課堂應有越來越多的傳感器

信息化時代，技術已滲透到科學探究的各個環節，運用傳感器能更好地收集、分析數據，促進探究數字化。從實踐看，常用的傳感器主要包括實驗室專用傳感器、移動終端傳感器等。

實驗室專用傳感器

實驗室專用傳感器，具有精度高、專業性強的特點，但同時它的操作要求高，價格偏高。探究綠葉在進行光合作用和呼吸作用中二氧化碳的變化時，可以看出傳感器的巨大優勢。

1.學生學習更加主動

學生在學習中，對綠葉的光合作用和呼吸作用產生了好奇，他們在探究過程中運用二氧化碳傳感器獲取和分析實驗數據，獲得深刻體驗。甚至在項目結束后，談到未來的探究方向時，學生還表示希望增加氧氣傳感器，同時檢測綠葉在光合作用和呼吸作用過程中氧氣與二氧化碳的含量變化。這表明，傳感器的介入使學生處于學習的主體地位，讓他們成為學習的積極參與者和實踐者。

2.學生學習更加深入

有了傳感器更加精確的數值顯示，學生發現，同樣條件下綠葉呼吸作用時檢測到的數據較明顯，光合作用時消耗二氧化碳的現象卻不明顯。這引發學生主動發現并解決問題，他們經過思考討論及查閱資料后推測，這可能與空氣中氧氣與二氧化碳含量有關，即在密閉的集氣瓶空間實驗，綠葉呼吸作用時，有較足夠的氧氣參與作用，而光合作用時，綠葉需要的二氧化碳含量卻太有限。他們提出對光合作用的實驗進行調整，在實驗前，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，學生能夠根據實際對問題進行分析，提出問題解決的思路，在邏輯推理、分析判斷的基礎上，通過一定的設備獲取相關數據來解決問題。

除二氧化碳傳感器之外，借助光傳感器的引入和數據采集器持續長時間收集數據，學生能更清晰地觀測到二氧化碳含量及光強度的關聯變化，在數據分析上表現出傳統儀器無法比擬的優勢。

移動終端傳感器

如果大家還在糾結是否購買專業傳感器，不妨關注手機、平板等移動終端，它們自帶了豐富的傳感器，教學中可以充分利用學生家里的閑置手機、平板開展實驗。其缺點是，受市場上App應用的限制，而且采集不夠精確。

1.暴露學生的前概念

在《聲音的變化》一課中，對于音高由什么決定，學生已具備前概念。教師在課堂上提出“聲音的高低變化與什么有關”問題后，可以帶他們去體驗手機App“體檢寶”中的聽力檢測功能，簡單易行，而且節約課堂時間。通過這一體驗，能充分暴露學生的前概念，即聲音的高低變化與頻率有關，或者聲音的大小變化與振幅有關。

2.有效建構科學概念

科學概念不是靠教師講授獲得的，而是在科學探究過程中建構的。傳統課堂上，執教《聲音的變化》一課時，影響音高的變量難以逐一控制，而手機App“體檢寶”中的聽力檢測功能可以準確控制單一變量，發出音高不同而音量相同的聲音，這大大降低了實驗干擾因素的影響，使科學探究更加高效，學生的邏輯思維更加清晰，自主建構科學概念更加容易且準確，學生的學習興趣大大提高。

3.遷移概念，學以致用

單純的概念學習意義不大，當概念與解決問題聯系在一起時，知識就被賦予了更多生活的氣息，因而被賦予了更多意義。科學課堂如果與生活緊密結合，學生就能意識到知識源于生活，運用于生活。《聲音的變化》一課的主要科學概念是“音高由振動頻率決定”，在學生掌握這個概念之后，教師要引導他們將其運用于生活。在課堂上設計“自主制作樂器”的環節，學生運用所學概念，改變物體的長短、粗細等，通過手機App“體檢寶”直觀地發現改變振動的頻率，使材料發出高音或低音。在遷移概念、鞏固概念的基礎上，學生提高了解決問題的能力，提高了對生活的關注度。

人工智能時代的到來，不只是手機、平板等移動終端，身邊的很多其他產品也運用了傳感器。在小學科學課的技術與工程內容的學習中，融入傳感器的運用，可以讓學生面對真實的問題情境，用現實的方法解決問題。例如，教師提供設計盲人避障產品的生活情境，讓學生在具體的情境中發現問題，并在具體問題的驅動下，完善設計思路，使設計更加可行。在學生完成初次設計后，采用“世界咖啡”論壇的形式，讓小組內的學生相互學習，并圍繞“實用性”“可行性”“創造性”相互評價，既知道自己小組設計存在的問題，又學習其他小組的創新之處，引發他們提出修改意見，并從更多的角度思考自己小組的設計如何改進。

綜上所述，基于傳感器和探究數字化的科學教育，為科學教育插上了翅膀，但任何一項新技術在教學應用前總要經歷一個過程，需要廣大科學教育工作者做出積極的探索實踐。可喜的是，越來越多的科學教師在教學中開始使用這些新技術和新工具，傳感器的使用不僅改變著科學課堂，更改變著教師和學生。

（本文系廣東省教育科學十二五規劃課題《基于數字化探究的小學科學素養教育研究》及廣州市小學科學雷曉暉名師工作室研究成果。）