廣州大學(xué)附屬中學(xué)(510006) 李澤欽

1 DIS系統(tǒng)無線發(fā)射模塊研究背景

近年來新研發(fā)的無線發(fā)射模塊實(shí)現(xiàn)了傳感器與數(shù)據(jù)傳輸線的分離,即有線傳感器變?yōu)闊o線傳感器。脫離了數(shù)據(jù)傳輸線,使DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣,操作更方便。

筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)充分利用新技術(shù)優(yōu)勢(shì)順應(yīng)新一輪課程教材改革。教學(xué)不只局限于教室及實(shí)驗(yàn)室,室外教學(xué)也應(yīng)該得到重視。然而目前國內(nèi)開展室外教學(xué)的實(shí)例較少,將DIS系統(tǒng)與室外教學(xué)結(jié)合更是寥寥無幾。筆者將DIS無線傳感器應(yīng)用于室外教學(xué),為廣大教師提供可行性的教學(xué)參考。

2 DIS 系統(tǒng)無線發(fā)射模塊在教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)

(1)DIS系統(tǒng)無線發(fā)射模塊支持了室外教學(xué)。在教室或?qū)嶒?yàn)室里,學(xué)生是被動(dòng)選擇的,而在室外他們的自主選擇權(quán)得到了尊重。本文的室外教學(xué)是指在教室與實(shí)驗(yàn)室之外的教學(xué)活動(dòng),文中“室外”并不等同于“戶外”,只是排除了教室與實(shí)驗(yàn)室兩個(gè)地點(diǎn),即在家庭居住地、公司或工廠中等進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)。

(2)利用DIS系統(tǒng)的優(yōu)越性,使以往難以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作更加可行化。學(xué)生能夠擁有更加活躍的思維,產(chǎn)生更廣闊的探究欲望。

(3)培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)。運(yùn)用DIS系統(tǒng)無線發(fā)射模塊操作,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)與探究信息的能力、運(yùn)用信息技術(shù)的能力以及處理信息的能力。

3 DIS 系統(tǒng)無線發(fā)射模塊在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用

以DIS系統(tǒng)無線發(fā)射模塊在地磁場(chǎng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用為例。

3.1 實(shí)驗(yàn)情景介紹

實(shí)驗(yàn)基于人教版物理9年級(jí)“電與磁”中最后一節(jié)“磁生電”。初中生剛接觸到電磁學(xué),感到比較抽象難以理解,容易產(chǎn)生畏懼心理。筆者從“磁生電”出發(fā),仿照發(fā)電機(jī)的原理,探究如何利用地磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流。

3.2 實(shí)驗(yàn)原理介紹

教師在教學(xué)中一般會(huì)仿照教材實(shí)驗(yàn),用銅棒與U 型磁鐵來做電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)。為了能夠讓學(xué)生切身體會(huì)發(fā)電機(jī)以及發(fā)電原理,加深所學(xué)的地磁場(chǎng)的概念以及對(duì)磁場(chǎng)方向的判斷,筆者讓學(xué)生在室外選取合適的位置,利用閉合回路在地磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng),觀察其產(chǎn)生的電流。由于電流可能微小且變化多端,因此充分利用DIS系統(tǒng)的微電流傳感器來精確、實(shí)時(shí)地檢測(cè)。

3.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

3.3.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

探究影響感應(yīng)電流大小的因素。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)利用地球這個(gè)“大磁鐵”來發(fā)電。在操場(chǎng)上,3位學(xué)生為一組,利用太陽或影子的方向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來判斷操場(chǎng)的南北方向,進(jìn)而判斷地磁場(chǎng)的方向。因?yàn)橹挥写_定了地磁場(chǎng)的南北方向,再將導(dǎo)線處于東西方向處上下甩動(dòng)時(shí),才能有效切割磁感線來發(fā)電。

(2)進(jìn)行儀器的連接。無線發(fā)射模塊如圖1所示,將其接上傳感器后如圖2所示。

圖1 無線發(fā)射模塊的正反面

圖2 傳感器與無線發(fā)射模塊連接

讓學(xué)生用手機(jī)下載并打開專用軟件LD LAB后,就可以通過如圖3所示的界面選擇無線連接模式。再通過二維碼掃碼與該Android/iOS平臺(tái)軟件進(jìn)行藍(lán)牙無線通訊如圖4所示。這樣就能將傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳送到手機(jī)上進(jìn)行觀察與數(shù)據(jù)處理。這款軟件的操作界面與傳統(tǒng)的DIS通用軟件系統(tǒng)是一致的,只是將操作界面從計(jì)算機(jī)屏幕移了到手機(jī)屏幕或iPad等平板屏幕上,實(shí)現(xiàn)了脫離計(jì)算機(jī)傳輸線束縛的目的。

圖3 該手機(jī)軟件打開界面

圖4 該手機(jī)軟件掃碼界面

(3)兩名學(xué)生分別拿著長導(dǎo)線的一端站在東西方向上,前后兩次以不同的速度上下甩動(dòng)導(dǎo)線,采集到的數(shù)據(jù)以及圖像如圖5所示,導(dǎo)線甩動(dòng)速度較快時(shí)的感應(yīng)電流情況為圖像中幅度較大的曲線?？梢悦黠@地對(duì)比出,當(dāng)導(dǎo)線甩動(dòng)速度較快時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電流也整體較大,從而得出感應(yīng)電流大小與閉合回路切割磁感線的速度之間的關(guān)系。

圖5 探究感應(yīng)電流大小與速度的關(guān)系

(4)兩名學(xué)生在上述同一地點(diǎn),改變導(dǎo)線長度再以近乎同一速度甩動(dòng),采集到的數(shù)據(jù)以及圖像如圖6所示,導(dǎo)線長度較長時(shí)的感應(yīng)電流情況為圖像中幅度較大的曲線?？梢悦黠@地對(duì)比出,當(dāng)甩動(dòng)導(dǎo)線的長度較長時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電流也整體較大,得出感應(yīng)電流大小與閉合回路中切割磁感線的導(dǎo)線長度之間的關(guān)系。

圖6 探究感應(yīng)電流大小與導(dǎo)線長度的關(guān)系

(5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出影響感應(yīng)電流大小的因素。時(shí)間充裕還可以對(duì)比不同的磁場(chǎng)方向產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向,以及不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小。

3.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與反饋

本實(shí)驗(yàn)利用DIS無線微電流傳感器實(shí)時(shí)、迅速地記錄微小且變化多端的感應(yīng)電流,提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度,拓展了學(xué)生的探究空間。筆者對(duì)學(xué)生訪談錄音記錄和前后知識(shí)的測(cè)試,結(jié)果表明學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣有一定程度地提高,學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)的答題情況有所改善,所得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件及影響感應(yīng)電流大小因素對(duì)學(xué)生而言更具說服力。

實(shí)驗(yàn)前,部分學(xué)生沒有接觸過DIS傳感器,需要一定的引導(dǎo)。對(duì)于如何將傳感器接入閉合回路這個(gè)問題,學(xué)生可以通過借鑒傳統(tǒng)電流表的接線方法來連接傳感器。對(duì)于軟件操作界面問題,學(xué)生花了一定時(shí)間了解按鍵作用與操作方法。遇到最主要的問題是無法在組合圖像中呈現(xiàn)兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果,不能進(jìn)行比較。經(jīng)過探討先利用計(jì)算表格記錄數(shù)據(jù)后保存數(shù)據(jù),再繪制曲線到組合圖像中進(jìn)行比較。

4 結(jié)束語

DIS系統(tǒng)無線發(fā)射模塊技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)具有非常獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn),脫離了計(jì)算機(jī)傳輸線的束縛成功實(shí)現(xiàn)了室外教學(xué)。在教學(xué)方法上更加多樣化,為教育教學(xué)提供了新思路,體現(xiàn)了信息技術(shù)對(duì)教學(xué)的整合。拓展了學(xué)生探究能力,激發(fā)了學(xué)生的求知欲,提高了學(xué)生利用信息技術(shù)解決問題的能力。