浅谈数字化传感器在中学物理实验教学中的现状

庄冬霞

【关键词】中学物理實验;传感器;应用

一、中学物理实验的特点

实验教学作为物理教学中的重要一环，旨在培养学生的科学素养。新修订的高中物理课程标准，将物理课程目标中的具体目标深化为物理核心素养，这是学生在接受物理教育过程中逐步形成的关键品格和能力，是带有物理学科特性的品质，科学素养要求学生具备科学探究的能力。但是现实情况是，由于课时限制以及课业压力等各种现实问题，教师在进行实验教学时，往往将探究实验变成验证实验，学生并不是通过一步步的探究过程得到实验结论，而是习得结果后才进行实验的，这不仅违背了实验教学的初心，而且错过了体验真理建立起来的过程，要知道无论哪一个真理，都是科学家经过无数次的实验找出来的规律。科学素养要求学生具有实验探究能力，我认为不能仅仅让学生掌握实验结论，更要让学生具备对得到结论过程的思考和探索能力。

中学物理实验分为分组实验和演示实验，分组实验要求学生以小组为单位利用现有仪器进行实验，取得数据，对数据进行处理，得到结果。但是由于中学实验仪器精密度的局限，加上学生实验时的种种不规范，导致得到的实验结果误差通常较大。虽然实验必定会有误差，但是这种较大的误差会令学生对取得的结果不以为然。也因为这样，学生对分组实验课堂不够重视，分组实验时报以玩乐心态，如此更无法达到实验的教学目的。中学物理实验的一种模式则是教师演示实验，演示实验通常由教师动手，学生观看。但是大多数的演示实验都是定性分析，无法做到精确的定量计算，如果能够实现精确定量，实验将更具说服力。

二、传感器在中学物理实验课堂上的地位

物理是一门实验学科，大部分中学物理的概念和规律都是建立在实验的基础上，而许多实验在中学物理实验室中是无法实现的，借助传感器技术可以突破传统实验的壁垒，将物理规律展现在学生面前。

学生可以利用传感器，自己设计实验方案，通过小组合作进行实验，利用软件进行数据的处理和分析。这样不仅能提高学生的参与感，使学生感受知识生成的过程，还能加强学生之间的交流与沟通，提高协同能力。更重要的是得到的实验数据也更加精确、严谨，这对于得到后续的结果更有说服力。

我国在课程改革中也强调信息技术和教学的结合，在2017版的物理课程标准中选择性必修2模块，对于传感器的内容有明确要求：“知道非电学量转化成电学量的技术意义，通过实验了解常见传感器的工作原理。会利用传感器制作简单的自动控制装置。”

传感器并非一个新生事物，它出现已有很长一段时间，随着一代又一代传感器的研究，原本略显笨重的仪器越来越小巧，操作方法也越来越简便，并且随着教学改革的推进，传感器越来越多地走进课堂，甚至走进教材，在人教版教材中已经多处出现利用传感器的实验，在实验考试中也经常出现传感器的身影。例如，牛顿第二定律的实验中，利用力传感器直接测量小车所受的弹力，教师在讲解时往往采用口头讲解和视频演示的方法介绍力传感器，这样不仅达不到理想效果，也违背了实验考查的初衷。传感器进入中学实验室时日不短，但实际情况是传感器在中学的实验教学中几乎不占地位，只有在某些特定需求的教学中才会用到，例如教师的公开课，但也仅仅是由教师演示，学生观看，为了得到更合理的数据而存在。除此之外，大部分传感器都默默地堆在实验室，学生真正动手操作的机会几乎为零，很多学生甚至不清楚何为传感器，更不用说利用传感器进行日常的实验探究。

三、传感器在中学物理课堂中使用率不高的原因

随着教学不断改革，新课标对学生的要求更注重对知识取得的过程方法，而非只在知识本身，我认为让传感器真正走进中学课堂，让学生真正在实验中体验到知识的生成过程，是非常有必要的。但是由于种种现实问题，大面积实施传感器的教学将会面临很多现实困难。初期的传感器操作并不简单，由传感器、数据采集器、计算机三大基本模块组成，要求连接电脑，硬件和软件结合，这对许多对电脑不熟悉的教师、学生来说具备挑战性，并且传感器操作对学生的要求也较高，学生需要花更多时间摸索，这对本就困难的实验教学来说无疑增添了负担，导致传感器在中学实验教学中越来越鸡肋，渐渐被束之高阁。传感器的实验开展需要有专门的探究室，而传感器的价格昂贵，建立一个数字化探究室更是资金耗费巨大，大部分学校仅仅建立一个数字化探究室，无法大面积地利用传感器进行实验教学。

四、有效提高传感器的应用范围和频率

由于传感器的操作对学生的要求较高，教师可以对报名学生进行审核，只限定一部分学生参与，这种方式既能在一定范围内实现传感器的教学和应用，也因为对学生有所选择，能够尽可能地保证教学质量。传感器的研发和生产，是新课程标准提倡的教学方法和理念，体现了物理教学与科学技术的结合，其初衷是更好地服务于教学，培养学生的探究能力，让学生体会到科学技术的发展，但却由于种种问题，导致在实际教学中传感器利用率不高，白白浪费前期的巨大投入。我希望数字化传感器能发挥它在实验教学中的真正作用。