传感技术在小学科学探究中的应用研究

辽宁渤海大学教育与体育学院 孙梅芳

数字化探究室走进了小学校园，先进的传感技术给小学生科学探究提供了多样化、开放性的自主探索平台，给他们展示了更直观、生动的教学内容，优化了小学科学课堂教学情境。数字化设备成了学生进行科学探究、实践和创新的工具，同时也成了学生获取、理解和应用科学知识的重要途径，从而为学生提供解决问题的机会，激发了学生的学习兴趣,调动了学生的学习积极性，解决了传统科学教学中解决不了的问题，让我们的科学课堂教学效率大大提升，给小学科学教学提供了新的可能。

一、紧跟时代，彰显传感技术优势

（一）技术支持，反映先进科技成果

很多国家都重视传感技术，例如，早在20世纪80年代美国就已进入传感器时代，日本则把传感技术列为十大技术之首。随着教育改革的推进，传感技术被运用于学科实验教学中，出现了现代技术与基础教育相结合的现象，最早被应用于数学教学，后来慢慢地发展到物理学科教学。我国起步较晚，20世纪90年代教育领域才开始对传感技术进行研究。

近年来随着信息技术的迅猛发展，曾经只应用于高端领域的传感技术，现已悄悄地融入了我们的日常生活。例如，智能手机中配置了多种传感器，检测步数的重力传感器、光线传感器等；电子台秤应用了压力传感器；公共场所安装了温度传感器等，这些人性化的应用，给人们带来了便利，同时也让我们的生活变得更有乐趣。随着数字化传感技术走进校园，给小学科学教学提供了技术支持，让我们感受到了传感技术的无穷魅力，也为学生在科学探究中使用传感技术创造了条件。

（二）课程改革，突出科学学科特征

小学科学课程实施的主要形式是探究活动。韦钰在《探究式科学教育教师指导书》中提出,科学探究主要由六个步骤组成:提出问题—预测和猜想—试验设计—寻求实证—数据收集和分析—结论和表达。在教学中教师要为学生提供更多机会学习探究的方法，帮助学生体验“猜想—验证—归纳”的科学探究过程，引导学生在“做中学”的过程中发现科学探究的乐趣，掌握探究的方法，在潜移默化中养成严谨的科学态度。

传统实验器材操作过程复杂，大量的时间和精力浪费在数据获取和记录上，导致学生没有足够的时间来进行问题的思考以及交流等。传感器的应用可以把学生从烦琐的数据处理工作中解放出来，将注意力集中到其他探究环节上，为学生开展合作与交流提供了时间和空间，更有利于学生探究能力的提高。此外，声学、光学、力学等实验数据很难获取，学生获得的实验数据存在很大误差，有时只能勉强得出结论，往往不能让人信服。这既不利于培养学生获取、分析数据的能力，也不利于培养学生的科学探究精神。而传感器可以精确测量学生感官无法感知的物质世界，精确地测量出各种物理量，从而帮助学生获取传统实验器材无法实现的事实，让科学探究顺利进行。

（三）以生为本，遵循认知发展规律

心理学研究表明，动机是引发认知学习的原因，也是认知学习的结果。想要传感技术在科学探究中发挥优势，必须先掌握小学生的心理认知特点。

1.巧用传感技术，吸引学生有意注意

小学生对周围的世界充满了好奇，他们的有意注意时间较短，容易分心，但是他们的求知欲强，遇到感兴趣的材料时，他们的注意力会相对集中，并且在科学知识的记忆上也表现更好。而传感器作为现代教育技术，与传统的“瓶瓶罐罐”相比，在激发学生学习兴趣上有显著的优势。此外，传感技术可以对科学现象进行精确测量，抽象性和精确性更高，能有效地集中学生的注意力，促进学生对事物的描述和认识由定性向定量转变，从而提高科学探究的效率。

2.巧用传感技术，促进学生思维发展

小学阶段，学生形象思维正逐渐向逻辑思维转化。传感技术可以利用数字采集软件，直观、动态地呈现实验数据，为学生从具体形象思维到抽象逻辑思维转化提供了有效的途径。此外，小学生好奇心强，他们希望通过新的认知工具来探究客观事实。传感技术可以帮助学生在科学探究中控制实验变量，让思维的有效性和深刻性在探究中得到提升。

二、积极探索，有效运用传感技术

(一)丰富探究内容

传统小学科学实验以定性实验为主，定量实验很难开展。有些传统实验器材无法完成的实验，科学教材就直接忽略或者作为课后拓展项目。但是很多定量实验需要通过对转变后的物理量进行观察和分析，从而间接得出科学结论。传感技术进入校园，为小学科学开展定量实验创造了条件，一是教会学生将观察的结果用物理量、动态曲线来表示，二是引导学生学会将无法直接观察到的物理量转化为可见的物理量，进行间接地观察。因此，为了充分发掘现有教材资源，科学教师必须对现有教科版3～6年级科学教材的探究实验进行整理，从8册书中整理出适合应用传感技术的实验。例如，声音看不见摸不着，教师可以通过声音传感器进行定量测量，并将测量数据用波的变化曲线表示出来。六年级上册《斜面的作用》中利用斜面代替弹簧测力计进行力的测量，分别测出物体的重力及用斜面拉的力；三年级下册《测量水的温度》应用温度传感器测量水温的变化，采集数据，根据数据变化曲线图发现温度变化规律。

（二）完善探究设计

1.探究过程具体化

戴尔认为：教育应从具体经验入手，逐步进入抽象，有效的学习之路必须是铺满着具体经验。传感技术替代传统的测量仪器突破了限制，完成力、热、声、光、电等多种数据的采集。数据通过采集器处理后上传到计算机，再由教学软件进行实时地处理与分析。

例如，五年级《运动与摩擦力》这一课，应用传统的弹簧测力计，学生一般只能观察记录最终的测量结果，很难关注到弹簧测力计的读数变化的过程。而力的传感器能把探究过程中的数据详细记录下来，并且绘制出相关的曲线，使探究过程变得具体化，让数据采集变得简单、精确有效，让学生充分感受到了探究的乐趣。

2.科学现象直观化

科学课上，声音的大小和高低两个概念学生很容易混淆，他们的前概念认为声音越大，音调也会越高。例如，在教学《声音》时，让学生了解声音大小和高低概念成了教师最头疼的事情。声音传感器的应用，能精确地检测出整个声音的衰减过程，并且在计算机上通过软件清晰地呈现出这一过程，问题迎刃而解了。声音传感器还可以检测到音叉振动的频率，以曲线图的形式呈现让学生一目了然，减轻了学生的认知负担。不得不承认，数字技术给科学测量带来了革命性的变化，不但操作简单方便，记录科学翔实，使一些不能直接观察到的现象变得更加直观，而且调动了学生的主动性，激发了学生对科学的学习兴趣。

综上所述，传感技术能反应最新科技成果，其强大的数据统计功能有利于促进学生思维提升，有利于激发学生的科学探究热情，突出了小学科学学科特征，帮助学生更加深入地开展科学探究，掌握科学知识，让学生充分利用实验中得到的精确数据，进行科学理论建构，从而更加有效地参与科学探究。♪