驗設備的欠缺，許多科學探究實驗的分析只停留在對科學概念的定性分析上，沒有以可靠的實驗數據來支撐的定量分析，不利于學生使用動態曲線去描述實驗過程中物理量間的關系。

例如三年級學生在探究條形磁鐵哪個部位磁力最大時，以往的實驗方法是通過觀察磁鐵吸引回形針數目的多少來判斷不同部位的磁力大小。實驗中，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論，難以認識到磁鐵各部位與磁力大小的比例關系。數字化磁力傳感器則能直接檢測到磁鐵磁力的大小，從而讓學生發現磁鐵兩端與中間磁力大小的不同，有利于加深學生對磁鐵各部位磁力大小的科學概念的理解。

實驗更快捷，有利于學生更快理解科學概念

《怎樣得到更多的光和熱》這一課，不管是傳感器還是傳統溫度計都測出了溫度，但使用傳感器更快捷，實驗得出數據和曲線圖的時間非常短，前后不到5分鐘。傳統的實驗方法測量需要8分鐘甚至更多，等最終畫出曲線圖，就花了約15分鐘的時間，并且畫出來的曲線圖也不太清楚，影響了實驗效果的準確性。所以，數字化傳感器的快捷性，解決了傳統實驗中速度慢、不準確的難題，從而提升了學生理解科學概念的效率，優化了課堂教學效果。

實驗更新穎，有利于激發學生求知科學概念

小學科學探究主要是讓學生在體驗中學習科學，發現生活中的科學。在學生利用熱傳感器學習《怎樣得到更多的光和熱》和測量散熱材料的實驗后，我們做了40份問卷調查，發現：

有35位同學認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;學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習，希望可以用其測量一天中手的溫度變化、測量光與熱的關系、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驗。

這表明，數字化傳感器的強大功能與使用形式，極大地豐富了學生科學探究的內容，有利于激發他們對科學概念的求知欲望。

當然，數字化傳感器在小學課堂中也要防止被過分使用，而弱化小學生計算、動手操作能力， 或忽略探究、阻礙學生轉換思維發展等負面影響。例如，在探究影響單擺擺動快慢因素的實驗中，速度傳感器的引入極大地方便學生測量單擺經過某點的速度從而找出影響單擺擺動的快慢因素。數字化傳感器能使學生更直觀、更快捷地得到實驗結果，但同時它也減少了學生的動手操作過程，在一定程度上減少了學生的實驗參與度，弱化了小學生的動手操作能力。

分析對比兩節課我們認為，將數字化傳感器引入小學科學的探究實驗中，彌補了傳統課堂因受實驗設備限制導致部分實驗不嚴謹的不足，使得小學科學探究活動更豐富，實驗數據更精確，實驗結論更可信，它能有效地幫助學生在科學課堂上提高對科學概念的理解，從而激發學生學習科學的興趣，培養學生的科學探究精神。但教師同時要樹立教學為主、傳感器等教學工具為輔的意識，避免出現弱化學生計算和操作能力等弊端。