淺談傳感器技術在初中物理實驗教學中的應用

摘?要：在國家新一輪課程改革與現(xiàn)代信息技術的共同推進下，傳統(tǒng)實驗教學與數(shù)字化實驗以各自優(yōu)點作為基礎，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物理實驗中應用傳感器進行實驗的優(yōu)點，期待這一新的知識技術能早日廣泛地應用于物理教學中，為傳統(tǒng)的物理實驗教學注入新的活力。

關鍵詞：信息技術;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，進入中學物理實驗室，不僅突出物理學科重應用、重實際的特點，隨著各種儀器及技術的不斷更新，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”，負責信息的采集，在物理實驗中，能夠?qū)⒙?、光、力、熱等，這些感受到的物理量與電學完美融合，在測量中放大、傳輸、儲存。

二、

在初中物理實驗教學中應用傳感器技術的優(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，在實驗中成功的關鍵是讓學生“看到現(xiàn)象”。物理雖然作為一門以實驗為基礎的科學，在中學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系，在豎直方向上由于有重力的影響，結果存在的誤差比較大，不能給學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，學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系。

在實驗技術和進步的實驗手段的有機結合下，學生不僅看到了物理現(xiàn)象，總結出了物理規(guī)律，學生對物理學的興趣也被喚起，而學生在科學探索的道路上能走多遠的關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》這一章的學習中，難點在于怎樣讓學生了解和掌握聲音三個特性。這個問題在教學中出現(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

在電磁學實驗教學中的一個難點是，電磁學看不到摸不著，學生沒法觀察到現(xiàn)象，一切靠想象，可能還會在心中形成電磁學的“晦澀、難懂”的印象，而失了物理學習的信心。電磁學一章中，例如，在利用導體切割磁感線產(chǎn)生感應電流的實驗中，使用單根導線進行切割是最理想的實驗設計。學生對結構簡單的單根導線來切割磁感線，產(chǎn)生感應電流不存在認知困難。但用單根導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，要么增加導線在磁場中有效長度，使用多匝線圈代替單根導線，要么增加磁場強度。效果是有了，但也增加了學生將多匝線圈看作單一導體的在認知難度。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，單根導線切割磁感線產(chǎn)生的感應電流能被學生清晰地觀察到。教師實現(xiàn)了多年的設想，軟硬件的有機結合增加了實驗的深度，電磁學實驗的廣度被拓展，大大啟發(fā)了學生的思維。

（四） 利用傳感器技術學生可以進行探究式學習，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

物理學習是一個貫穿了實驗、觀察、探究、歸納和抽象的過程。在實驗教學中，我們注重通過實驗再現(xiàn)科學發(fā)現(xiàn)的過程，從而讓學生體驗到“猜想-驗證-歸納”的科學探究過程，初步掌握科學研究的方法。傳感器的應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功能。在運用傳感器進行實驗教學中，教師鼓勵學生充分利用實驗創(chuàng)設的真實情景，主動地進行探索、學習;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。這樣學生最終不僅可以更深入地理解物理學的現(xiàn)象，而且可以更好地獨立思考、大膽假設和嚴謹探索，從而開拓學生思維和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。

三、

結束語

數(shù)字化實驗不是用來做秀的，如果傳統(tǒng)實驗能夠做得好，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，那樣更多的教學時間能夠被騰出，用來更多地引導學生進行物理現(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)實驗應該是有機結合、相輔相成的關系。

參考文獻：

[1]陳豪，陳枚香.加強網(wǎng)絡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)教學方法和教師培訓[J].大學·研究與評價，2008（4）：59-64.

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