傳感器在高中物理實驗教學中的應用

蔡秋霞 孟憲柱

摘 要： 隨著信息技術的發展和新課改的推進，以傳感器和計算機為基礎，將現代化信息技術與傳統實驗教學相結合的數字化信息系統實驗室應運而生。本文就傳感器技術在高中物理實驗中的應用進行了論述。

關鍵詞： 信息技術 傳感器技術 物理實驗

傳感器是能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號的裝置。它能感受力、熱、光、電、聲等多種信息，并將它們換成便于測量的電學量，再進行放大、傳輸、儲存、顯示或做出必要的控制輸出，便于我們數據處理。電流傳感器、電壓傳感器、力傳感器、溫度傳感器等代替傳統實驗常用測量器材有電流表、電壓表、彈簧秤、水銀溫度計等。與傳統實驗儀器相比，傳感器具有數據可靠優點，可以節約時間，提高課堂教學效率。

傳感器與數據采集器、計算機相結合，并輔以教學軟件，構成了數字化信息系統實驗室（簡稱DISLab），通過數字化信息系統實驗室（簡稱DISLab）突破一些傳統實驗室中不能做、難觀察的實驗。

1.運用傳感器可以使實驗現象更加明顯直觀

物理是一門實驗學科，許多物理概念規律的推導都需要借助實驗獲得，幫助學生理解。進入高中階段后，物理知識更加抽象，實驗更復雜，所用儀器多，處理數據過程繁瑣。電流、微電流、電壓、壓強、溫度、聲波、位移、力、磁、光電門等多種傳感器可以代替傳統測量元件，完成力、熱、光、電、磁等多種物理量的測量。摩擦力是生活中常見的一種力，學生很容易認識它，教師在講解時多采用彈簧秤拉靜止在水平面上的物體，讓大家認識靜摩擦力的大小，通過彈簧秤勻速拉動物塊測滑動摩擦力的大小，但是在講解靜摩擦力與滑動摩擦力大小的關系時，傳統實驗用彈簧秤很難觀察，因為由靜摩擦力變為滑動摩擦力的過程，力的大小變化并不明顯，學生不易觀察。但是通過傳感器，再連接數據采集器，可以直接把摩擦力變化輸入電腦，并繪制成圖像，使所有學生都清晰地認識到：最大靜摩擦力大于滑動摩擦力。

又如學習《簡諧運動》這一節時，傳統處理模式是教師直接告訴學生彈簧振子的振動圖像，并不是學生直接觀察到的，學生只能默默接受。新課標的理念強調發揮學生的主觀能動性，讓學生發現新知識。如果我們將傳感器技術直接運用于本實驗，將位移傳感器接收模塊固定在支架上，連接到數據采集器第一通道；將位移傳感器發射模塊兩端的金屬環與彈簧振子實驗器上的水平彈簧相連，并用軟線將其垂直懸吊在實驗器的垂直桿上。此時，位移傳感器發射模塊即作為彈簧使用。將位移傳感器連接數據采集器，即可在電腦上輸出圖像。

2.運用傳感器技術可以節約課堂時間，更快更精準地完成實驗

傳統實驗由于測量數據集處理數據都比較麻煩，因此一般實驗室實驗都要花一節課的時間，甚至一節課都做完。由于傳感器簡化數據采集及數據處理過程，提高實驗課的課堂教學效率。如在教學《實驗：探究碰撞中的不變量》一節時，利用傳統的實驗室方案，單是測質量、速度等物理量就要花費5至10分鐘的時間，大大浪費課堂時間，而利用光電門傳感器，連接數據采集器可以直接讀出速度的大小，省去大量計算，且避免讀數不準確、計算不準確帶來的誤差。在教學《測小燈泡的伏安特性曲線》這一節時，連接好電路之后，需要調節滑變記錄小燈泡的電壓、電流大小，再根據數據進行圖像處理，且讀數不準確，作圖不規范，都會影響實驗結果。利用DISlab只需將電流傳感器、電壓傳感器接入電路，再連接數據采集器，就可以直接采集電壓電流數據，并輸入計算機，經過教學軟件處理，可以直接繪制出小燈泡的伏安特性曲線。

3.運用傳感器技術可以提高學生的自主探究能力

讓學生通過自主探究獲得知識，探究的主要形式是通過實驗培養學生的探究能力。自主探究過程“猜想—驗證—歸納—結論”的過程，使學生在這一過程中掌握科學研究的方法。高中物理中的向心力、動能定理、機械能守恒都是重要知識，但是傳統的教法方法只能從理論上概括出其概念規律，并不能讓學生通過實驗“猜想—驗證—歸納—結論”認識發現這些概念、定理，對于這些概念、定理學生并沒有感性認識。運用傳感器技術，教師可以創設實驗情境，提高物理探究過程的實效性，讓學生獨立思考，自己提出猜想，設計實驗驗證。通過這個過程學生可以自己歸納“發現”物理概念，得出物理規律。這樣不僅激發了學生的學習興趣，而且強化了學生獨立思考、自主探究的能力。

豐富的課堂實驗可以增強學生的實踐體驗，高科技的實驗手段可以簡化實驗過程，激發學生的探究欲望，強大的數據處理功能和實驗手段可以促進學生積極地尋找物理規律。傳感器技術與物理實驗教學的結合是教學手段的又一次革新，是教育技術不斷進步的表現，通過理論和實踐證明傳感器技術應用于物理實驗教學具有非常獨到的優點，在教學方法上實現了多樣化；在教育觀念上，為教育的發展提供新思路，體現信息技術對物理教學的整合。

參考文獻：

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聊城大學精品課程資助，項目編號：J201108。