傳感器運用于科普探究實踐的策略研究

顧宏倫 戴春娜

傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件，能夠探測、感受外界的信號、物理條件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。

人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。

新技術(shù)革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在我們的生活中，傳感器的運用范圍已十分廣泛，如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程，甚至文物保護等極其廣泛的領(lǐng)域。目前，寧波市鎮(zhèn)海區(qū)中小學(xué)生社會實踐基地將傳感器運用到了科普探究實踐中，通過各類傳感器實驗，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)探究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知能力，更直觀地學(xué)到科學(xué)知識。

培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)入門的金鑰匙，這是促進學(xué)生主動發(fā)展的內(nèi)在因素。

創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)認(rèn)知好奇心

所謂問題情境，即不能直接用已有的知識處理，但可以間接用已有知識處理的情境。問題的難度是構(gòu)成問題情境的一個重要因素。兒童心理學(xué)家皮亞杰認(rèn)為，感性輸入的信息與人現(xiàn)有認(rèn)知結(jié)構(gòu)之間具有中等程度的不符合時，人的興趣最大。

瑞夫（Reeve，1996）提出激發(fā)學(xué)生好奇心的五個策略:

一、制造懸念

亞里士多德提出，“思維自驚奇和疑問開始”，學(xué)生的思維活躍于疑問的交叉點。教師要巧妙地設(shè)置懸念，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)情趣，使學(xué)生產(chǎn)生欲解不能，欲罷不舍的心態(tài)，從而把學(xué)生的注意力、思維、動機凝聚在一起，以達(dá)到學(xué)習(xí)的最佳狀態(tài)，促使其積極主動地參與學(xué)習(xí)。

二、讓學(xué)生猜測，教師提供反饋

沒有大膽的猜測，就做不出偉大的發(fā)明。在教學(xué)中，讓學(xué)生大膽地猜測，能收到意想不到的激發(fā)興趣的效果。

三、充分利用學(xué)生的原有知識，激發(fā)他們的求知欲

皮亞杰認(rèn)為，“兒童和青少年的好奇心不完全取決于一個東西的物理特性，而要看它和主體的過去經(jīng)驗的關(guān)系如何?！睂W(xué)生對新穎的，并與原有經(jīng)驗有緊密聯(lián)系的教材最感興趣。當(dāng)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生似曾相識，卻又有些陌生的感覺時，最能誘發(fā)他們好奇的內(nèi)驅(qū)力，激起他們求知、探究、操作等學(xué)習(xí)愿望。教學(xué)中創(chuàng)設(shè)一種使學(xué)生面臨“似懂非懂”或“一知半解”的問題情境，能極大地激發(fā)他們的探究興趣。

四、引起爭議

利用學(xué)生的不同見解，巧妙設(shè)計問題，引起對不同結(jié)論的爭論，對激發(fā)學(xué)生的思維最為有效，既能引起學(xué)生尋求真理的興趣，又能對問題實質(zhì)得以深刻的理解。

五、制造矛盾

課堂提問能否有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，關(guān)鍵是看這些問題能否起到揭示矛盾、造成學(xué)生心理不平衡的作用。創(chuàng)設(shè)問題情境的原則是:問題要小而具體；難度適當(dāng)；新穎且有趣；富有啟發(fā)性。創(chuàng)設(shè)問題情境的方法，不單單靠提問，它還可以是生動的講解、美妙的實驗、精練的板書、自然的手勢、恰當(dāng)?shù)谋砬?、直觀化手段以及扣人心弦的故事等。

巧設(shè)疑問，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣

可以提一些結(jié)合學(xué)生自身的問題。例如，在完成一個有關(guān)于二氧化碳傳感器的實驗時提出問題，“同學(xué)們有沒有發(fā)現(xiàn)教室里的溫度比室外的溫度高呢？這是為什么呢？”這樣引出二氧化碳的存在。然后繼續(xù)提問，“平時我們在化學(xué)實驗中通過實驗來制二氧化碳，那大家知道二氧化碳的含量到底有多少嗎？”由此引出二氧化碳傳感器。之后，帶領(lǐng)同學(xué)操作二氧化碳傳感器實驗，進一步了解有關(guān)于實驗的知識點。

通過傳感器實驗，增強學(xué)習(xí)興趣

在實驗過程中，以學(xué)生為主體性，讓學(xué)生配合教師來完成實驗，學(xué)生便于理解，又可增加學(xué)習(xí)興趣。

以下是一個有關(guān)于心率傳感器的實驗:

一、實驗原理

手握心率傳感器由一套手握柄和一個插入接收器組成。測試者一手拿著一個手握柄來測試心率，手握柄上標(biāo)注了左手或右手，并且每一個手握柄都顯示了手指應(yīng)該放的位置，左手手握柄和接收器都標(biāo)注了排列用的箭頭。當(dāng)采集數(shù)據(jù)時，把每個設(shè)備上標(biāo)明的箭頭排列成相同方向是很重要的。

插入式接收器連接以上羅列的任何一個界面。發(fā)射器透過兩個手握柄上的電極以心電圖的準(zhǔn)確性探測每一次心跳，并將心率資料通過一個低頻率的電磁場輸送到插入式接收器。插入式接收器的接受范圍為80～100厘米或大概3英尺。

通常情況下，使用手握心率傳感器，就像使用任何一種連接到你的界面的傳感器一樣，你可以將每一次心跳進行繪畫處理，并分析峰與峰之間的時間，以此來計算心率。但很多時候，使用一個程序簡單地把每分鐘心跳的心率顯示在屏幕上是比較方便的。我們的采集數(shù)據(jù)程序?qū)λ械慕缑娑伎梢詧?zhí)行這個任務(wù)。

二、實驗步驟

首先，連接手握心率傳感器、界面和計算機；其次，啟動Logger Pro或Logger Lite軟件；最后，程序?qū)⒆詣幼R別手握心率傳感器，這樣就可以準(zhǔn)備采集數(shù)據(jù)了。

三、實驗項目

實驗項目有很多種，如比較不同人的心率；測量一個人在激烈活動（例如做跳躍運動）前、之間和之后的心率；測量一個人在運動后的心率返回平常心率要多久（恢復(fù)率）；查看氣壓感受器反射，即當(dāng)一個人躺著、坐著和站著時，由于不同的供血水平所導(dǎo)致的心率改變；查看一個人在唱歌時的心率；當(dāng)一個人屏住呼吸時檢測他/她的心率。

正常成年人安靜時的心率有顯著的個體差異，平均在75次/分左右。同一個人，在安靜或睡眠時心率減慢，運動時或情緒激動時心率加快。經(jīng)常進行體力勞動和體育鍛煉的人，平時心率較慢，健康成人的心率為60～100次/分，大多數(shù)為60～80次/分，女性稍快。青少年的平均最大心率（MHR）為220次/分。

讓學(xué)生在科普探究實踐的過程中，注重體驗和感悟，重在擺脫學(xué)生內(nèi)化教材觀點，又便于學(xué)生對知識的接受和理解，從而也激發(fā)學(xué)生的興趣。

總結(jié)

把傳感器運用于科普探究實踐中，讓同學(xué)們在一種切身體驗中學(xué)到有關(guān)于科學(xué)知識，促進了學(xué)生參與實踐的主動性，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識的興趣度，提高了學(xué)生的思維能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。