淺談傳感器技術(shù)在初中物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用

摘?要：在國家新一輪課程改革與現(xiàn)代信息技術(shù)的共同推進下，傳統(tǒng)實驗教學(xué)與數(shù)字化實驗以各自優(yōu)點作為基礎(chǔ)，實現(xiàn)數(shù)字化傳感器和計算機相整合。本文簡單論述了中學(xué)物理實驗中應(yīng)用傳感器進行實驗的優(yōu)點，期待這一新的知識技術(shù)能早日廣泛地應(yīng)用于物理教學(xué)中，為傳統(tǒng)的物理實驗教學(xué)注入新的活力。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù);數(shù)字傳感器;物理實驗;整合優(yōu)化

一、 引言

傳感器作為教育手段現(xiàn)代化的一個新的突破口，進入中學(xué)物理實驗室，不僅突出物理學(xué)科重應(yīng)用、重實際的特點，隨著各種儀器及技術(shù)的不斷更新，人們嘗試著借助其優(yōu)點擴展自己的感知范圍。傳感器就如人類的“五官”，負責(zé)信息的采集，在物理實驗中，能夠?qū)⒙暋⒐狻⒘Α岬?，這些感受到的物理量與電學(xué)完美融合，在測量中放大、傳輸、儲存。

二、

在初中物理實驗教學(xué)中應(yīng)用傳感器技術(shù)的優(yōu)點

（一） 呈現(xiàn)數(shù)字化的實驗手段

通過物理實驗教學(xué)的成功實例可以表明，可視化物理現(xiàn)象及規(guī)律，在實驗中成功的關(guān)鍵是讓學(xué)生“看到現(xiàn)象”。物理雖然作為一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，在中學(xué)實驗室中無法演示全部的實驗。這時數(shù)字化傳感信息系統(tǒng)提供的先進技術(shù)手段就起了非常重要的作用。例如：相互作用力的效果是生活中的常見現(xiàn)象，雙手擊掌，兩手都疼;人站地上不掉下去，是受到重力和支持力。如何從物理學(xué)的規(guī)律出發(fā)更好的認識相互作用力的特點，卻是一個教學(xué)難點。兩個力大小，方向的特點，傳統(tǒng)實驗裝備只能用彈簧測力計測量水平方向力的大小關(guān)系，在豎直方向上由于有重力的影響，結(jié)果存在的誤差比較大，不能給學(xué)生提供有分析價值的數(shù)據(jù)。

數(shù)字化傳感器此時的優(yōu)勢就顯示出來了，將傳感器引入相互作用力的教學(xué)，學(xué)生在實驗中手持力傳感器往兩邊拉動，就可以在很短的時間內(nèi)清楚地記錄下兩個力隨時間變化的圖像，及其運動過程中兩個力的關(guān)系。

在實驗技術(shù)和進步的實驗手段的有機結(jié)合下，學(xué)生不僅看到了物理現(xiàn)象，總結(jié)出了物理規(guī)律，學(xué)生對物理學(xué)的興趣也被喚起，而學(xué)生在科學(xué)探索的道路上能走多遠的關(guān)鍵因素正是由這種興趣來決定的。

（二） 將抽象的東西，具體化，可視化。

在《聲》這一章的學(xué)習(xí)中，難點在于怎樣讓學(xué)生了解和掌握聲音三個特性。這個問題在教學(xué)中出現(xiàn)聲傳感器時，問題一下就變得非常簡單了，聲音的增強、減弱過程聲可以被傳感器直接檢測到，這一過程也可以在計算機上被清晰地觀察到。伴隨音叉振動形成的“波形”現(xiàn)象還可以利用聲傳感器檢測到，讀出每秒鐘“波形”的個數(shù)，就是該聲的頻率。由于傳感器技術(shù)的獨特的作用，使實驗的微觀現(xiàn)象被極大地擴展和可視化，

（三） 突破局限，彌補不足

在電磁學(xué)實驗教學(xué)中的一個難點是，電磁學(xué)看不到摸不著，學(xué)生沒法觀察到現(xiàn)象，一切靠想象，可能還會在心中形成電磁學(xué)的“晦澀、難懂”的印象，而失了物理學(xué)習(xí)的信心。電磁學(xué)一章中，例如，在利用導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的實驗中，使用單根導(dǎo)線進行切割是最理想的實驗設(shè)計。學(xué)生對結(jié)構(gòu)簡單的單根導(dǎo)線來切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流不存在認知困難。但用單根導(dǎo)線切割磁感線的電流相當微弱，如果用傳統(tǒng)實驗儀器，只能測毫安級，電流太弱，靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)不夠明顯。為了實驗明顯，要么增加導(dǎo)線在磁場中有效長度，使用多匝線圈代替單根導(dǎo)線，要么增加磁場強度。效果是有了，但也增加了學(xué)生將多匝線圈看作單一導(dǎo)體的在認知難度。如果借助微電流傳感器可以將實驗精度由毫安級提升到微安級，單根導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流能被學(xué)生清晰地觀察到。教師實現(xiàn)了多年的設(shè)想，軟硬件的有機結(jié)合增加了實驗的深度，電磁學(xué)實驗的廣度被拓展，大大啟發(fā)了學(xué)生的思維。

（四） 利用傳感器技術(shù)學(xué)生可以進行探究式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

物理學(xué)習(xí)是一個貫穿了實驗、觀察、探究、歸納和抽象的過程。在實驗教學(xué)中，我們注重通過實驗再現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程，從而讓學(xué)生體驗到“猜想-驗證-歸納”的科學(xué)探究過程，初步掌握科學(xué)研究的方法。傳感器的應(yīng)用大大提高了這種探究過程的實效。對傳統(tǒng)實驗進行“再挖掘”，改變傳統(tǒng)實驗條件，開發(fā)其潛在的教育和教學(xué)功能。在運用傳感器進行實驗教學(xué)中，教師鼓勵學(xué)生充分利用實驗創(chuàng)設(shè)的真實情景，主動地進行探索、學(xué)習(xí);通過處理實驗的一系列數(shù)據(jù)，“發(fā)現(xiàn)”新規(guī)律，“定義”新的物理量，讓學(xué)生在研究和歸納的過程中感性地理解物理變化及其規(guī)律。這樣學(xué)生最終不僅可以更深入地理解物理學(xué)的現(xiàn)象，而且可以更好地獨立思考、大膽假設(shè)和嚴謹探索，從而開拓學(xué)生思維和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

三、

結(jié)束語

數(shù)字化實驗不是用來做秀的，如果傳統(tǒng)實驗?zāi)軌蜃龅煤?，主要由傳統(tǒng)實驗完成。在數(shù)字實驗中，計算機能夠自動完成采集、處理數(shù)據(jù)的機械性工作，那樣更多的教學(xué)時間能夠被騰出，用來更多地引導(dǎo)學(xué)生進行物理現(xiàn)象的觀察，物理過程的體驗，物理規(guī)律的探究，這在學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、探究問題、解決問題的能力培養(yǎng)上，有重要的作用。傳統(tǒng)實驗通過觀察結(jié)果來定性，數(shù)字化實驗不僅可以定性還可以定量，并且這個“量”?？梢允莻鹘y(tǒng)實驗無法觀測出的反應(yīng)量。數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗并不矛盾，數(shù)字化實驗和傳統(tǒng)實驗應(yīng)該是有機結(jié)合、相輔相成的關(guān)系。

參考文獻：

[1]陳豪，陳枚香.加強網(wǎng)絡(luò)道德教育提升青少年信息素養(yǎng)[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2007（14）：58.

[2]瑞妮·霍布斯.媒介素養(yǎng)教學(xué)方法和教師培訓(xùn)[J].大學(xué)·研究與評價，2008（4）：59-64.

[3]高學(xué)強，楊日杰.潛艇輻射噪聲聲源級經(jīng)驗公式修正[J].聲學(xué)與電子工程，2007（3）.

作者簡介：

鄒培敏，廣東省中山市，廣東省中山市溪角中學(xué)。