传感器技术在小学科学实验教学的应用

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一、引言

随着信息技术的发展，出生在数字时代的小学生们从小就接触了丰富的数字产品，他们体验到了这些先进设备带来的便利和乐趣。相比之下，传统科学实验室里的一些瓶瓶罐罐们，有时很难满足学生发展的需要。一方面，有的传统实验器材使用起来费时，导致实验效率很低，有的传统实验器材操作过程复杂，导致学生的时间和精力都用在操作过程上，没有了观察实验现象、思考问题和得出结论的时间。另一方面，小学科学实验计划中涉及力学、电磁学、声学等领域，实验数据较难获取。因此在科学实验教学中，往往实验数据误差较大，只能勉强得出一些所谓的科学结论。长此以往这样的科学教学既限制了学生获取数据、分析数据能力的提高，也阻碍了学生科学探究精神的培养。在传统小学科学实验教学中往往只进行一些简单的定性描述和推理实验，定量实验很难开展。随着数字技术走进校园，传感器测量技术为小学科学教学开展定量实验创造了条件。它为学生提供了一个自主探索的平台，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。从而也激发了学生的学习兴趣,解决了我们传统科学教学中所解决不了的问题，让我们的科学课堂教学效率大大提升。

二、完善小学科学探究设计，突出传感器技术的优势

1.巧用传感器技术使科学过程具体化

戴尔指出“教育应从具体经验入手，逐步进入抽象，有效地学习之路必须是铺满着具体经验。”小学科学以实验为基础，由于实验器材限制，有些实验在传统小学科学实验室中无法完成。而数字化探究实验室突破了这些限制，利用传感器技术替代传统的测量仪器完成力、热、声、光、电等多种数据的采集。数据通过数据采集器处理后上传到计算机，由教学软件进行实时的处理与分析。例如传统的弹簧测力计在课堂中学生一般只关注最终的测量结果，很少关注弹簧测力计的读数变化，不会进行数据的记录，更谈不上给学生提供有分析价值的数据。而传感器技术把过程数据详细记录下来，并且绘制出了相关曲线，使科学过程变得具体化，让学生亲身经历了探究过程。

2.巧用传感器技术使科学现象直观化

声音的大小和高低这两个概念很容易混淆，小学生在学习这两个概念前往往认为声音越大音调也会越高。因此在教学《声音》这一内容时，怎样让学生了解并区分声音大小和高低概念成为让教师头疼的事情。自从声音传感器走进了校园，问题一下子迎刃而解了，声音传感器可以直接检测出整个声音的衰减过程，并且在计算机上清晰地呈现出这一过程。传感器技术将看不见的波变成了直观化的曲线，用动态图的形式减轻了学生的认知负担。

3.巧用传感器技术检验科学实验成效

传感器测量的数值精度较高，这是感官感受无法比拟的，因此将传感器技术运用在检验实验成效时可以减少感官的“误判”。例如学生进行保温装置的设计时，为了弄清自己设计的保温装置的效果，可以让学生打开温度传感器，将温度传感器放入保温装置中一段时间，通过观察分析系统软件中显示的温度变化值和曲线变化，检验学生设计的保温装置的成效。此外还可以将数据图表生成为实验报告，为学生进一步改进自己的装置提供证据。同时也为教师评价学生的最终设计成效提供了精确的过程性资料和证据，避免传统实验条件下靠手摸一摸的不准确。

三、转变小学科学探究形态，注重定量研究和分析

1.转变当前重定性轻定量研究的现状。传感器的技术的运用为定量研究创造了条件，一方面教会学生将观察的结果用物理量、动态曲线来表示，另一方面还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，从而间接观察。比如声音看不见摸不着，我们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。定量分析是科学研究的重要思想，我们很多实验发现并不是直接观察的结果，而是对转变后的物理量进行观察统计，从而间接得出科学结论。

2.正确认识定量统计分析的意义。学生运用传感器技术进行测量之后，更为重要的是必须对这些物理量进行有效的统计分析，教师应指导学生如何正确理解实验误差，很多时候学生只知道要多次测量取平均值，但不知道为什么要这样做，不知道平均值的意义，这也造成了学生难以真正理解误差。因此建议教师在指导学生测量前，一要提醒严格控制实验条件，减少误差；如果测量的数值相差较大，可能是实验控制出现了问题，应重新改进实验；在正式测量前要多练习几次，等熟练之后再取测量值，确保测量值的信度。

3.应用统计分析建立科学模型。心率传感器可以测量人的心跳，课堂上指导学生分组测量自己的心率，让学生先安静下来，然后用心率传感器技术结合软件应用来进行测量，并在大屏幕上进行全班数据汇总绘制成条形图，统计分析实验数据发现，人在安静状态下心跳频率集中在一个什么样的范围内。根据这个范围我们可以建立清晰的模型。科学模型往往离不开数学统计，这也是我们强调定量研究分析的意义所在。

四、丰富小学科学探究内容，超越传统教材设计

一些传统实验器材无法完成的实验，我们的教材就作为课后拓展或者直接忽略。我们将传感器技术引入课堂，就需要对教材进行重新设计，首先得让学生懂得传感器的原理以及相关的软件是如何利用传感器来采集分析数据的。教师和学生只有都对传感器的知识有一定的了解，知道该软件应用的大致设计原理后，才能有效地利用它。此外，一些新的物理量也要列入小学科学教学内容。例如引导学生认识噪音的单位分贝（dB），不同环境的噪音大致的范围是多少，噪音会对人体健康产生影响吗。

作者：孙梅芳 单位：太仓市港城小学