傳感器與中學物理實驗的整合

張凌英

【摘? ? 要】? 傳感器與初中物理實驗的整合不僅能提高教學效率，而且有利于培養學生的科學素養和創新能力。本文較系統地介紹了朗威DISLab計算機輔助物理實驗系統，以及傳感器與初中物理實驗整合的路徑與作用。

【關鍵詞】? 傳感器;初中物理;實驗設計

在初中物理實驗中融入傳感器技術可以使某些傳統實驗得以優化，還可以利用傳感器為學生提供實驗平臺。根據不同的實驗要求采用不同的模塊組合設計實驗，促使物理實驗的功能不斷強大。在模塊的選擇和合理使用的過程中有利于學生的開放性思維發展和科學素養的養成。有利于培養學生的科學探究能力，敢于創新的探索精神和應用所學知識、方法解決實際問題的能力。

系統簡介：初中物理實驗室一般使用朗威DISLab計算機輔助物理實驗系統。該系統由傳感器，數據采集器和專用軟件構成。傳感器采用4路并行方式通信，將實驗中采集到的物理量輸入數據采集器。系列傳感器即插即用，最多并行4種信息采集，并可以調節放大倍數。數據采集器與計算機以串行方式通信，將信息輸入計算機。它同時具備電流表、電壓表、示波器、數字毫秒計、溫度計和氣壓計等儀器設備的功能，實現測量結果的高精度和數字化。專用軟件提供了多模顯示、組合顯示、視圖放大、圖線分析、自定義變量和表達式等有效手段，使實驗數據處理十分便捷。

一、整合課程資源，巧用傳感器優化傳統物理實驗

郎威DISLab傳感器系統具有種類齊全、操作方便的特點。在蘇科版聲音現象這一章中，可用聲波傳感器、數據采集器，將看不見的聲音轉化為看得見的聲波波形圖，進行比較和研究。探究聲音與響度關系時，可用同一音叉靠近聲波傳感器，隨著聲音響度的變小，波形圖上的振幅也越來越小。同樣，可用頻率高低不同的音叉靠近聲波傳感器，不僅可直觀看到振動的快慢不同，而且還可以根據橫坐標的時間算出音叉的頻率。若用聲波傳感器研究弦樂器音調高低與哪些因素有關，可同時輸入兩個不同頻率的聲音，直接同屏顯示出的波形圖，比較頻率的高低。用此裝置還可以觀察不同音色的樂音的波形圖。

溫度傳感器具有高精度，比傳統的溫度計更靈敏，在初中熱學實驗中發揮著積極作用。在研究紅外線的熱效應實驗時，由于溫度計靈敏度不夠，雖然采用了將溫度計玻璃泡涂黑，但實驗效果仍然不太好。研究做功改變物體內能的實驗中，靠手感覺彎折后的鐵絲溫度升高，對于實驗來說也不是很嚴謹。此時采用溫度傳感器，不僅能提高實驗的靈敏度，而且可以將溫度變化通過顯示器直觀地顯示出來。在傳感器與中學物理實驗的整合過程中，學生在完成實驗的過程中感受傳感器的優勢，領略到科學技術的魅力。在熟悉傳感溫度計使用的基礎上，經歷過“探究冰、燭蠟的熔化特點”演示實驗后，在“探究不同物質吸熱升溫的想象”“探究影響電流熱效應的因素”等熱學實驗中學生可以用溫度傳感器代替溫度計，并將數據同時輸入計算機，既提高了實驗的效率，同時也將教學重心轉移到實驗設計、數據分析等能力培養上。

壓強傳感器在解決液體壓強與液體密度關系的實驗中可以將不明顯的壓強差通過放大，可以直觀顯示出來;壓強傳感器還可以研究氣體壓強與溫度、體積的關系，這是傳統實驗器材無法完成的實驗。

二、利用傳感器模塊組合，突破教學難點

在《二力平衡》這節課中，由于彈簧測力計測量精度的局限性，我們在實驗探究時往往只研究靜止時的重力和拉力的關系。很少去研究勻速直線時拉力和重力的關系。對于在豎直方向上受拉力和重力的物體，在任意方向上只要做勻速直線運動，重力和拉力始終大小相等。這是學生思維容易發生障礙的地方，運用力學傳感器替代傳統的彈簧測力計進行小組實驗可以很好地解決這一問題，學生非常直觀地看到重力和拉力在勻速上升和勻速下降，勻速向任意方向做直線運動時，拉力和重力始終相等。當物體在剛開始上升和停止上升時示數的變化，為后續的加速和減速時力與運動的關系提供感性認識，為后續的研究作鋪墊。

在研究力與運動關系的實驗時，可以選擇力傳感器和位移傳感器同時輸入計算機，如下操作：用膠帶將位移傳感接收器固定在鉤碼上并連接到數據采集器，位移傳感器的發射端固定桌面上。打開發射器開關，讓鉤碼運動，窗口將顯示位移與時間曲線。點擊“選擇區域”，在圖像上選擇所研究的線段，點擊起始點，再點擊“v-t圖像”，即可出現速度圖像。物體的位移、速度在運動過程中的大小和方向和拉力大小可同時完整的顯示出來，便于分析與比較。

三、傳感器與中學物理實驗整合，提升教研層次

結合傳感器與中學物理實驗，開展教學研究的內容比較廣泛。很多中學實驗有了傳感器，可以輕而易舉地化看不見為看得見，化抽象為形象，化復雜為簡單。教師要緊密圍繞傳感器與中學物理實驗教學有意識地發掘一些問題。如研究滑動摩擦力大小是否跟速度大小有關一直是實驗教學中的難點，借助力傳感器和位移傳感器，這一問題輕松得以解決。研究彈簧振子在運動過程中的受力與運動情況也可以借助力傳感器和位移傳感器模塊組合進行研究，讓學生同時觀察到力、速度和位移在運動過程中的大小和方向。所以在教研活動中可以提出力傳感器和位移傳感器模塊組合可以解決的力學問題，使教研活動更有完整性和目標的指向性，使教研活動真正成為改進中學物理實驗手段、提高實驗效率的重要手段和方式。

傳感器與中學物理實驗整合不僅有利于教師提升自己的研究能力，還可以更加有效地帶動學生參與科研過程，提高學生的研究能力。通過傳感器為學生提供實驗和探究的平臺，帶領學生根據需要和實驗的要求采用不同的模塊組合設計實驗。如運用濕度傳感器和溫度傳感器探究“濕度對液體蒸發快慢的影響”，運用聲傳感器和光傳感器研究自動感應燈，運用光敏電阻設計光計數器。讓學生了解空調、電冰箱、微波爐等溫度傳感器的作用基礎上，應用溫度傳感器、濕度傳感器等結合簡單電路，設計物聯網。讓學生在探究實踐中體會科技發展，在開展實驗探究活動中培養創新能力，真正讓物理走進生活，走進社會。

【參考文獻】

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