蔡秋霞 孟憲柱

摘 要： 隨著信息技術(shù)的發(fā)展和新課改的推進(jìn)，以傳感器和計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代化信息技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)運(yùn)而生。本文就傳感器技術(shù)在高中物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞： 信息技術(shù) 傳感器技術(shù) 物理實(shí)驗(yàn)

傳感器是能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)的裝置。它能感受力、熱、光、電、聲等多種信息，并將它們換成便于測(cè)量的電學(xué)量，再進(jìn)行放大、傳輸、儲(chǔ)存、顯示或做出必要的控制輸出，便于我們數(shù)據(jù)處理。電流傳感器、電壓傳感器、力傳感器、溫度傳感器等代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)常用測(cè)量器材有電流表、電壓表、彈簧秤、水銀溫度計(jì)等。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器相比，傳感器具有數(shù)據(jù)可靠優(yōu)點(diǎn)，可以節(jié)約時(shí)間，提高課堂教學(xué)效率。

傳感器與數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)相結(jié)合，并輔以教學(xué)軟件，構(gòu)成了數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（簡稱DISLab），通過數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（簡稱DISLab）突破一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中不能做、難觀察的實(shí)驗(yàn)。

1.運(yùn)用傳感器可以使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯直觀

物理是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，許多物理概念規(guī)律的推導(dǎo)都需要借助實(shí)驗(yàn)獲得，幫助學(xué)生理解。進(jìn)入高中階段后，物理知識(shí)更加抽象，實(shí)驗(yàn)更復(fù)雜，所用儀器多，處理數(shù)據(jù)過程繁瑣。電流、微電流、電壓、壓強(qiáng)、溫度、聲波、位移、力、磁、光電門等多種傳感器可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)測(cè)量元件，完成力、熱、光、電、磁等多種物理量的測(cè)量。摩擦力是生活中常見的一種力，學(xué)生很容易認(rèn)識(shí)它，教師在講解時(shí)多采用彈簧秤拉靜止在水平面上的物體，讓大家認(rèn)識(shí)靜摩擦力的大小，通過彈簧秤勻速拉動(dòng)物塊測(cè)滑動(dòng)摩擦力的大小，但是在講解靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力大小的關(guān)系時(shí)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)用彈簧秤很難觀察，因?yàn)橛伸o摩擦力變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力的過程，力的大小變化并不明顯，學(xué)生不易觀察。但是通過傳感器，再連接數(shù)據(jù)采集器，可以直接把摩擦力變化輸入電腦，并繪制成圖像，使所有學(xué)生都清晰地認(rèn)識(shí)到：最大靜摩擦力大于滑動(dòng)摩擦力。

又如學(xué)習(xí)《簡諧運(yùn)動(dòng)》這一節(jié)時(shí)，傳統(tǒng)處理模式是教師直接告訴學(xué)生彈簧振子的振動(dòng)圖像，并不是學(xué)生直接觀察到的，學(xué)生只能默默接受。新課標(biāo)的理念強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)新知識(shí)。如果我們將傳感器技術(shù)直接運(yùn)用于本實(shí)驗(yàn)，將位移傳感器接收模塊固定在支架上，連接到數(shù)據(jù)采集器第一通道；將位移傳感器發(fā)射模塊兩端的金屬環(huán)與彈簧振子實(shí)驗(yàn)器上的水平彈簧相連，并用軟線將其垂直懸吊在實(shí)驗(yàn)器的垂直桿上。此時(shí)，位移傳感器發(fā)射模塊即作為彈簧使用。將位移傳感器連接數(shù)據(jù)采集器，即可在電腦上輸出圖像。

2.運(yùn)用傳感器技術(shù)可以節(jié)約課堂時(shí)間，更快更精準(zhǔn)地完成實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)由于測(cè)量數(shù)據(jù)集處理數(shù)據(jù)都比較麻煩，因此一般實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)都要花一節(jié)課的時(shí)間，甚至一節(jié)課都做完。由于傳感器簡化數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理過程，提高實(shí)驗(yàn)課的課堂教學(xué)效率。如在教學(xué)《實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量》一節(jié)時(shí)，利用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室方案，單是測(cè)質(zhì)量、速度等物理量就要花費(fèi)5至10分鐘的時(shí)間，大大浪費(fèi)課堂時(shí)間，而利用光電門傳感器，連接數(shù)據(jù)采集器可以直接讀出速度的大小，省去大量計(jì)算，且避免讀數(shù)不準(zhǔn)確、計(jì)算不準(zhǔn)確帶來的誤差。在教學(xué)《測(cè)小燈泡的伏安特性曲線》這一節(jié)時(shí)，連接好電路之后，需要調(diào)節(jié)滑變記錄小燈泡的電壓、電流大小，再根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，且讀數(shù)不準(zhǔn)確，作圖不規(guī)范，都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。利用DISlab只需將電流傳感器、電壓傳感器接入電路，再連接數(shù)據(jù)采集器，就可以直接采集電壓電流數(shù)據(jù)，并輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過教學(xué)軟件處理，可以直接繪制出小燈泡的伏安特性曲線。

3.運(yùn)用傳感器技術(shù)可以提高學(xué)生的自主探究能力

讓學(xué)生通過自主探究獲得知識(shí)，探究的主要形式是通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。自主探究過程“猜想—驗(yàn)證—?dú)w納—結(jié)論”的過程，使學(xué)生在這一過程中掌握科學(xué)研究的方法。高中物理中的向心力、動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒都是重要知識(shí)，但是傳統(tǒng)的教法方法只能從理論上概括出其概念規(guī)律，并不能讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)“猜想—驗(yàn)證—?dú)w納—結(jié)論”認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)這些概念、定理，對(duì)于這些概念、定理學(xué)生并沒有感性認(rèn)識(shí)。運(yùn)用傳感器技術(shù)，教師可以創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，提高物理探究過程的實(shí)效性，讓學(xué)生獨(dú)立思考，自己提出猜想，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過這個(gè)過程學(xué)生可以自己歸納“發(fā)現(xiàn)”物理概念，得出物理規(guī)律。這樣不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且強(qiáng)化了學(xué)生獨(dú)立思考、自主探究的能力。

豐富的課堂實(shí)驗(yàn)可以增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)，高科技的實(shí)驗(yàn)手段可以簡化實(shí)驗(yàn)過程，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和實(shí)驗(yàn)手段可以促進(jìn)學(xué)生積極地尋找物理規(guī)律。傳感器技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合是教學(xué)手段的又一次革新，是教育技術(shù)不斷進(jìn)步的表現(xiàn)，通過理論和實(shí)踐證明傳感器技術(shù)應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有非常獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，在教學(xué)方法上實(shí)現(xiàn)了多樣化；在教育觀念上，為教育的發(fā)展提供新思路，體現(xiàn)信息技術(shù)對(duì)物理教學(xué)的整合。

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聊城大學(xué)精品課程資助，項(xiàng)目編號(hào)：J201108。