例谈数字传感器在科学探究中的应用

于庆

小学科学是以探究为主的学科，探究是科学学习的目标也是方式。随着科技的不断发展，一些新的实验仪器开始进入小学实验室。比如我们学校的实验室，就先后配备了数字传感器实验系统、数字星球系统和数字显微镜实验系统。怎样让数字技术融入我们的科学课堂，应用于学生的探究活动，提高学习效率，是摆在我们科学教师面前的一个课题。

笔者结合苏教版科学教材的几个具体课例，谈一谈怎样让数字技术走进课堂，使探究活动更加精彩。

一、温度传感器在《冷热和温度》课中的应用

《冷热与温度》是苏教版小学科学四年級上册第二单元“冷和热”的第一课，其内容是先让学生了解用温度计测温的必要性，以及怎样用正确的方法来测温;再研究一杯热水冷却后的动态变化过程，引导学生观察记录这一常见现象，并根据数据画出曲线图，让学生发现其中的规律，培养学生的探究能力和科学素养。

研究热水变凉的变化规律，无疑是本课的一个重点。

（一）了解温度传感器的结构和使用方法

引入：同学们，我们桌上都有一个很奇妙的实验器材，你知道它是用来研究什么的吗？（测温度）

学生观察传感器的组成和结构。

课件介绍使用方法及注意事项：

1.打开电脑上的实验软件。

2.将传感器前端的探针浸入待测的液体里面。

3.探针不要碰到容器的底和壁。

4.记录屏幕上出现的数字。

下面我们来测一测烧杯里水的温度并记录下来。

学生小组测量。

（二）利用传感器探究热水变凉的变化规律

1.提出问题：

一杯热水放在桌子上，室温下它会渐渐变凉，温度在不断下降。那么它的下降的速度是怎样变化的呢？

2.学生提出假设。

3.出示实验要求。

4.小组内分工合作，使用传感器测量并记录。

5.交流汇报。

6.学作曲线图。

①教师选择一组表格，讲解：我们能够使用一条曲线图来表示温度的变化，这就是曲线图。

②讲解曲线图的画法，示范直到学生作出曲线图。

③学生作曲线图。

7.大家打开电脑中实验软件的统计图，把它和我们自己绘制的统计图进行对照。

8.教师提出问题，引导学生观察：0～2分钟，线段坡度怎么样？（较大）说明温度下降较快，8～10分钟的线段坡度呢？（较小）说明温度下降较慢，这说明温度下降先快后慢。从而得出结论。

9.讲解：

当热水进入杯里与室内温差比较大时候，热量会散发得快，与周围温度接近时，就会散发得慢了。

二、力传感器在《力在哪里》课中的应用

《力在哪里》是苏教版小学科学四年级下册第四单元“无处不在的力”的第一课，主要是指导学生在根据日常生活经验和体验的基础上，第一次认识有关力的科学规律。

在“测量力的大小”这一教学环节，传统的做法是先指导学生正确地使用弹簧测力计，再让学生使用弹簧测力计测量各种力的大小。

但在以往的教学中我发现，弹簧测力计由于自身结构和制作工艺的原因，需要在使用前将指针调零，在测力过程中，需要控制速度，并且准确读数，这些要求对于四年级的小学生来说，是有一定的难度的。很多时候，学生由于对弹簧测力计操作不规范，得到的实验数据不够准确，乃至影响最后的实验结果。

力传感器则克服了弹簧测力计的这些弊端，既可以测拉力，又可以测压力，一键调零，测量结果直接以数字形式显示，特别适合小学生使用。

教学设计：认识力的大小

（一）两人一起做掰手腕游戏，比一比谁力气大

（二）谈话：我们要测一测力的大小，可以使用力传感器，力的单位是牛顿

（三）使用弹簧秤测力的大小

1.讲解使用方法：

①将力传感器连接电脑，打开电脑软件。

②在软件页面按调零键。

③测量的物体最大值，不能超过弹簧秤标准。

④移动物体测量拉力时，尽量匀速。

2.练习测力：

测提起苹果的拉力。

在桌面拉动苹果，测拉力。

比一比，哪种方式用的力大。

三、光电门传感器在《小车的运动》课中的应用

《小车的运动》是苏教版小学科学四年级下册第三单元的第四课，要求学生在学习了运动的方式的基础上，对小车在平面上的移动开始具体的探索。以学生喜欢的小车为话题，对小车在平面上的活动提出问题，小车的速度与哪方面有关系，依据问题，提出各自猜想，使用控制变量方法来验证，最后得出结果。

教学过程：

（一）导入新课

1.我们来研究小车的运动。

2.出示图片，提问：汽车快慢与哪些变量相关？

3.学生讨论交流。

4.小结：影响小车运动快慢的因素：

①与小车重量大小有关;

②与路面有关;

③与拉力的大小有关。

（二）自主探究

1.同学们猜测的小车快慢和轮子多少、汽车拉力、路面有关，那怎么证明猜想是对的？

2.如果利用桌上的器材，让你来做实验，你准备怎样做？学生讨论实验方案。

3.强调要改变的因素是拉力大小;保持不变的因素是车重、距离。

4.学生分组实验、记录，教师巡视。

5.汇报实验结果。

6.总结：虽然每一小组的数据各有差异，但结果相同，拉力越大，速度越快。

探究活动中，测量小车行驶的时间是必不可少的，以往都是指导学生用秒表来测量。当小车跑得比较慢的时候，学生都能比较准确地测出行驶的时间。当拉力比较大、小车跑得比较快的时候，学生往往反应不过来，测得的时间误差比较大。

我在教学这一课时，使用了光电门传感器。光电门传感器的结构是，在小车上树立一块特定宽度的遮光板，当小车经过光电门时，遮光板会短暂地切断光电门之间的红外线，根据切断光线的时间以及遮光板的宽度，电脑软件可以自动计算出小车当时的瞬时速度。

使用光电门传感器测量小车的速度非常准确，降低了实验的难度，使学生从实验操作中解脱出来，可以更专注地观察、思考、交流。

总之，相较于传统实验器材，数字实验仪器确实在工艺的先进性、测量的准确性、操作的便捷性方面优势明显。合理利用数字技术进行探究活动，可以让探究实验的数据更精确，效果更显著。