例谈数字传感器在科学探究中的应用

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  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。
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