傳感器在小學科學探究實驗中的應用
技術在線
作者：徐春明
在科學教學中，教師要注重通過探究實驗再現科學發現的過程，從而讓學生體驗到“猜想—驗證—歸納”的科學探究過程。傳統條件下，相當一部分探究過程中學生探究需求受到限製，可進行科學探究實驗的內容相對較少，而且定性、模糊的研究居多。隨著數字技術的迅猛發展，尤其與科學實驗關聯度較大數字技術——傳感器，給解決這些問題帶來了契機。傳感器以其精確、智能、易於操作等優勢，可大大提高這種探究過程的實效。
將數字傳感器技術引入科學探究實驗，不僅是讓學生親曆探究活動更有保證，而且可以拓展研究內容，更好地滿足學生的好奇心和求知欲；降低實驗難度，提高實驗效率，讓學生有更多的時間和精力反思、交流自己和同伴的探究過程，整理、分析實驗現象和數據，完成對新知的自主建構；創新實驗方法，擁有更多定量實驗的機會，讓學生探究活動更接近科學本質。筆者結合課堂實踐，對傳感器在小學科學探究實驗中的應用談幾點自己的心得。
1 精確測量，拓展實驗內容
探究式科學教育的第一步就是“提出問題”，教師將學生引入情境，讓他們觀察和獲得有關的信息，逐步聚焦話題。從學生原有的概念和實際理解出發，由教師或在教師幫助下由學生歸結出將要進行探究的問題[1]。學生對原有概念和實際理解各異，產生的研究需求也是多樣化的，在需求和條件之間往往會產生矛盾，隻有積極創造條件，才能進一步拓展研究內容，盡可能滿足學生多樣化的探究需求。
蘇教版小學科學四上，安排了研究內容——“熱水變涼”。但熱水變化不僅僅隻有“溫度變化”這一方麵，還包括“重量變化”。在傳統的教學中，受製於工具的限製（天秤的精度不夠，操作難度又非常大，容易出錯），我們通常刻意回避學生所關注的“重量變化”內容。
針對類似於以上的情況，重力傳感器技術很自然地成為了探究活動的重要工具。我們可以采用量程為200 g，精度為0.01 g的數字電子秤。利用其中的重力傳感器測量重量變化並通過數字屏顯示出來，實驗既容易操作，數據也能很直觀方便地讀取，使學生能很方便地搜集數據，分析、歸納和研究熱水重量的變化規律，拓展了探究內容。
2 智能控製，降低實驗難度
“小車下山的速度”傳統的做法是學生分工合作：一位學生手動放小車，一位學生用秒表計時，然後再對測得的數據進行分析與比較。實驗的弊端主要有兩個環節：一是手動放小車因為人的原因不能做到小車完全自然下滑；二是手動秒表計時易犯錯、數據誤差大。技術限製導致的測量不準確，可能引起學生對實驗設計和初始判斷的否定，對學生探究未知形成障礙。
解決的方案理論上有兩種：一種加長斜坡，使運動時間增加，從而相對減小數據誤差；第二種是改進實驗設計，獲得更精確的數據。其中第一種方法在實驗室中較難實現；第二種方案可采用“傳感器”技術來實現，比較可行。如引導學生利用“光電門傳感器”對“小車下山的速度”進行精確測量，效果很好。但“光電門傳感器”整套設備比較昂貴，普及相對困難。我們可以利用這一原理，製作“土傳感器”，來幫助學生開展科學探究：一是利用電磁鐵來控製小車的下滑；二是在斜坡的上、下端製作兩個動觸點開關，將兩個開關並聯並與秒表控製鍵中接出的兩根線相連。這樣電磁鐵斷電後磁性消失，小車失去吸引後在重力牽引下自動下滑，接觸上端開關，秒表開始計時，小車下滑至下端開關，秒表自動停止計時。實驗中利用傳感器原理進行智能控製，排除了兩個主要引起誤差的因素，降低了實驗難度，提高了實驗準確性，一組組精確的實驗數據，為學生進一步的思考、討論、各抒己見提供了科學的依據，學生歸納獲得的探究結果更真實更準確。