传感器运用于科普探究实践的策略研究

顾宏伦 戴春娜

传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。

人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。

新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在我们的生活中，传感器的运用范围已十分广泛，如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程，甚至文物保护等极其广泛的领域。目前，宁波市镇海区中小学生社会实践基地将传感器运用到了科普探究实践中，通过各类传感器实验，激发学生对科学探究的兴趣，培养学生的认知能力，更直观地学到科学知识。

培养学习兴趣是引导学生学习入门的金钥匙，这是促进学生主动发展的内在因素。

创设情境，激发认知好奇心

所谓问题情境，即不能直接用已有的知识处理，但可以间接用已有知识处理的情境。问题的难度是构成问题情境的一个重要因素。儿童心理学家皮亚杰认为，感性输入的信息与人现有认知结构之间具有中等程度的不符合时，人的兴趣最大。

瑞夫（Reeve，1996）提出激发学生好奇心的五个策略:

一、制造悬念

亚里士多德提出，“思维自惊奇和疑问开始”，学生的思维活跃于疑问的交叉点。教师要巧妙地设置悬念，激发学生学习情趣，使学生产生欲解不能，欲罢不舍的心态，从而把学生的注意力、思维、动机凝聚在一起，以达到学习的最佳状态，促使其积极主动地参与学习。

二、让学生猜测，教师提供反馈

没有大胆的猜测，就做不出伟大的发明。在教学中，让学生大胆地猜测，能收到意想不到的激发兴趣的效果。

三、充分利用学生的原有知识，激发他们的求知欲

皮亚杰认为，“儿童和青少年的好奇心不完全取决于一个东西的物理特性，而要看它和主体的过去经验的关系如何。”学生对新颖的，并与原有经验有紧密联系的教材最感兴趣。当学生对教学内容产生似曾相识，却又有些陌生的感觉时，最能诱发他们好奇的内驱力，激起他们求知、探究、操作等学习愿望。教学中创设一种使学生面临“似懂非懂”或“一知半解”的问题情境，能极大地激发他们的探究兴趣。

四、引起争议

利用学生的不同见解，巧妙设计问题，引起对不同结论的争论，对激发学生的思维最为有效，既能引起学生寻求真理的兴趣，又能对问题实质得以深刻的理解。

五、制造矛盾

课堂提问能否有效地激发学生的学习兴趣，关键是看这些问题能否起到揭示矛盾、造成学生心理不平衡的作用。创设问题情境的原则是:问题要小而具体；难度适当；新颖且有趣；富有启发性。创设问题情境的方法，不单单靠提问，它还可以是生动的讲解、美妙的实验、精练的板书、自然的手势、恰当的表情、直观化手段以及扣人心弦的故事等。

巧设疑问，培养学习兴趣

可以提一些结合学生自身的问题。例如，在完成一个有关于二氧化碳传感器的实验时提出问题，“同学们有没有发现教室里的温度比室外的温度高呢？这是为什么呢？”这样引出二氧化碳的存在。然后继续提问，“平时我们在化学实验中通过实验来制二氧化碳，那大家知道二氧化碳的含量到底有多少吗？”由此引出二氧化碳传感器。之后，带领同学操作二氧化碳传感器实验，进一步了解有关于实验的知识点。

通过传感器实验，增强学习兴趣

在实验过程中，以学生为主体性，让学生配合教师来完成实验，学生便于理解，又可增加学习兴趣。

以下是一个有关于心率传感器的实验:

一、实验原理

手握心率传感器由一套手握柄和一个插入接收器组成。测试者一手拿着一个手握柄来测试心率，手握柄上标注了左手或右手，并且每一个手握柄都显示了手指应该放的位置，左手手握柄和接收器都标注了排列用的箭头。当采集数据时，把每个设备上标明的箭头排列成相同方向是很重要的。

插入式接收器连接以上罗列的任何一个界面。发射器透过两个手握柄上的电极以心电图的准确性探测每一次心跳，并将心率资料通过一个低频率的电磁场输送到插入式接收器。插入式接收器的接受范围为80～100厘米或大概3英尺。

通常情况下，使用手握心率传感器，就像使用任何一种连接到你的界面的传感器一样，你可以将每一次心跳进行绘画处理，并分析峰与峰之间的时间，以此来计算心率。但很多时候，使用一个程序简单地把每分钟心跳的心率显示在屏幕上是比较方便的。我们的采集数据程序对所有的界面都可以执行这个任务。

二、实验步骤

首先，连接手握心率传感器、界面和计算机；其次，启动Logger Pro或Logger Lite软件；最后，程序将自动识别手握心率传感器，这样就可以准备采集数据了。

三、实验项目

实验项目有很多种，如比较不同人的心率；测量一个人在激烈活动（例如做跳跃运动）前、之间和之后的心率；测量一个人在运动后的心率返回平常心率要多久（恢复率）；查看气压感受器反射，即当一个人躺着、坐着和站着时，由于不同的供血水平所导致的心率改变；查看一个人在唱歌时的心率；当一个人屏住呼吸时检测他/她的心率。

正常成年人安静时的心率有显著的个体差异，平均在75次/分左右。同一个人，在安静或睡眠时心率减慢，运动时或情绪激动时心率加快。经常进行体力劳动和体育锻炼的人，平时心率较慢，健康成人的心率为60～100次/分，大多数为60～80次/分，女性稍快。青少年的平均最大心率（MHR）为220次/分。

让学生在科普探究实践的过程中，注重体验和感悟，重在摆脱学生内化教材观点，又便于学生对知识的接受和理解，从而也激发学生的兴趣。

总结

把传感器运用于科普探究实践中，让同学们在一种切身体验中学到有关于科学知识，促进了学生参与实践的主动性，培养了学生学习科学知识的兴趣度，提高了学生的思维能力、实践能力和创新能力。