例談數字傳感器在科學探究中的應用

于慶

小學科學是以探究為主的學科，探究是科學學習的目標也是方式。隨著科技的不斷發展，一些新的實驗儀器開始進入小學實驗室。比如我們學校的實驗室，就先后配備了數字傳感器實驗系統、數字星球系統和數字顯微鏡實驗系統。怎樣讓數字技術融入我們的科學課堂，應用于學生的探究活動，提高學習效率，是擺在我們科學教師面前的一個課題。

筆者結合蘇教版科學教材的幾個具體課例，談一談怎樣讓數字技術走進課堂，使探究活動更加精彩。

一、溫度傳感器在《冷熱和溫度》課中的應用

《冷熱與溫度》是蘇教版小學科學四年級上冊第二單元“冷和熱”的第一課，其內容是先讓學生了解用溫度計測溫的必要性，以及怎樣用正確的方法來測溫;再研究一杯熱水冷卻后的動態變化過程，引導學生觀察記錄這一常見現象，并根據數據畫出曲線圖，讓學生發現其中的規律，培養學生的探究能力和科學素養。

研究熱水變涼的變化規律，無疑是本課的一個重點。

（一）了解溫度傳感器的結構和使用方法

引入：同學們，我們桌上都有一個很奇妙的實驗器材，你知道它是用來研究什么的嗎？（測溫度）

學生觀察傳感器的組成和結構。

課件介紹使用方法及注意事項：

1.打開電腦上的實驗軟件。

2.將傳感器前端的探針浸入待測的液體里面。

3.探針不要碰到容器的底和壁。

4.記錄屏幕上出現的數字。

下面我們來測一測燒杯里水的溫度并記錄下來。

學生小組測量。

（二）利用傳感器探究熱水變涼的變化規律

1.提出問題：

一杯熱水放在桌子上，室溫下它會漸漸變涼，溫度在不斷下降。那么它的下降的速度是怎樣變化的呢？

2.學生提出假設。

3.出示實驗要求。

4.小組內分工合作，使用傳感器測量并記錄。

5.交流匯報。

6.學作曲線圖。

①教師選擇一組表格，講解：我們能夠使用一條曲線圖來表示溫度的變化，這就是曲線圖。

②講解曲線圖的畫法，示范直到學生作出曲線圖。

③學生作曲線圖。

7.大家打開電腦中實驗軟件的統計圖，把它和我們自己繪制的統計圖進行對照。

8.教師提出問題，引導學生觀察：0～2分鐘，線段坡度怎么樣？（較大）說明溫度下降較快，8～10分鐘的線段坡度呢？（較小）說明溫度下降較慢，這說明溫度下降先快后慢。從而得出結論。

9.講解：

當熱水進入杯里與室內溫差比較大時候，熱量會散發得快，與周圍溫度接近時，就會散發得慢了。

二、力傳感器在《力在哪里》課中的應用

《力在哪里》是蘇教版小學科學四年級下冊第四單元“無處不在的力”的第一課，主要是指導學生在根據日常生活經驗和體驗的基礎上，第一次認識有關力的科學規律。

在“測量力的大小”這一教學環節，傳統的做法是先指導學生正確地使用彈簧測力計，再讓學生使用彈簧測力計測量各種力的大小。

但在以往的教學中我發現，彈簧測力計由于自身結構和制作工藝的原因，需要在使用前將指針調零，在測力過程中，需要控制速度，并且準確讀數，這些要求對于四年級的小學生來說，是有一定的難度的。很多時候，學生由于對彈簧測力計操作不規范，得到的實驗數據不夠準確，乃至影響最后的實驗結果。

力傳感器則克服了彈簧測力計的這些弊端，既可以測拉力，又可以測壓力，一鍵調零，測量結果直接以數字形式顯示，特別適合小學生使用。

教學設計：認識力的大小

（一）兩人一起做掰手腕游戲，比一比誰力氣大

（二）談話：我們要測一測力的大小，可以使用力傳感器，力的單位是牛頓

（三）使用彈簧秤測力的大小

1.講解使用方法：

①將力傳感器連接電腦，打開電腦軟件。

②在軟件頁面按調零鍵。

③測量的物體最大值，不能超過彈簧秤標準。

④移動物體測量拉力時，盡量勻速。

2.練習測力：

測提起蘋果的拉力。

在桌面拉動蘋果，測拉力。

比一比，哪種方式用的力大。

三、光電門傳感器在《小車的運動》課中的應用

《小車的運動》是蘇教版小學科學四年級下冊第三單元的第四課，要求學生在學習了運動的方式的基礎上，對小車在平面上的移動開始具體的探索。以學生喜歡的小車為話題，對小車在平面上的活動提出問題，小車的速度與哪方面有關系，依據問題，提出各自猜想，使用控制變量方法來驗證，最后得出結果。

教學過程：

（一）導入新課

1.我們來研究小車的運動。

2.出示圖片，提問：汽車快慢與哪些變量相關？

3.學生討論交流。

4.小結：影響小車運動快慢的因素：

①與小車重量大小有關;

②與路面有關;

③與拉力的大小有關。

（二）自主探究

1.同學們猜測的小車快慢和輪子多少、汽車拉力、路面有關，那怎么證明猜想是對的？

2.如果利用桌上的器材，讓你來做實驗，你準備怎樣做？學生討論實驗方案。

3.強調要改變的因素是拉力大小;保持不變的因素是車重、距離。

4.學生分組實驗、記錄，教師巡視。

5.匯報實驗結果。

6.總結：雖然每一小組的數據各有差異，但結果相同，拉力越大，速度越快。

探究活動中，測量小車行駛的時間是必不可少的，以往都是指導學生用秒表來測量。當小車跑得比較慢的時候，學生都能比較準確地測出行駛的時間。當拉力比較大、小車跑得比較快的時候，學生往往反應不過來，測得的時間誤差比較大。

我在教學這一課時，使用了光電門傳感器。光電門傳感器的結構是，在小車上樹立一塊特定寬度的遮光板，當小車經過光電門時，遮光板會短暫地切斷光電門之間的紅外線，根據切斷光線的時間以及遮光板的寬度，電腦軟件可以自動計算出小車當時的瞬時速度。

使用光電門傳感器測量小車的速度非常準確，降低了實驗的難度，使學生從實驗操作中解脫出來，可以更專注地觀察、思考、交流。

總之，相較于傳統實驗器材，數字實驗儀器確實在工藝的先進性、測量的準確性、操作的便捷性方面優勢明顯。合理利用數字技術進行探究活動，可以讓探究實驗的數據更精確，效果更顯著。