张艺士

小学科学教学倡导以探究式学习为主的多样化学习方式，突出创设学习环境，促进学生主动探究，为学生提供更多自主选择的学习空间和充分的探究式学习机会。强调“做中学”和“学中思”，通过合作与探究，逐步培养学生提出科学问题的能力，收集和处理信息的能力，获取新知识的能力，分析问题和解决问题的能力。但是在传统实验材料条件下，可进行科学探究实验的内容相对较少，而且定性、模糊的研究居多，相当一部分学生的探究需求受到限制。数字化技术的迅猛发展，给解决这些问题带来了契机。传感器以精确、智能、易于操作等优势，大大提高了探究过程的实效。而Aischool云课堂平台的出现使得数据共享更为方便，可以优化整个教学流程。

国内有学者对近几年来传感器和云课堂应用于我国教学的研究现状和特点进行了多方面的讨论，为相关研究提供了参考。但是对两者同时运用于小学科学教学的讨论较少。基于此，本文将数字传感器技术和Aischool云课堂平台同时运用于小学科学教科版六年级上册《电磁铁的磁力》一课进行实践和思考。

一、传感器和云课堂技术运用于小学科学的适用性分析

数字传感器和云课堂技术可以适用于多个学科的教学。传感器具有科学数据的实时收集、多种类型的数据呈现以及变化过程回放等功能，为传统手段所无法实现的实验设计提供了诸多可能。传感器技术应用于小学科学教学，可以使微观现象宏观化、抽象概念和理论具体化，从而为学生对深度理解科学概念提供了有力的支持。基于互联网和移动网络技术的云课堂平台，可以实现真正的无障碍教学信息沟通，同时还可以收集整合并存储教学过程、学生作业、师生互动等教学活动的全部数据，形成教学大数据。而通过对大数据的进一步分析，教师可以更有针对性地设置教学目标，控制教学进度或改进教学方法。

小学科学课程是一门实践性、综合性课程，学习的主要形式是探究活动。学生通过动手动脑等实践活动了解科学探究的具体方法和技能，理解基本的科学知识，发现和提出生活实际中的简单科学问题，但教材中有些内容用传统实验方式难以准确反映出来，而传感器和云课堂技术等这些数字化技术，可以很好地解决上述问题。

二、传感器和云课堂技术在小学科学的实践

笔者以《电磁铁的磁力》一课为例，探索传感器和云课堂同时运用于小学科学，并与使用传统实验材料进行对比，探索传感器和云课堂技术运用的优势。

1.要改进基于传统实验材料的教学设计

传感器和云课堂技术运用于教学，首先要求教师在进行教学设计时要做出相应改变。教师基于传感器和云课堂平台技术进行教学设计时，要考虑到所用实验材料、技术和传统的不同，要考虑课堂探究的时间和整个探究过程侧重点的变化，要考虑传感器的使用方法和原理是否纳入课堂，要考虑让学生明确因数字化技术带来的新增物理量等因素。

基于传统实验材料的教学设计一般是教师提出问题，引起学生思考，然后教师给出活动的大致方案，带领学生完成探究过程。而小学高年段基于传感器和云课堂技术的科学教学设计应该是教师提出问题，引起学生思考后，学生自主进行探究方案的设计，然后不同的小组间在教师的引导下思考讨论，共同完善探究方案再进行探究，探究过程结束后，再进行组内和组间探究结果的讨论交流(具体过程如图1所示)。

图1

2.基于传感器和云课堂技术教学实践的启示

通过教学实践，我们发现数字传感器技术和Aischool云课堂教学平台同时运用于小学科学探究性实验教学时，首先可以更好地改善学生的实验设计，提高学生自主探究能力；其次，传感器技术可以进行精确而高效的数据测量，学生通过精确的数据去分析归纳总结科学发现，收集和处理信息的能力得到提高；再次，传感器技术的即时准确测量和云课堂方便的数据共享可以缩短探究时间，提高实验效率，有助于教师培养学生严谨的科学思维，有助于教师培养学生的解决问题能力。

(1)改善实验设计，提高自主探究能力

实验设计是培养孩子思考能力和解决问题能力的重要途径。在传统实验条件下，教师一般是将学生引入情境，让他们观察和获得有关的信息，逐步聚焦话题。学生从原有的概念和实际理解出发，在教师的帮助下或者直接由教师归结出将要进行探究的问题。实验设计一般也是在教师的帮助下或者直接由教师归结出，相当一部分学生的实验设计能力会受到限制。

以《电磁铁的磁力》一课为例，传统实验条件下，多数教师一般引导学生进行电磁铁的磁力强弱和电流大小的关系或者和线圈缠绕圈数的实验设计。但是基于传感器的实验设计，除了上述两个因素，学生还可以探究电磁铁的磁力强弱和有无插入铁芯、铁芯粗细的关系。(传统实验装置及使用传感器和Aischool云课堂技术的实验装置对比如图2所示)。另外，基于Aischool云课堂平台的使用学生可以轻松实现组内组间讨论，从而完善实验设计。通过不同的生生讨论，学生会明确怎样的实验设计才是准确的、严谨的，对概念的理解也会深化。实验探究的广度和深度都有所增加。

图2 传统实验装置和使用传感器和Aischool平台装置

(2)精确测量数据，培养学生收集和处理信息能力

当前小学科学教材上的科学实验大多是以简陋、不精确、定性为特征的，很少有定量研究，这就造成我们培养学生科学思维时不够严谨。传感器技术的引入，为定性实验转变为定量实验提供了现实的可能。学生在探究活动中，关于定性的描述与推理减少，以数值或数量间关系为证据揭示现象背后的规律增多。

在《电磁铁的磁力》一课中，电磁铁微弱的磁力变化可以通过数值反映出来，采用传统实验材料时，同样的电磁铁每次能吸引的回形针(大头针)数量往往是不一样的，甚至会有不小的差异。但采用磁传感器，学生可以精确的测量每一次磁力变化大小及稳定的数值(如图3所示)。学生通过测量实验中的物理量，可以用精确的数据发现和归纳电磁铁的强弱变化的影响因素。精确测量的物理量，促使学生还必须能做力所能及的统计分析，正确理解实验误差和平均数的意义，理解精确的数据和分析是评价设计的有效证据，而且有助于我们培养学生收集和处理信息能力。

图3 传统实验出现的不明显实验现象

(3)提高实验效率，培养学生分析问题和解决问题的能力

郁波说如果仅仅让学生经历探究活动，还不能帮助他们学会如何学习。让学生运用批判性的眼光对自己和同伴的探究过程和结果进行监控和评价，可以使他们不断明白自己在做什么，以及为什么这么做。这就要求教师在组织学生科学探究实验过程中，既要保证他们亲历体验过程，又要确保他们有足够的时间“思考”“交流”。但是课堂的时间是有限的，很多实验探究的过程费时费力，而且准确性不高。

以《电磁铁的磁力》一课为例，使用传统实验材料时，我们一般用电磁铁能吸引大头针(或回形针)数量的多少判断电磁铁磁性的强弱。在探究时，学生要花费很多时间数大头针的数量，课堂留给学生思考和讨论的时间较少。传感器技术的引入使得学生不但能精确测量到不同电磁铁的磁力大小，而且费时少，这在探究过程中就节约了时间。学生有更多的时间可以进行数据的归纳整理和结果的交流讨论。在思辨中，学生不断明确概念，明确是怎么把提出的问题解决掉的，这就有助于我们培养学生分析问题和解决问题的能力。

三、结语

借助于数字传感器和云课堂平台技术，不但能够提高学生的自主探究能力，而且可以增强学生的信息化素养，还可以锻炼学生分析问题和解决问题的科学思维。同时，数字化技术的发展对教师的教学模式、教学习惯、教学理念也有新的要求。

另外，传感器技术和Aischool的应用也有一些不足，如传感器技术的运用会使数据的获得更加直接和直观，但会弱化学生计算、作图、操作等重要能力的培养；传感器的原理复杂，会增加了学生对仪器原理的认知难度等。低年段水平的学生进行定量研究和数据分析时，还有很大的难度。Aischool云课堂平台的运用使得生生之间、师生之间交流方便，教师也可以对不同层次的学生之间进行推送和反馈，但是对网络等硬件有比较高的要求。

新技术带来的实验条件改变的背后，是更加深层次的科学教育目标的改变，目标的改变最终会带来教与学的方式的变革。作为科学教师，我们在教学上也要与时俱进，做出相应的教学改变。

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