利用傳感器技術(shù)改進(jìn)壓縮空氣裝置

吳佳檬　吳利文

【摘要】文章改進(jìn)了華師大版科學(xué)教材中“壓縮空氣發(fā)熱”活動中的實驗裝置，利用溫度和壓強(qiáng)傳感器，將實驗中的實時數(shù)據(jù)直觀顯示，有利于實驗的定性分析。

【關(guān)鍵詞】傳感器 壓縮空氣 壓強(qiáng) 溫度

【中圖分類號】G632 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）09-0242-01

科學(xué)合理的教學(xué)環(huán)境，能促進(jìn)學(xué)生與學(xué)習(xí)環(huán)境的有意義的建構(gòu)[1]。傳感器技術(shù)應(yīng)用于初中科學(xué)實驗教學(xué)，既有直觀性，又能夠定量分析，其最大的優(yōu)勢是操作便捷，能實時顯示數(shù)據(jù)，并能將數(shù)據(jù)通過圖像、表格、圖片、視頻等形式保存下來，進(jìn)行后期數(shù)據(jù)分析。《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》的課程目標(biāo)之一是是學(xué)生具有觀察、實驗、收集和處理信息的初步技能、以及用科學(xué)語言表達(dá)和交流的初步技能[2]。

義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書（華師大版）九年級上冊第7章《內(nèi)能》第1節(jié)“物體的內(nèi)能”中為了說明“做功改變物體的內(nèi)能”所安排的學(xué)生活動之一[3]，但是這一實驗的重點和難點內(nèi)容，學(xué)生往往難以理解深刻、全面。因為壓縮氣體做功，引燃硝化棉，說明做功改變物體的內(nèi)能，在這過程中氣體的溫度、壓強(qiáng)都發(fā)生了變化，學(xué)生通過宏觀現(xiàn)象觀察，很難同時判斷出溫度變化和壓強(qiáng)變化，以至于部分學(xué)生依靠機(jī)械記憶記住這個實驗結(jié)論，對后續(xù)科學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)生障礙。

傳感器技術(shù)利用傳感器能將被檢測到的信息，轉(zhuǎn)換成電信號或其他形式輸出，對壓縮氣體實驗后研究體系中溫度、壓強(qiáng)變化提供便利。通過對傳感器技術(shù)實驗的圖標(biāo)或數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，學(xué)生能清晰得看到壓縮氣體時氣體溫度及壓強(qiáng)的變化，從而增進(jìn)對壓縮氣體做功結(jié)果的深刻理解。在此過程中，學(xué)生還能夠鍛煉收集數(shù)據(jù)、分析圖像并得出合理結(jié)論的能力。以下是筆者利用傳感器技術(shù)，針對壓縮氣體裝置改進(jìn)的一次教學(xué)探索。

一、實驗?zāi)康?/p>

探究壓縮空氣發(fā)熱，物體內(nèi)能變化的規(guī)律。

二、實驗儀器

溫度探頭、壓強(qiáng)傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、60mL注射器、數(shù)據(jù)顯示模塊、密封管、三通管、傳感器連接線、計算機(jī)通訊線、DISlab軟件。

三、實驗步驟

（1）如圖1所示，連接裝置。

（2）將壓強(qiáng)傳感器連接計算機(jī)，設(shè)置軟件參數(shù)。

（3）采集數(shù)據(jù)，將注射器快速推至某一刻度，待氣體體積恢復(fù)，觀察壓強(qiáng)和溫度曲線的變化。

（4）可重復(fù)上述步驟（3），反復(fù)多次進(jìn)行演示。

四、實驗分析

實驗測得的數(shù)據(jù)如圖2所示。

五、結(jié)語

筆者認(rèn)為利用傳感器技術(shù)改進(jìn)壓縮空氣裝置有區(qū)別于傳統(tǒng)實驗裝置“火花引火儀”的創(chuàng)新點：①利用傳感技術(shù)將實驗數(shù)據(jù)直觀顯示并記錄，便于定量分析；②實驗簡單，操作快捷，能充分體現(xiàn)做功改變內(nèi)能的實質(zhì)；③能將動態(tài)信號實時準(zhǔn)確的顯示；④適合學(xué)生實驗，小組合作，鍛煉學(xué)生動手能力；⑤連接數(shù)據(jù)顯示模塊可直接讀數(shù)；⑥各傳感器可自由組合，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力。在教學(xué)過程中，將傳感器技術(shù)和傳統(tǒng)實驗相結(jié)合，能最大程度優(yōu)化教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫京.數(shù)形實結(jié)合幫助學(xué)生理解壓強(qiáng)對化學(xué)平衡影響的規(guī)律[J].中學(xué)化學(xué)教與學(xué)，2017（1）：24-26.

[2]中華人民共和國教育部.《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011：10-11.

[3]中華人民共和國教育部.《義務(wù)教育教科書（科學(xué) 九年級上冊）》[S].上海：華東師范大學(xué)出版社，2013：140.