利用DIS傳感器 優化物理課堂教學

摘 要：物理課堂中滲透科技教育對培養學生物理思維的培養起到了非常重要的作用，傳感器因其能迅速地采集數據；便捷地以圖像、表格、擬合公式等多種形式，客觀地展示實驗的全過程；形象、直觀地對實驗數據進行分析、處理并得出實驗結論等優點，而被越來越廣泛地應用于中學物理教學中。這對學生的創新型思維的培養起到了積極的作用。本文就傳感器在物理課堂中的應用，以兩個案例展開，課堂中滲透科技教育，可以優化物理課堂教學。

關鍵詞：傳感器 電容器 磁感應強度 科技

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）09（c）-0094-02

高中物理新課程標準中明確要求：通過初中課程的學習，學生對科學探究的過程有了一定的體驗，并具有了初步的科學探究能力。高中階段的物理課，應該在這個基礎上更加關注學生在科學探究過程中的學習質量，對待科學的態度應該更加嚴謹，對待新知不僅要定性而且要定量。應進一步加深對科學探究的理解，提高科學探究的能力。

案例一：

高中物理選修3-1中《電容器的電容》這節內容，因為實驗器材的不同，帶來本節課不同的教學設計。

方案1：

本節課的教學難點：電容器的存儲電量的本領大小怎樣定義？

教師直接展示：“充電后電容器的兩極板間有電勢差，這個電勢差跟電容器所帶的電荷量有關。”“一個電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U成正比，比值Q/U是一個常量。但不同的電容器，這個比值一般是不同的，可見，這個比值表征了電容器儲存電荷的特性。”

學生：在底下做筆記抄下，但是表情茫然，并有一些學生小聲議論，但是教師很快進入下一環節教學。

課后調查發現，學生存在以下三個問題：

（1）教材根據“實驗表明”，是根據哪個實驗得出結論的。

（2）自己沒有做這個實驗，不能信服。

（3）用類比水容器來理解電容器的電容，還是不能很好理解電容的概念。學生覺得這節課很難學。

方案2：

利用傳感器系統在采集數據上的優勢，就可以順利完成本節課的驗證實驗。利用電流傳感器測量放電電流隨時間的變化，并作出放電電流隨時間變化圖象（見圖1），其中放電電流圖線與橫軸之間所圍的面積就是放電電量，即電容器的帶電量。再利用電壓傳感器可以測得電容器的充電壓。對于不同的充電電壓，比較電容器所帶電量和充電壓的關系。

實驗電路主要由充電電路和放電電路兩部分組成（見圖2），通過單刀雙擲開關控制選擇：打到1，對電容器進行充電，其充電電壓可以通過分壓電路進行控制，并由電壓傳感器測出。待充電結束后，打到2，電容器開始放電，其放電過程通過電流傳感器實時采集，并直接輸入計算機進行處理。

利用數據處理系統“其它處理”按鈕中的“積分”功能，可以很快得到圖線所圍面積，該面積即為電容器充電結束時的帶電量，即電容器的帶電量Q（見圖3）。

通過改變滑動變阻器的阻值，調整電容器的充電電壓，重復前面的實驗，將測得數據填入表格，得到表格1。讓學生分析表格中數據，思考電量和電壓有怎樣的關系：正比、反比、一次方還是二次方。利用傳感器系統內部繪圖功能，以電壓為橫軸，以電量為縱軸，進行描點，再利用圖線擬合功能，得到一條過原點的直線。可以得出同一個電容器所帶電量和電容器的充電電壓成正比的結論（見表1）。

因傳感器處理數據非常快，本節課中還可以多選幾個不同電容值的電容器重做這個實驗，都可以得出相同的關系。學生總結歸納圖像的意義：不同電容器的這個比值不同，同一個電容器的比值相同。就用這個比值來定義電容器存儲電量的本領大小。

案例二：

高中物理選修3-1中“磁感應強度”這個物理概念是電磁學的核心概念，它對以后的磁場學習起到關鍵作用，但對這個概念的理解也有兩種不同的教學方法。

方案1：

在傳統授課時，對“磁感應強度”這個概念的建立，歷來是定性敘述的基礎上，得出B=F/IL。從教學的層面看，這樣處理不僅學生感到茫然，教師也特別別扭。因為在建立電場強度的概念時，我們就經歷了這樣的尷尬……的比值是一個定值，這個比值真的是一個定值嗎？學生很難信服。

方案2：

學生的疑惑在于B=F/IL是否真是一個定值，基于此，可以設計一個線框在磁場中的垂直放置，利用力傳感器測出F，再利用電流傳感器測出電流I，同時測出長度L，利用控制變量法的思維，在數據處理系統中制作表格（見表2），然后利用傳感器系統內部繪圖功能，以IL為橫軸，以F為縱軸，進行描點，再利用圖線擬合功能，得到一條過原點的直線。可以得出在同一個位置磁感應強度B是一個定值，與電流和受到的力的大小無關。而且數據采集的過程，本身也是學習的一個體驗過程。能夠很好的突破三維目標（見圖4）。

對傳感器滲透物理課堂的思考。

從教育的層面看，科學家發現物理規律的過程中，所經歷的艱辛和富有創造性的研究智慧，在后人的學習過程中被人為的忽略了，學生只是被動的接受知識，而無法再感悟科學家創造性工作的同時也收到了思維的激蕩。要改變這種被動的局面，關鍵問題就是要將一些傳統器材無法定量做到的實驗，利用現代科技技術變成易于測量，易于定量計算分析和統計的數據，只有這樣才能讓學生有所獲，而且在這個過程中無形中強化了學生學習物理的思維能力，使“懷疑”變成了“信服”。

兩個案例的《方案2》中充分利用了傳感器實驗系統數據采集速度快、讀數精度高和數據處理功能強大的特點，學生可以根據測量的數據總結歸納出結論。不再是被動的接受，而是主動習得，學生普遍反映對電容器的電容理解起來較容易。并且學生對傳感器實驗的強大功能充滿興趣，為學生掌握傳感器實驗工具和利用傳感器進行實驗設計打下一定的基礎。

傳感器實驗的優勢是明顯的，為這兩節課探究方案的實現起到了至關重要的作用，傳感器實驗為教師的教和學生的學的優化起到極大的作用。

1 學生學習方式得到了優化

學生由被動地接受知識，變為主動地探究知識形成過程，符合學生思維發展的規律。傳感器實驗可以實時動態地采集實驗信息，能全面而準確地把握實驗進程，使物理規律的發現或者驗證更具有嚴謹性和可信度。同時，傳感器實驗教學使教師能夠創造性地教帶動學生創造性地學。學生可以利用數字化實驗設備最大限度地向傳統經驗和權威挑戰，利用傳感器實驗設備創設情景，讓學生學會關注周圍事物，促進學生創造性思維的發展。

2 學生學習內容的深度和廣度得到了拓展

傳統實驗操作復雜和數據處理繁瑣在一定程度上對學生的思維發展構成了障礙，限制了學生鉆研的深度和廣度。而傳感器實驗系統具有測量范圍廣、測量精度高的特點，為學生深入研究問題提供了可能。同時，傳感器實驗測量精確快速、操作簡便靈活，圖形處理功能強大，使得學生擺脫了繁瑣的計算過程，學生能夠比較容易發現或者驗證各種數量之間的數學關系。從而將更多的時間、精力用于研究和掌握物理學中的規律。尤其在利用傳感器實驗系統中，很多實驗可以由學生自行設計、選材、完成，從而培養了學生探究的意識和創新的能力。

3 學生學習的能力得到了提高

傳感器實驗教學以學生為本，在培養學生的學習能力上發揮著重要的作用，有效地培養學生數形結合、歸納總結的能力；培養學生獨立設計實驗及合作學習的意識以及創新能力；培養了學生實際動手觀察，大膽聯想和合理猜測的能力；也培養了學生正確選擇、使用實驗儀器和實驗操作的能力。

4 教師的教學手段得到了豐富

傳感器實驗教學系統能為教師拓展更為豐富的教學內容，提高了教學的靈活性；教師可以創造性的設計教學素材和教學方法，激起學生學習的熱情和興趣；教師還可以突破時空的限制，為學生在課外合作學習提供探究的平臺；利用數字化實驗系統教師可以更加規范和高效的進行課堂教學，嚴謹有序的開展學科實驗，有利于培養學生嚴謹的科學素養，也為教師的專業化發展提供了重要技術支撐和真實有效的素材。同時，數字化實驗室為學生開展課題研究和研究性學習提供平臺和活動空間。

5 結語

電容器的電容，磁感應強度是物理教學中的重要概念，諸如此類的知識還有很多，傳感器能采集各種物理數據，具有便攜、實時、準確、綜合、直觀、定量等突出的特點。并且能夠采集分析大量的實驗數據，支持學生在實驗中定量測量，特別是傳統器材無法測量的量和現象，且能關注量的變化，從而學會分析和理解數據，發現數據背后的物理原理，深化學生對物理變化的理解。課堂教學中，要發揮好老師的主導地位，努力保證學生的主體地位，讓學生在潛移默化中接受到科技創新的教育，在親身經歷中提高分析問題的能力，享受學習的快樂。

參考文獻

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