【摘 要】實驗教學(xué)是高中物理教學(xué)中的重要組成部分。物理實驗不僅能夠讓學(xué)生對理論知識的掌握和應(yīng)用更加透徹，同時也能增強學(xué)生的動手能力、協(xié)調(diào)能力。將傳感器應(yīng)用于高中物理實驗教學(xué)，是信息技術(shù)與物理課程融合的體現(xiàn)，也是現(xiàn)代教育的發(fā)展趨勢，能以更輕松快捷的方式讓學(xué)生更直觀地觀察實驗過程。本文從傳感器在高中物理實驗教學(xué)中的作用及應(yīng)用展開分析探討，以期為廣大高中物理教師提供參考。

【關(guān)鍵詞】傳感器;高中物理;實驗教學(xué);應(yīng)用

【中圖分類號】G633.7? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2021）22-0017-02

新課改背景下，物理學(xué)習(xí)對物理實驗的要求越來越高，強調(diào)要讓學(xué)生真正接觸實驗，并從中學(xué)會知識的應(yīng)用。因此，信息技術(shù)越來越多地被運用到實驗教學(xué)中，尤其是傳感器。傳感器能展示教師無法親自演示的實驗，也可以減少實驗的誤差。同時，傳感器的使用能讓學(xué)生獲得更好的實踐體驗，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

1? ?傳感器概述

隨著社會和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，教育事業(yè)也在時代浪潮中不斷改革和發(fā)展，傳感器是信息時代的產(chǎn)物，是現(xiàn)代教學(xué)體系中的一種教學(xué)工具。將其應(yīng)用在高中物理實驗教學(xué)中，能夠?qū)⑽锢砹亢突瘜W(xué)量轉(zhuǎn)變成電信號的形式，直觀形象地在傳感器上顯示[1]。

如應(yīng)用傳感器開展高中實驗教學(xué)時，可以捕捉位移、壓力、溫度或是電壓、電流等，并且將其放大，直觀展示在傳感器儀器上，方便學(xué)生觀察，有利于物理教師順利開展教學(xué)工作。

2? ?傳感器應(yīng)用于高中物理實驗教學(xué)的優(yōu)勢

2.1? 使實驗過程直觀可視

在傳統(tǒng)教學(xué)模式下的物理學(xué)習(xí)中，有些實驗過程不能夠直觀地展現(xiàn)出來，教師往往采用口頭講解，或者借助多媒體設(shè)備進行動畫演示。對學(xué)生而言，理解這些實驗就要借助理解力與想象力，在腦海中想象實驗過程，但這樣的教學(xué)無法保證學(xué)生充分理解相關(guān)知識。教師運用傳感器開展實驗教學(xué)，能使實驗過程可視化，能讓學(xué)生直觀地看到實驗現(xiàn)象，能計算、分析并展示實驗數(shù)據(jù)及整體趨勢和變化，這有助于學(xué)生理解理論知識與抽象概念[2]。

如在“磁場”這一章的教學(xué)中，磁現(xiàn)象與磁場可以通過磁鐵粉末的變化展現(xiàn)，但是沒有合適的方式展示磁感應(yīng)強度的大小。這時如果運用傳感器，就能夠簡單便捷地測量磁感應(yīng)強度，并且顯示出每一個位置的具體磁感應(yīng)強度大小，還能夠得到整體分布圖像。教師首先需要準備磁感應(yīng)傳感器、計算機以及配套軟件，將傳感器的測量頭深入到預(yù)先準備好的通電線圈內(nèi)部，在線圈內(nèi)部將傳感器的測量頭移動到不同位置，就可以通過傳感器讀取不同地方相應(yīng)的磁感應(yīng)強度，并由計算機將不同位置的磁感應(yīng)強度記錄下來形成圖像。由此，學(xué)生可以從計算機圖像中清晰明了地看到通電線圈內(nèi)部的磁感應(yīng)強度分布中間部位磁感應(yīng)強度是最大的，兩邊逐漸減弱，這樣學(xué)生就能對磁感應(yīng)強度有更深入的了解。

2.2? 能夠抓住瞬態(tài)現(xiàn)象，便于學(xué)生觀察

在目前的高中物理實驗教學(xué)中，由于班級學(xué)生人數(shù)較多，教師通常在講臺上演示實驗，講解實驗步驟與需要記錄的數(shù)據(jù)。然而在很多物理實驗中，雖然實驗現(xiàn)象明顯，但持續(xù)時間很短，轉(zhuǎn)瞬即逝。教師難以定格實驗重點現(xiàn)象出現(xiàn)的瞬間，也很難保證全班學(xué)生都能夠在實驗現(xiàn)象出現(xiàn)的瞬間捕捉到它。如果教師一直重復(fù)演示實驗，追求重現(xiàn)實驗現(xiàn)象，以達到更好的講解效果，就會浪費大量的課堂時間，降低教學(xué)效率，無法實現(xiàn)新課改對高效課堂的要求。同時，對于學(xué)生而言，一味重復(fù)觀看教師的實驗演示容易降低其對物理學(xué)習(xí)的興趣。這時，如果利用傳感器與計算機，就能輕松定格實驗現(xiàn)象，教師擁有更多講解時間，學(xué)生也擁有更多觀察和分析實驗現(xiàn)象的時間[3]。

如進行牛頓第三定律相關(guān)實驗時，首先要讓學(xué)生掌握作用力與反作用力之間產(chǎn)生、變化以及消失的相互關(guān)系。很多教師采用傳統(tǒng)的實驗方式，用兩個彈簧秤彼此掛鉤牽連，二者在某一瞬間彈開，通過指針的變化向?qū)W生證明和講解作用力和反作用力的相互性。但是在實際教學(xué)中，由于教室較大，學(xué)生較多，只有前排的學(xué)生能看清小小的儀表盤上指針的變化。加之彈開瞬間指針變化速度極快，學(xué)生難以得到正確讀數(shù)，實驗難以取得良好的教學(xué)效果。另外，彈簧秤指針的無規(guī)律震動可能會讓學(xué)生對所要學(xué)習(xí)的作用力與反作用力概念及特征產(chǎn)生混淆，不利于學(xué)生理解這部分知識。此時，最好的方法是教師準備力學(xué)傳感器，將一個傳感器固定，再將其與另一個傳感器掛鉤相連，并沿水平方向反復(fù)拉動，連到計算機上的兩個傳感器都會有讀數(shù)，然后計算機自動繪制形成力的變化曲線，這樣可以讓學(xué)生直觀地從傳感器讀數(shù)和力變化圖表中看到作用力和反作用力是相互的一對平衡力，并理解它們大小相等、方向相反等特征，從而快速理解和掌握這部分教學(xué)內(nèi)容。

2.3? 放大微觀現(xiàn)象，讓學(xué)生深刻感知現(xiàn)象

在教學(xué)“物體的形變”“彈性形變與范性范圍”時，學(xué)生會對不明顯的現(xiàn)象產(chǎn)生疑惑。如用手指按桌面時，桌面并沒有產(chǎn)生形變，與所學(xué)知識相悖。實際上，這是因為桌子的形變過于微小，用肉眼難以觀察到。這時教師可應(yīng)用傳感器，將傳感器的探頭放在桌子表面，通過探頭感測到用手按桌子時桌子表面的微小的波動，再借助傳感器放大，顯示在計算機上，讓學(xué)生直觀地看到桌子表面的形變。同樣，教學(xué)電流相關(guān)實驗時也可采用相同的方法。由于燈泡顯示亮度的變化不是特別明顯，所以學(xué)生可能會以為沒有變化，但通過傳感器就能夠把這一現(xiàn)象放大，從而讓學(xué)生清晰地觀察到現(xiàn)象。

2.4? 增加學(xué)生自主思考和實踐的機會

傳感器的使用能夠有效增加學(xué)生自主思考和實踐的機會。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式中，學(xué)生更多地是用眼睛看教師的實驗演示，自己動手實踐的機會比較少，沒有充足時間讓學(xué)生自主探索實驗的內(nèi)涵與本質(zhì)。應(yīng)用傳感器之后，學(xué)生進行一輪實驗所需要的時間減少，實驗效率提高，可以在有限時間內(nèi)盡可能多地通過改變數(shù)據(jù)得到不同的實驗結(jié)果。學(xué)生不僅可以對實驗本身進行探討，還可以有更多精力和機會縱向比較不同數(shù)據(jù)對實驗結(jié)果的影響，從而在傳感器的幫助下對實驗產(chǎn)生更大的興趣與鉆研的熱情，有利于提升自主思考的能力。

2.5? 減少實驗誤差，提升數(shù)據(jù)采集的準確率

傳統(tǒng)實驗過程中，學(xué)生往往通過人工讀數(shù)記錄數(shù)據(jù)，再進行數(shù)據(jù)處理。人工讀數(shù)不僅讀數(shù)慢、效率低下，而且很容易出現(xiàn)誤讀、漏讀現(xiàn)象，難以獲得科學(xué)、準確的實驗結(jié)果。而傳感器一般與計算機和軟件配套使用，在實驗過程中，所有數(shù)據(jù)的采集可以直接通過這一套設(shè)備完成。同時，計算機還可以進行數(shù)據(jù)運算，利用Excel表格直接得到結(jié)果，為學(xué)生提供初步處理過的數(shù)據(jù)，直接顯示實驗圖像。傳感器及相關(guān)設(shè)備能簡化學(xué)生的數(shù)據(jù)處理過程，為學(xué)生節(jié)省大量時間，讓學(xué)生能夠有更多的精力用于數(shù)據(jù)的分析以及探究，驗證實驗結(jié)果與理論知識的匹配程度，增強學(xué)生在物理實驗中的自主性。此外，計算機相對人工讀數(shù)與處理而言更加精確，能夠有效減少實驗誤差，提高數(shù)據(jù)采集的準確率，由此提高實驗成功的概率。

3? ?傳感器應(yīng)用于高中物理實驗教學(xué)中的注意事項

3.1? 學(xué)生必須掌握使用方法

在學(xué)生使用傳感器之前，教師必須讓學(xué)生掌握傳感器、計算機及配套軟件的使用方法。雖然計算機與傳感器的使用沒有化學(xué)實驗中試劑的使用那么危險，但是出現(xiàn)重大實驗錯誤容易損壞設(shè)備，影響實驗教學(xué)的有效開展。同時，在課堂中出現(xiàn)重大問題也容易擾亂課堂秩序，破壞教學(xué)節(jié)奏。所以，教師在學(xué)生使用傳感器進行物理實驗前，一定要為學(xué)生講解設(shè)備的正確使用方法，并且確保學(xué)生準確掌握。教師可以通過小組成員互查、模擬實驗流程等方式考查學(xué)生，確保學(xué)生能夠獨立、規(guī)范、正確地使用傳感器進行實驗。

3.2? 教師時刻關(guān)注，及時糾正錯誤

在學(xué)生獨立使用傳感器進行實驗的過程中，教師要時刻關(guān)注學(xué)生的表現(xiàn)，對出現(xiàn)明顯實驗錯誤的學(xué)生，教師要及時給予指導(dǎo)，糾正錯誤，幫助學(xué)生順利完成實驗;對完成得比較好的學(xué)生，教師可以給予肯定和表揚，并且讓其在全班分享自己使用傳感器的經(jīng)驗以及技巧。此外，教師還要維持課堂秩序，確保學(xué)生只將計算機和傳感器等設(shè)備應(yīng)用于實驗過程，而不是用于其他方面，避免學(xué)生偏離實驗學(xué)習(xí)的重點和方向。

總之，物理是高中階段學(xué)習(xí)的重難點，物理實驗是物理教學(xué)中的重要組成部分。將傳感器應(yīng)用于高中物理實驗教學(xué)，與傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式相比具有很多優(yōu)勢，這是一種教學(xué)手段的進步，也是新課程改革、教學(xué)模式創(chuàng)新的必然趨勢。教師應(yīng)當合理應(yīng)用傳感器，提升學(xué)生的物理實驗技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，從實際實驗教學(xué)需求出發(fā)，選擇合適的傳感器及配套設(shè)備，綜合設(shè)計實驗過程，讓傳感器更好地發(fā)揮作用，達到最佳物理實驗教學(xué)效果。

【參考文獻】

[1]張圣羽.基于Arduino的高中物理傳感器實驗教學(xué)研究[J].實驗室科學(xué)，2020（2）.

[2]趙春博.數(shù)字化傳感器在高中物理實驗中的應(yīng)用研究[J].數(shù)理化解題研究，2018（3）.

[3]楊光明.傳感器在實驗中可視化應(yīng)用的案例分析[J].新教育，2020（4）.

【作者簡介】

趙瑞（1978～），女，漢族，安徽宿州人，本科，中學(xué)一級教師。研究方向：高中物理教育。