利用傳感器技術改進壓縮空氣裝置

吳佳檬　吳利文

【摘要】文章改進了華師大版科學教材中“壓縮空氣發熱”活動中的實驗裝置，利用溫度和壓強傳感器，將實驗中的實時數據直觀顯示，有利于實驗的定性分析。

【關鍵詞】傳感器 壓縮空氣 壓強 溫度

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

科學合理的教學環境，能促進學生與學習環境的有意義的建構[1]。傳感器技術應用于初中科學實驗教學，既有直觀性，又能夠定量分析，其最大的優勢是操作便捷，能實時顯示數據，并能將數據通過圖像、表格、圖片、視頻等形式保存下來，進行后期數據分析。《義務教育初中科學課程標準（2011版）》的課程目標之一是是學生具有觀察、實驗、收集和處理信息的初步技能、以及用科學語言表達和交流的初步技能[2]。

義務教育課程標準實驗教科書（華師大版）九年級上冊第7章《內能》第1節“物體的內能”中為了說明“做功改變物體的內能”所安排的學生活動之一[3]，但是這一實驗的重點和難點內容，學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能，在這過程中氣體的溫度、壓強都發生了變化，學生通過宏觀現象觀察，很難同時判斷出溫度變化和壓強變化，以至于部分學生依靠機械記憶記住這個實驗結論，對后續科學學習產生障礙。

傳感器技術利用傳感器能將被檢測到的信息，轉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、壓強變化提供便利。通過對傳感器技術實驗的圖標或數據進行分析，學生能清晰得看到壓縮氣體時氣體溫度及壓強的變化，從而增進對壓縮氣體做功結果的深刻理解。在此過程中，學生還能夠鍛煉收集數據、分析圖像并得出合理結論的能力。以下是筆者利用傳感器技術，針對壓縮氣體裝置改進的一次教學探索。

一、實驗目的

探究壓縮空氣發熱，物體內能變化的規律。

二、實驗儀器

溫度探頭、壓強傳感器、溫度傳感器、數據采集器、60mL注射器、數據顯示模塊、密封管、三通管、傳感器連接線、計算機通訊線、DISlab軟件。

三、實驗步驟

（1）如圖1所示，連接裝置。

（2）將壓強傳感器連接計算機，設置軟件參數。

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

（4）可重復上述步驟（3），反復多次進行演示。

四、實驗分析

實驗測得的數據如圖2所示。

五、結語

筆者認為利用傳感器技術改進壓縮空氣裝置有區別于傳統實驗裝置“火花引火儀”的創新點：①利用傳感技術將實驗數據直觀顯示并記錄，便于定量分析；②實驗簡單，操作快捷，能充分體現做功改變內能的實質；③能將動態信號實時準確的顯示；④適合學生實驗，小組合作，鍛煉學生動手能力；⑤連接數據顯示模塊可直接讀數；⑥各傳感器可自由組合，激發學生創造力。在教學過程中，將傳感器技術和傳統實驗相結合，能最大程度優化教學效果。

參考文獻：

[1]孫京.數形實結合幫助學生理解壓強對化學平衡影響的規律[J].中學化學教與學，2017（1）：24-26.

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

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