社会科技的发展推动了传感器技术的广泛应用，同时也使得国内外物理教育领域开始重视传感器在物理实验（教学）中的应用，其目的在于培养学生的科技意识、创新能力和科学素养。在中学物理实验教学中引入传感器技术，不仅使某些传统物理实验器材无法完成的实验成为可能，极大地提高中学物理实验教学绩效，还能促使学生了解先进的科学技术，感悟科学的魅力，获得科学的学习方法，形成正确的思维方式。我国在物理新课程改革的过程中也非常重视传感技术、信息技术、计算机技术等在物理实验中的应用，强调将传感器应用于物理学科，并且在《物理课程标准》中使用了诸如“了解”、“知道”、“列举”、“分析”、“调查”、“制作”等词汇来描述对传感器及其教学的要求。例如在选修1-1的“电磁技术与社会发展”部分中明确提出“了解常见传感器及其应用，体会传感器的应用给人们带来的方便。知道温度传感器具有将温度信号转变为电信号的作用”。以及在选修3-2中专门列出了传感器的内容标准，提到“知道非电学量转换成电学量的技术意义；通过实验，知道常见传感器的工作原理，通过实验认识温度传感器将温度信号转变为电信号的作用；列举传感器在生活和生产中的应用，了解光敏传感器及其在日常生活中的应用”。由此可见，将传感器融入中学物理课程以及实验教学的做法已经成为一种共识，成为新课程改革的重要内容，也是我国物理教育研究领域的新趋势。
传感器与中学物理实验的整合能否取得成效，很大程度上取决于研究者和物理教师在此过程中所采取的策略是否有效，取决于是否体现了两者整合的发展特点和趋势。开展策略研究的目的不仅仅在于开展有效教学，同时还要起到引领该研究领域不断发展的作用，即两者整合的策略研究必然要超越教学实施的层面，要在制度和理论层面起到积极的引领作用。
传感器教学是新课程改革的重要内容，结合新课程改革开展有效的策略研究符合新课程改革的理念。我们认为，在传感器教学过程中的策略主要包括利用传感器开展实验探究，针对中学物理实验内容开展全面系统的研究，开展中学物理实验设计以及结合传感器和中学物理实验开展教研活动等几个方面。有效的策略将会对传感器与中学物理实验整合的研究起到积极的促进作用。
一、开展探究教学——改变传统实验教学方式
开展探究教学策略是指在传感器与中学物理实验整合过程中，以传感器为操作平台，以探究为教学方式的研究策略。实验探究教学是指在教师引导下，学生运用已有的物理知识和技能，通过自己设计实验方案、进行实验操作、处理和分析数据、解决物理问题和探索结论的一种教学模式。实验探究模式一般包括“提出问题——实验设计——实验探究——获得结论”等环节和过程[1]。开展物理实验探究教学可以改变传统教学过程中过于强调物理知识和技能的倾向，有利于提高学生实验的兴趣，有利于提高学生的实验技能，促进学生积极主动地参与到学习过程中来，使之在经历科学探究的过程中学会学习和思考，逐步培养学生的科学探究精神、参与意识、合作能力、实践能力和创新能力等。这就要求教师在开展实验探究教学的过程中，着力激发学生的学习兴趣，创造学生主动参与的氛围，充分调动学生参与实验探究教学的积极性和主动性[2]。
新课程改革之后，实验探究已经成为实现新课程目标的重要手段和内容。物理实验探究教学不仅要求教师具有探究的意识，还要求为教师配备基本的实验器材和实验平台。由于我国缺乏实验探究的传统，很多中学一线教师在开展实验探究的过程中往往会遇到实验器材或技术上的困难，因此，将传感器应用于物理实验探究教学是一个行之有效的策略。传感器能够精密准确地探测、感受外界信号，并将之转变成电信号，教学使用的传感器具有操作简便、数据图像准确清晰的特点，而且品种齐全。我国目前中学和高校使用的传感器主要包括美国PASCO公司生产的PASCO传感器系统和上海朗威DISLab传感器系统，这两套系统基本都涵盖了中学物理所涉及到的实验种类和实验内容。将传感器技术应用于物理实验探究教学中，实验操作简单方便，可以为学生和教师开展探究节省大量时间，学生不必从实验器材上考虑实验的可行性与可操作性，而且实验数据的采集和分析非常精确，图像清晰，学生可以集中精力思考实验探究的方法和思路，为实验探究设计方案，完成实验探究的过程。这也符合实验探究的真正目的，可以更加有效地培养学生的创新思维能力。
以传感器为平台开展实验探究的策略，可以有效地促进传感器与中学物理实验整合的有效性，可以有效地改变传统实验教学的方式，学生不再是一味听教师讲、看教师做，而是要积极主动地猜想、假设并实验证明，对实验的事实加以分析并获得结论。这必将有利于学生物理实验能力的提高，促进传感器与中学物理实验整合的研究。
二、开展系统研究——使中学物理教师得以借鉴
传感器与中学物理实验的整合研究已经成为物理新课程改革的重要内容和理念，是科学技术、信息技术与物理实验课程整合的重要突破口，对于提高学生的动手实践能力、提高学生的综合素质以及创新思维能力有着重要的作用。国外在这方面的研究经验和我国的现实状况都显示出我国传感器与中学物理实验整合的做法缺乏系统性，没能从整体的视角加以研究。
开展系统研究策略是指在将传感器与中学物理实验整合过程中，要有整体的研究思路，结合义务教育阶段和高中阶段的物理实验要求和设置，从力学、热学、电学、光学等专题角度开展全面而系统的研究，为中学物理教师开展传感器的教学提供理论指导和借鉴。从已有的研究中发现，我国现有的整合研究以案例为多，而且实验的类型多以验证性实验或测量性实验为主，缺乏系统地将传感器应用于中学物理实验的做法。由于中学阶段经费有限，很多中学没有能力购置传感器设备，所以我国的传感器与实验整合的研究主要集中在高校，相对系统的研究主要以硕士毕业论文的形式呈现，中学一线教师的系统研究相对较少。这在很大程度上限制了中学物理教师参与传感器研究的工作，也无法为广大中学物理教师提供系统而足够的示范，无法达到传感器应用于中学物理实验的理想价值。
因此，我们应该系统地对传感器与中学物理实验整合加以研究，既结合案例研究，又要涵盖中学物理实验的整体，将义务教育和高中教育阶段的物理实验内容通过传感器开展全面的研究，并将研究内容和研究成果以适当的形式展示出来，为中学一线物理教师和高校实验研究人员提供必要的借鉴和指导。同时，在研究过程中要具有更为广泛的研究视角，从理论探讨到策略分析，从模式建构到资源开发，从实验设计到实验探究等方面进行系统的研究。系统研究的策略要求我们要紧密结合义务教育阶段和高中阶段的物理课程标准和实验内容要求，利用传感器有针对性地开展全面的实验设计与研究，以便为中学物理教师开展传感器教学提供案例观摩和参考，促进传感器与中学物理实验的整合。唯有此才能实现传感技术与物理实验整合的系统化和全面化，才能为中学物理教师提供更直接、全面的指导。通过系统研究，可以促进传感器技术在中学物理教学中的有效应用，使传感器成为中学物理实验教学中重要而常见的操作平台。
三、开展实验设计——提高实验设计与开发能力
中学物理实验的设计和研究能力是物理实验教学的重要目标和内容，也是传感器与中学物理实验整合的重要策略之一。中学物理实验设计是一种介于基础教学实验和实际科学实验之间的、具有对科学实验全过程进行初步训练的实验教学方式，学生根据物理实验原理和要求，运用已学过的实验方法，结合实验器材，设计出合理的实验方案并加以实施的过程[3] 。中学物理实验设计涉及到对物理实验原理的深刻理解，实验器材的合理选取，实验步骤的设计和安排，实验操作的合理进行，以及实验数据的分析处理、实验结论的得出等一系列过程，这些对于学生创新思维能力、动手操作能力、小组合作和交流能力的培养都有十分重要的作用。
将传感器系统作为开展实验设计的操作和研究平台，可以有效提高学生的实验设计与研究能力，促进学生创造性思维能力的发展。一般的数字传感器由计算机接口、传感器和软件三部分组成。其中传感器用来采集数据，将各种外界信号转换成电脑可以识别的电信号，通过数据转换接口在电脑软件中显示即时的实验数据。运用传感器开展的实验设计，学生通过自己查阅和搜集资料自行推证有关理论，自行设计实验方案，自行选择实验器材，独立地进行操作和测量，对学生实验设计和研究能力、创新能力的培养具有不可估量的作用。
在传感器与中学物理实验整合过程中，教师要尽可能多地为学生创造开展物理实验设计的机会，使学生在完成中学物理实验的过程中感受传感器的优点和科学技术的魅力，体会实验设计的重要价值。教师要有步骤地引导学生由易到难地开展实验设计，初级阶段的实验设计题目和内容可以完全由教师决定和完成，之后可以是教师跟学生合作完成，高级阶段的实验设计则主要由学生自行完成。教师要鼓励学生积极参与实验方案设计的过程中来，大胆地提出自己的设计思想，针对同一物理实验设计多种解决方案，鼓励学生运用多种证据对自己的实验方案进行论证，提出完善和改进的建议等。
例如，在牛顿第二定律的实验过程中，我们利用PASCO传感器对之进行了重新设计和改进。传统的牛顿第二定律实验是用沙桶带动小车运动，通过打点计时器在纸带上打点来分析和研究。但此方法要求沙桶质量远小于小车质量，而且打点计时器打点过程对实验亦有影响。为此，我们在研究过程中利用运动传感器来分析加速过程的实验数据，并且将沙桶（我们用砝码代替）自身的加速度问题也考虑进去，不再忽略沙桶自身的影响，实验效果非常准确[4]，参与的学生和教师的实验设计能力也得到了提升。
四、开展教研活动——促进教研意识与能力发展
在新课程改革背景下，教师的教学活动与研究活动是密切相关的，教师已经不是传统的教书匠，一个教师不仅要把书教好，即把知识和技能传授给学生，还要教会学生学会学习，学会思考和研究。这就需要教师具备基本的教学研究意识，在完成知识教学的同时，要开展一定的教学研究工作，掌握教学研究的基本方法，将教学经验层次的问题升华为更高层次的理论问题，从而提升研究的能力和水平。
在传感器与中学物理实验整合过程中开展教研活动是提高整合层次和水平的重要策略，这不仅有利于教师提升自己的研究能力，还可以更加有效地带动学生参与科研过程，提高研究能力。教师要紧密围绕传感器与中学物理实验教学有意识地发掘一些问题，紧密围绕传感器与中学物理实验的整合研究，保证教研活动的完整性和目标的指向性，使这种教研活动成为物理教师改进中学物理实验手段、提高实验效率、体会科技发展、开展实验探究、培养创新能力的重要手段和方式。结合传感器与中学物理实验开展教学研究的内容比较广泛，可以从理论上进行一些探讨。例如，国内外传感器教学的进展和现状、传感器的重要性、将传感器与物理实验整合的方式方法等。也可以结合具体的实验案例开展一定的实验研究与分析，例如实验验证动能定理的研究[5]、单摆的实验设计[6]、动量定理的实验设计与研究[7]等。在动量定理的实验研究过程中，我们将不易测量的合外力冲量通过力传感器测出，将动量的变化用运动传感器测出，两者进行比较即可分析出冲量和动量变化的关系。在研究过程中，教师不仅提高了教研的意识和能力，还积极引导学生参与科学研究的意识，教给他们基本的研究方法，这对参与研究的学生起到了积极的引导作用，提高了学生的科学素养和科学研究能力。通过教研活动的开展，可以促进教师专业能力和学生科研能力的发展，为创新型人才的培养奠定基础。
传感器与中学物理实验的整合是物理新课程提倡的重要内容和理念，体现了物理课程与科学技术的结合，也体现了物理课程内容的选择性和前沿性，其整合研究已经成为我国中学物理实验改革和研究的重要课题。策略更具普遍意义和方法论意义，开展有效的策略研究将会非常有效地促进传感器与中学物理实验整合的研究。
参考文献
[1] 刘茂军.用数据采集器实施“实验探究”教学的理论与实践.教学研究，2011（2）.
[2] 姚文俊，武丰旭.发展学生主体性的教学策略研究.中国教育学刊，1998（2）.
[3] 刘茂军.中学物理实验设计思想方法拾萃.物理教师，2012（1）.
[4] 刘茂军，刘惠莲，肖利.基于传感器的牛顿第二定律实验设计与研究.中学物理教学参考，2012（11）.
[5] 刘茂军，赵志刚，肖利.实验验证动能定理的研究.中小学实验与装备，2007（4）.
[6] 刘茂军，尹立群，肖利.用PASCO仪器研究单摆的实验设计.中学物理，2011（2）.
[7] 刘茂军，肖利.动量守恒的实验设计与研究.中学物理，2012（3）.
