傳感器開始進(jìn)入中小學(xué)的科學(xué)課堂了,這是一件非常有意義的事情。以傳感器為主的信息技術(shù)對傳統(tǒng)科學(xué)教育定將帶來潛力巨大的變革。但是,關(guān)于這一點(diǎn),并沒有得到多少人的深度思考,在許多科學(xué)教師眼里,傳感器只不過是個(gè)實(shí)驗(yàn)工具,僅僅改善了實(shí)驗(yàn)的條件而已。于是對于傳感器的評價(jià)褒貶不一,有說好的,比如認(rèn)為:
※ 好方便
因?yàn)橛袀鞲衅鞯淖詣?dòng)化測量,就用不著學(xué)生自己去讀數(shù)、記錄、計(jì)算和繪制統(tǒng)計(jì)圖表了,節(jié)省了寶貴的課堂時(shí)間。
※ 測得準(zhǔn)
測量精度的極大提高和人眼讀數(shù)誤差的消除使測量數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)條件下的測量要準(zhǔn)確得多。
※ 擴(kuò)展了測量范圍
延伸了人類感覺器官的傳感器,使許多傳統(tǒng)手段下無法觀察測量的項(xiàng)目得以開展,如紅外線、超聲波、極高溫度、空氣中氧氣和二氧化碳的含量等的觀察和測量。
但也有抱怨的,如:
※ 太靈敏
由于測量精度和數(shù)據(jù)采樣頻率的極大提高,使得采樣曲線與教科書的上平滑曲線相比變得不再平滑,并且真實(shí)實(shí)驗(yàn)測量所得到的數(shù)據(jù)也與理想實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論有明顯出入。對此,教師要么避而不談、蒙混帶過,要么向?qū)W生妥協(xié),作出關(guān)于實(shí)驗(yàn)誤差的詳細(xì)解釋,而這種已經(jīng)超出了教科書范圍、考試范圍的解釋必定會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間。
※ 對實(shí)驗(yàn)條件控制的要求太嚴(yán)格
正因?yàn)閭鞲衅魈`敏,實(shí)驗(yàn)條件稍有控制不嚴(yán),誤差就會(huì)被測量曲線清晰地表現(xiàn)出來。而傳統(tǒng)條件下,由于對測量精度的要求不高,實(shí)驗(yàn)條件控制即便不那么嚴(yán)格,誤差也基本上反映不出來,實(shí)驗(yàn)的結(jié)果只要與書上的標(biāo)準(zhǔn)答案基本一致即可。
※ 對學(xué)生某些方面的訓(xùn)練減弱
比如繪制曲線圖,應(yīng)該是學(xué)生的基本能力,應(yīng)該得到訓(xùn)練。但是,傳感器實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)在電腦里實(shí)時(shí)地繪制成曲線表示出來了,原來要求學(xué)生在坐標(biāo)紙上準(zhǔn)確地畫曲線的訓(xùn)練就沒有了,這與教學(xué)目標(biāo)有出入。
由此看來,傳感器在帶來實(shí)驗(yàn)條件的改善的同時(shí),也帶來了一些困惑和問題,不得不使我們?nèi)ド钊氲厮伎歼@一實(shí)驗(yàn)條件改變后帶來的更深層次的問題。
靈敏度、測量精度的提高,自然對實(shí)驗(yàn)條件的控制就嚴(yán)格了,這使學(xué)生不得不去學(xué)習(xí)如何進(jìn)行嚴(yán)格變量控制的實(shí)驗(yàn),使得我們的科學(xué)教學(xué)不得不去直接面對科學(xué)實(shí)驗(yàn)中必然存在的實(shí)驗(yàn)誤差問題,不得不去關(guān)注和探索如何能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的定量研究的實(shí)驗(yàn)方法。長期以來,傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)由于測量條件的問題往往很難得到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),定量研究往往很難真正地開展起來。但從科學(xué)史來看,定量研究是科學(xué)從哲學(xué)中獨(dú)立出來的標(biāo)志,定量研究的缺失使教學(xué)實(shí)驗(yàn)如同科學(xué)未分化時(shí)期的博物學(xué)時(shí)代那樣,定性的描述和推理幾乎成為了科學(xué)的全部。這樣的科學(xué)教學(xué)始終與真正的現(xiàn)代科學(xué)研究有著無法逾越的距離,學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解由于有這距離的存在而始終無法靠近。傳感器帶來的精確測量和測量方式的變革,使得學(xué)生的實(shí)驗(yàn)更像科學(xué)實(shí)驗(yàn)了,使得學(xué)生的思維方式更具有科學(xué)的精神了,學(xué)生向科學(xué)的本質(zhì)更加靠近了,這不正是我們需要追求的嗎?
再則,繪制曲線圖的能力等得不到訓(xùn)練了,好還是不好?在一個(gè)電腦充斥的信息時(shí)代,機(jī)械的可以程式化的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)圖標(biāo)繪制等已被電腦取代,使得科學(xué)家能夠從繁重的計(jì)算任務(wù)中解脫出來,把更多的精力集中到創(chuàng)造性的思考和其他研究活動(dòng)中去。同樣的,生活在信息時(shí)代的青少年,他們還有必要把繪制曲線圖、做數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算等機(jī)械性工作的能力作為重要的能力去對待嗎?特別是他們長大后面對更加發(fā)達(dá)的信息社會(huì)、處在無處不在的計(jì)算環(huán)境中生活工作時(shí),他們更需要的是從數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)圖標(biāo)中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。教育是面向未來的,傳統(tǒng)條件下所必須訓(xùn)練的一些技能或能力已經(jīng)不再那么重要了,由此,實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)也必將相應(yīng)地發(fā)生改變。
綜上所述,傳感器帶來的實(shí)驗(yàn)條件的改變的背后,是更加深層次的科學(xué)教育目標(biāo)的改變,目標(biāo)的改變終將會(huì)帶來整個(gè)科學(xué)課程和教學(xué)方式的相應(yīng)的變革。從表面看到深處、從現(xiàn)象看到本質(zhì)、從條件的變化看到課程的變革,在日新月異的信息時(shí)代里,我們需要鍛煉出這樣的眼光。