传感器促进小学生科学概念建构

雷晓晖

传统的科学实验教学，有的费时，导致实验效率低，有的操作复杂，耗费学生更多时间和精力，有的实验数据误差较大，结论可信度不高，这明显不利于小学生科学精神的培养。传感器技术是现代科技的前沿技术，为了探究数字化传感器技术在优化小学科学概念建构方面的教学效果，我们在两个班各上一节《怎样得到更多的光和热》进行对比研究，一个班用传统温度计，一个班用传感器。教学结束后，我们做了相关问卷调查。从教学效果和问卷来看，传感器技术有利于提高小学生科学概念建构，主要表现在以下几个方面。

实验现象更直观，有助于学生分析科学概念

两节《怎样得到更多的光和热》，不管是使用传统温度计还是使用传感器，都测出了温度，但在分析数据时，传统温度计的方法还要进行人工温度变化曲线的绘制，而数字化温度传感器则直接把曲线图显示出来，这样能使实验现象更加直观（如图1），能很快引发学生思考吸热能力与温度的关系而得出结论，达到教学目标。

实验数据更精准，有利于学生领会科学概念

《怎样得到更多的光和热》这一课中，由于传统温度计测量时的误差较大，加上读取3个温度计数据需要一定的时间，而且每个学生的读数操作也不一定准确，影响实验数据的精准性。如果材料的对比不太明显，学生很难得到正确的结论，不利于帮助他们理解科学概念。在两节课中我们发现，同样是测量黑、白、淡黄色3种实验材料的吸热实验，用传统温度计测量时，白色和淡黄色的实验数据非常接近，用传感器测量时，效果比较明显，传感器有利于帮助学生理解白色和淡黄两色吸热能力对比的科学概念。

具体到其他的科学课，由于实验设备的欠缺，许多科学探究实验的分析只停留在对科学概念的定性分析上，没有以可靠的实验数据来支撑的定量分析，不利于学生使用动态曲线去描述实验过程中物理量间的关系。

例如三年级学生在探究条形磁铁哪个部位磁力最大时，以往的实验方法是通过观察磁铁吸引回形针数目的多少来判断不同部位的磁力大小。实验中，由于磁铁与回形针的接触面积有限以及其他一些因素影响，往往只能得到磁铁哪里吸引的回形针越多即哪里磁力越大这一定性的结论，难以认识到磁铁各部位与磁力大小的比例关系。数字化磁力传感器则能直接检测到磁铁磁力的大小，从而让学生发现磁铁两端与中间磁力大小的不同，有利于加深学生对磁铁各部位磁力大小的科学概念的理解。

实验更快捷，有利于学生更快理解科学概念

《怎样得到更多的光和热》这一课，不管是传感器还是传统温度计都测出了温度，但使用传感器更快捷，实验得出数据和曲线图的时间非常短，前后不到5分钟。传统的实验方法测量需要8分钟甚至更多，等最终画出曲线图，就花了约15分钟的时间，并且画出来的曲线图也不太清楚，影响了实验效果的准确性。所以，数字化传感器的快捷性，解决了传统实验中速度慢、不准确的难题，从而提升了学生理解科学概念的效率，优化了课堂教学效果。

实验更新颖，有利于激发学生求知科学概念

小学科学探究主要是讓学生在体验中学习科学，发现生活中的科学。在学生利用热传感器学习《怎样得到更多的光和热》和测量散热材料的实验后，我们做了40份问卷调查，发现：

有35位同学认为温度传感器的使用能直观地观察到不同材料的温度变化，很好地帮助他们比较不同材料的性质;学生在了解温度传感器的使用方法后，有36人很喜欢用传感器来探究学习，希望可以用其测量一天中手的温度变化、测量光与热的关系、测量一天中早上与晚上的温度变化等一些自己想做的探究实验。

这表明，数字化传感器的强大功能与使用形式，极大地丰富了学生科学探究的内容，有利于激发他们对科学概念的求知欲望。

当然，数字化传感器在小学课堂中也要防止被过分使用，而弱化小学生计算、动手操作能力， 或忽略探究、阻碍学生转换思维发展等负面影响。例如，在探究影响单摆摆动快慢因素的实验中，速度传感器的引入极大地方便学生测量单摆经过某点的速度从而找出影响单摆摆动的快慢因素。数字化传感器能使学生更直观、更快捷地得到实验结果，但同时它也减少了学生的动手操作过程，在一定程度上减少了学生的实验参与度，弱化了小学生的动手操作能力。

分析对比两节课我们认为，将数字化传感器引入小学科学的探究实验中，弥补了传统课堂因受实验设备限制导致部分实验不严谨的不足，使得小学科学探究活动更丰富，实验数据更精确，实验结论更可信，它能有效地帮助学生在科学课堂上提高对科学概念的理解，从而激发学生学习科学的兴趣，培养学生的科学探究精神。但教师同时要树立教学为主、传感器等教学工具为辅的意识，避免出现弱化学生计算和操作能力等弊端。