传感器在信息科技课程中的价值定位与教学策略分析

王世法 山东省济南市长清区乐天中学

随着《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“义教信息科技课标”）的颁布，对课程核心内容与教学策略的探索逐渐深入。因此，笔者根据之前的研究与教学反思，基于信息科技课程的核心内容——传感器展开了课程价值分析与教学策略讨论。

●传感器在课程中的地位

在义教信息科技课标中，传感器明确出现在“过程与控制”与“物联网实践与探索”两个模块中。此外，“人工智能与智慧社会”“身边的算法”等模块对传感器也有所涉及。

1.传感器是“过程与控制”的核心内容

传感器以电信号的形式向连接的控制系统提供输出，是控制系统的核心部件，是“过程与控制”模块的的核心内容之一。在第三学段中，“过程与控制”模块是这样描述的：“引导学生分析具体案例，找到其中存在的反馈和环路，发现反馈作用于输出的计算方式，理解系统控制的过程。”在范例中，以空调原理来涉及传感器的作用：“温度传感器实时检测房间温度，并传送给控制电路，控制电路比较输出与输入情况，对压缩机下达相应的工作指令。”“依靠检测输出、返回与输入比较、重新调整工作部件的指令这一反馈过程，空调能够完成房间温度控制的任务。”可见，“过程与控制”中的传感器价值定位，主要体现出传感器的数据实时采集对反馈过程的作用，及其对闭环控制系统的整体功能实现的意义。

2.传感系统是物联系统中物物相联的数据节点

在义教信息科技课标第四学段中，“物联网实践与探索”模块的描述—“了解物联网（特别是传感器系统）是连接物理世界与数字世界的纽带和媒介”，明确了传感器系统在物联网中的地位，即传感器是物联网的核心内容。在跨学科主题学习案例“在线数字气象站”中，在育人价值部分内容中的描述为“学生可以认识传感器在各个场景中的应用，体验计算思维在规划项目中的作用，感受跨学科知识在设计、制作、发布、反思改进等环节中的应用”。另外，在活动目标中的描述为“比较数字气象传感器和传统测量设备，搭建真实或模拟的数字气象站数据采集装置，通过物联网设备汇集多个数字气象站”。可见，义教信息科技课标从传感器的功能意义、使用方法等方面都给出了针对物联网的具体的学习说明，清晰表明了传感器在物联系统中的意义，为教与学指明了方向。

3.传感数据是其他模块内容的优质数据来源

在“身边的算法”教学中，教师经常采用如电子测温（温度传感器）、手机横屏（重力传感器）来学习分支结构算法等；在“人工智能与智慧社会”中广泛涉及利用碰撞传感器、人体传感器等多种传感器进行数据的采集、过程的反馈等的学习。

因此，在现代信息科技中传感器的地位非常重要。例如，用自动门人体传感器检测人来比喻分支结构的条件，符合条件方可开门，这是传感器提供的数据作为判断依据的作用；又如，用光敏传感器和时间来控制路灯亮、灭，这是为多条件的判断完成逻辑运算的数据采集等。

●在课程学习中传感器的教学策略

如何更好地学习传感器的内容，或如何更好地采用传感器为其他内容做好数字素养与技能的培养“链接”成为新教学探索的重点。通过教学实践及反思，笔者提出以下教学策略。

1.技术实验教学策略

要想更好地将“信息科技”的“科”与“技”密切融合，可以通过数据采集观察实验的方式进行验证，在得到相应的验证之后，再应用于具体的实践学习。例如，教师可以组织学生在技术实验室中亲自动手安装和测试不同类型的传感器，并观摩其数据的变化，如光敏传感器在不同强度光源的数据变化、碰撞传感器在不同角度与力度的数据变化等，让学生直观感受传感器的工作原理和使用方法，这是通过“数据直观观察”对传感器进行学习。

2.案例分析策略

在缺乏技术实验背景的情况下，教师可以通过案例分析法进行讲解与学习。教师可以提前准备一定的视频、图片与实物（如手机、自动风扇），在观看、讨论与观察中引导学生通过案例分析具体传感器的实际应用，了解传感器的知识与应用。进而可以再通过分析智能家居系统中的传感器配置和工作方式，让学生更全面地了解传感器在实际应用中的重要性和对物联网的意义所在，这是通过“产品设计与功能分析”对传感器进行学习。

3.项目合作策略

随着传感器的普及，其价格也越来越便宜，学校可以适当购买传感器，采用分组合作学习的策略来节省耗材，发挥合作学习的效益。具体地说就是将学生按不同的传感系统搭建项目分组，并给每个小组分配一个必须用到传感器的项目，每个小组成员需要合作完成项目，并在课堂上展示和解释他们的作品，阐述相应的工作原理，这是通过“自主合作探究”对传感器进行学习。

4.故事化学习策略

针对小学阶段学生动手能力弱、直观感受强的特点，教师也可以通过角色扮演的策略突破传感器的学习难点，可以设计一些角色扮演的活动，如“传感器设计师”“传感器应用工程师”“神秘红外传感门”“碰撞传感超级宝宝”“光敏传感花仙仙子”等。学生在角色扮演的过程中，提高对传感器原理、设计和应用的理解，这是通过“趣味化体验”对传感器进行学习。

5.问题解决策略

问题解决是最有利于学生思维发展的学习策略，教师可基于实现世界中的数据采集需要，从应用情境、传感原理、应用设计等方面设计问题，如“路灯省电的方法有哪些”“红外传感器与光敏传感器有什么不同”“摄像头能不能当作传感器”等，让学生通过研究和探索相关的传感器知识，在解决问题的过程中激发学习兴趣和学习积极性，提升问题分解、算法思想等诸多计算思维，这是通过“思考式探究”对传感器进行学习。

6.创新活动策略

创客项目是传感器最具创新的学习方式。教师可以结合线上和线下的学习资源，给提供学生不同层次的创客项目，鼓励学生设计并制造出自己的传感器系统或创新应用传感设备，这样一方面能帮助学生巩固理论知识，另一方面也能提高学生的创新能力和实践技能，这是通过“思维创新与技术创造”对传感器进行学习。

●在传感器教学中原理、技术与应用相融合

无论采用哪种教学策略，对传感器的学习都要充分体现义教信息科技课标中要求的核心素养，体现信息科技育人价值。下面，笔者以光敏传感器为例，讨论如何形成更规范的教与学设计。

学习主题：光敏传感器在控制系统中的应用探究。

学习目标：①了解光敏传感器的工作原理和用途。②掌握光敏传感器在具体的自动街灯、自动窗帘等控制系统中的应用及数据采集基本方法。③提高利用传感系统解决问题的意识能力，树立学生在效率、人文等领域的社会责任感。④一定群体可提高传感器组装实践操作能力。

学习过程：①理解光敏传感器的基本原理，可通过实验观察光敏传感器响应光线强度的变化。②讨论自动街灯、自动窗帘等具体控制系统或物联系统的基本构成和工作原理，重点探究光敏传感器在控制系统中的作用。③体验如何利用光敏传感器进行自动街灯、自动窗帘等控制或物联系统的开关控制，包括相关电路的设计和硬件组装、软件调试等。

问题探究：①讨论探究光敏传感器的应用场景中可能遇到的干扰问题。②讨论如何改进传感系统，使其更加智能、节能等。

学习评价：①对学生的创意、理解和设计思路进行重点评价。②对学生学习活动的参与程度和问题解决意识进行评价。③在学习过程中提高学生理解和掌握光敏传感器的基本原理程度，不断通过活动与问题引导推进学习。

拓展实践：①通过项目学习活动，搭建一个简单的自动街灯控制系统或自动窗帘物联系统，可分组合作学习。②学生自行设计和搭建有关光敏的控制系统或物联系统，重点在于主题创意、技术规划与功能实现方法，有条件的可以全面设计并测试该系统在不同光线条件下的工作效果，对作品进行相互评价。

总之，在传感器相关的内容教学中，教师要注重融合原理、技术和应用，强调理论与实践结合，加深学生对传感器的理解，引导学生通过技术实验和设计实践操作，在搭建传感器电路、采集数据、分析结果的过程中，更自然地将理论知识与实际应用相结合。