基于数字化传感器平台开发高中理科课程资源的策略研究

（吉林师范大学物理学院，吉林 四平 136000）

基于数字化传感器平台开发高中理科课程资源的策略研究

刘茂军 杨芙蓉 边 迪

（吉林师范大学物理学院，吉林 四平 136000）

课程资源开发是当今的热点问题，数字化传感器对于课程资源开发具有重要意义。课程资源开发的具体策略包括完善数字化传感器实验室开放制度，利用数字化传感器平台开发高中理科实验资源，科学运用数字化传感器开展高中课堂教学，结合数字化传感器平台开展教学研究，利用数字化传感器开展高中课外科技活动等等。数字化技术与高中理科课程的结合对于课程资源开发具有重要作用。

数字化传感器；高中理科；课程资源开发

一、数字化传感器对于高中理科课程资源开发的意义

课程资源是支持课程教学的所有有用资源，是设计课程教学、实施教学过程和评价教学结果的所有资源的总称。［1］新课程改革开展以来，课程资源开发逐渐成为我国理科教育教学研究的热点问题，全国各地学校都对课程资源开发进行了理论研究与实践探讨。课程资源的研发与利用程度决定课程内容的丰富性，新课程改革的顺利实施需要丰富的课程资源的支撑。当前，很多一线教师不知道如何有效开发、利用资源，导致课程改革难以深入开展。课程资源开发可以为课程中存在的问题提供支持，尤其对于较为抽象的理科课程而言更是如此。同时，课程资源开发可以提高学生的主体性，促进学生智力全面发展，增强师生间情感的交流，有利于教学的顺利开展，有效强化学校与社会的联系，为建立学习化社会提供保障。［2］因此，在当代教学过程中应充分发挥课程资源的优势,实现课程资源开发最优化,为高中理科教学提供有效的资源支撑。［3］

数字化传感器具有灵敏度高、可靠性强、精确度高、即时性的优点，而且实验操作简单，数据图像准确清晰，实验数据易于处理。［4］数字化传感器所具备的这些优点，结合相关配套的专业软件，可以实现许多在传统实验中无法实现的实验，同时，传感器技术在微观领域，暂态过程的测量中也发挥着重要作用。［5］运用数字化传感器可以有效开展实验设计、进行教学研究、实现课堂教学，教师在课堂上合理运用这些课程资源，用生动的教学实例解决学生学习与教师教学中的难点问题，促进了学生学习的积极性的提高和能力的发展，使课程改革得以顺利实施。［6］数字化传感器与课程资源开发的融合带来的方便与创新性符合课程资源开发的目的，为高中理科课程提供多样化的课程资源支持，符合教育与科学技术深度融合的要求，符合高中理科的教学实践要求，有利于开发课程资源，更有利于新课改的进一步开展。

二、基于数字化传感器平台开发课程资源的策略分析

（一）完善数字化传感器实验室开放制度

传统实验室存在很多不足。首先，实验器材老化且设备不够先进，不能满足教育与科技融合的需要。其次，实验室禁止学生随意进入，实验器材闲置时间大于使用时间，是教育资源的严重浪费。最后，学生进入实验室做实验，大部分实验只是按教学要求进行简单验证，学生自主探究机会少，这种实验教学方式不利于学生创造性的发展。数字化传感器实验室的建设是先进科学技术与教育结合的成果，是课程资源开发的有效途径。数字化传感器实验室的开放解决了学生们课时冲突、时间固定的问题，还可以提高设备的利用率。使学生在实验活动中由被动变为主动，由教师要学生做实验变为学生主动要做实验，甚至自己设计实验内容。数字化传感器实验室的开放可以促进教师与学生对于实验过程与结果的探讨与交流，有利于学生主动性创造性的培养，对高中理科教学产生深远的影响。

目前，部分己经购买或国家为其配备了数字化传感器系统的学校，并没有充分利用这些设备，部分器材闲置在实验室中，缺乏管理，甚至都没有开封。因此，应加强完善数字化传感器开放制度。首先，提高学生和教师对于数字化传感器的认识，［7］使他们了解数字化传感器的使用原理、操作方法和注意事项，同时增加技术人员，加强对教师及学生的培训。其次，学会正确操作实验仪器，对实验过程的数据进行准确分析，并得出正确的结论。实验前要检查仪器是否良好，在实验的过程严格按照实验过程进行操作，实验结束后对实验结果进行讨论分析，提交实验结果。最后，完善数字化传感器实验室的开放制度，把实验室开放纳入常规的教学计划，让更多的学生有机会进行自主探究与学习，提高学生的主动性与创造性。

（二）利用数字化传感器平台开发高中理科实验资源

由于传统实验的局限性，导致细微科学过程难以捕捉，定性实验难以量化，抽象理论难以理解，在教学中不能充分发挥实验室的优势。数字化传感器实验室对传统实验的改进可以有效地解决这些问题，数字化传感器的种类齐全，涵盖实验的大部分种类，可以将实验过程可视化，定性实验定量化，抽象问题直观化。［8］应用数字化传感器对典型高中理科实验案例开展实验改进与实验设计，能够有效解决一些传统实验无法完成的问题，以设计成熟的方案为教学案例展开教学，在实践中检验其有效性和可行性，并在案例研究的基础上将传感器与高中理科实验整合的方法推广到一般的实验中，有利于理科课程资源的进一步开发。

例如，分析超重与失重现象实验与传感器相结合，学生通过定性与定量的分析相结合的手段来认识物理过程，例如将重物从静止开始向上拉升，匀速减速停止过程中拉力的变化用传感器来测量，学生比较容易接受。［9］生物实验中，将探究酵母菌细胞呼吸方式的实验与传感器相结合，能够有效解决试管内二氧化碳的浓度不能进行精确测量的问题。［10］化学研究原电池电流和温度的变化实验与数字化传感器相结合，可以避免传统实验中学生不能定量地观察记录电流变化的过程，以及在用温度计测量溶液温度变化时效果不明显且不利于观察的问题，采用数字化传感器采集和保存数据，分析电池电解过程中的温度变化。［11］

（三）科学运用数字化传感器开展高中课堂教学

高中理科课程教学中，一些教师为了按时完成教学目标，节省课堂时间，将实验操作以口述的形式讲解。另外，有一些理科概念无法通过实验进行验证，学生死记硬背理解困难。应用传感器技术开展课堂教学，可以将一些定性实验转化为定量实验，运用传感器采集实验整个过程中的完整数据，分析动态变化过程，能够调动学生使用多种感官，感受实验过程从而学会理解运用知识。并且，数字化系统数据处理能力强大，简单方便的特点使教师易于操作，不仅可以为教师教学节省大量时间，而且有助于提高教师的教学质量，激发学生的积极性，增强课程的丰富性。数字化传感器技术开展课堂教学，学生的学习方式发生转变，学习内容的深度和广度得到了拓展，学习能力得到了提高，教师的教学手段得到了丰富，实现课堂教学与科学技术、社会的相互作用与联系。［12］

数字化传感器功能较多，可以显示实验过程的即时数字，也可以用示波器展示波形，还可以用图表显示实验过程曲线，从而解决理科教学问题中的疑难。例如，对于磁感应强度概念的教学，传统手段只对其进行定性叙述，教师直接告诉同学导线与磁场垂直，B=F/IL是一个定值，学生只是记住知识点，并不理解其真正意义。利用传感器设计实验，将一个线框放在磁场中的垂直位置，用力传感器测出线框受力F，用电流传感器测出电流I，再测出线框长度L，分别以IL和力F为横纵坐标，采用传感器的绘图功能画出的数据图像，是一条过原点的直线，从而证明B是一个定值。［13］

（四）结合数字化传感器平台开展教育研究

课程改革之后，人们意识到高中教师的教育研究能力是教师转向研究型学者的重要途径，教师开展教育研究将有力地提升教育教学质量并促进学生发展。数字化传感器是开展教育研究一个十分重要的平台。运用数字化传感器开展教育研究并非单纯地进行一些理科实验的验证，还可以将传统实验器材无法定量研究的实验定量化，也还可以对实验进行改进和重新设计并将其运用到教学过程中。

因此，在配备有数字化传感器的高中，要引导和鼓励教师参与教育研究活动，尤其是年轻教师，鼓励有经验的教师指导年轻教师共同围绕数字化传感器开展教育研究，以有效促进课程资源的开发。教师应将传感器与高中理科教学整合探究，有意识地挖掘发现一些新的问题，不同学科的教师可以进行数字化传感器教学公开课展示，促进教学成果的交流与借鉴，使教研活动成为教师改进高中理科实验手段、提高教学效率的重要手段和方式。传感器融入教师的教育研究，教师在研究过程中有意识地引导学生参与其中，围绕如何有效提升学生的科学研究能力和创新能力展开。［14］

（五）利用数字化传感器开展高中课外科技活动

新课改倡导培养学生的主动性、创造性，提高学生的实践与探究能力。以往教学手段注重学生对知识的掌握，做题、复习占去了学生的大部分时间，忽略对于学生实践技能的培养。课外科技活动是对教学内容的延伸和扩充，增强高中生对教材内容的充实和感知，对理科学习的兴趣和爱好，对提高课堂教学质量有着积极的促进作用。开展课外科技活动的目的是解决学生动手能力差的问题，并提高学生的创新能力，［15］丰富学生课余生活，培养团队合作能力，使学生逐渐认识科学技术与社会的关系。

学校可以通过制定一些鼓励、奖励、管理措施，形成有效的使用和开发机制，加强数字化传感器平台建设，促进数字化传感器的合理使用，为学校有效开展课外科技活动提供硬件支持。学校组织应用数字化传感器进行小发明，小制作等课外活动，［16］加强对学生课外科技活动的指导，使其制度化，营造好人才能力和素质培养的环境。完善数字化传感器的社团组织，保证课外活动的长期开展。成立由教师组成的顾问、指导小组，使活动正常开展并取得应有的成效。［17］

三、结语

课程资源开发一直是课程改革的热点问题，课程资源的开发应该注重不同的视角。基于数字化传感器平台开发高中理科课程资源，体现了课程资源开发的多样性，更体现了现代教学与科学技术的有效结合。不仅有利于学生的全面发展，而且可以有效促进课程改革的步伐，对于实现课程改革的目标具有重要意义。

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G633.7

A

1673-9884（2017）02-0095-03

2017-01-06

吉林师范大学高等教育教学研究项目“教师资格国考背景下师资培养发展路径研究”

刘茂军,男，吉林师范大学副教授、教育学博士、硕士生导师。