張凌英

【摘? ? 要】? 傳感器與初中物理實(shí)驗(yàn)的整合不僅能提高教學(xué)效率，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。本文較系統(tǒng)地介紹了朗威DISLab計算機(jī)輔助物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以及傳感器與初中物理實(shí)驗(yàn)整合的路徑與作用。

【關(guān)鍵詞】? 傳感器;初中物理;實(shí)驗(yàn)設(shè)計

在初中物理實(shí)驗(yàn)中融入傳感器技術(shù)可以使某些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)得以優(yōu)化，還可以利用傳感器為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)平臺。根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求采用不同的模塊組合設(shè)計實(shí)驗(yàn)，促使物理實(shí)驗(yàn)的功能不斷強(qiáng)大。在模塊的選擇和合理使用的過程中有利于學(xué)生的開放性思維發(fā)展和科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成。有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，敢于創(chuàng)新的探索精神和應(yīng)用所學(xué)知識、方法解決實(shí)際問題的能力。

系統(tǒng)簡介：初中物理實(shí)驗(yàn)室一般使用朗威DISLab計算機(jī)輔助物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由傳感器，數(shù)據(jù)采集器和專用軟件構(gòu)成。傳感器采用4路并行方式通信，將實(shí)驗(yàn)中采集到的物理量輸入數(shù)據(jù)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(diào)節(jié)放大倍數(shù)。數(shù)據(jù)采集器與計算機(jī)以串行方式通信，將信息輸入計算機(jī)。它同時具備電流表、電壓表、示波器、數(shù)字毫秒計、溫度計和氣壓計等儀器設(shè)備的功能，實(shí)現(xiàn)測量結(jié)果的高精度和數(shù)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(dá)式等有效手段，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理十分便捷。

一、整合課程資源，巧用傳感器優(yōu)化傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)

郎威DISLab傳感器系統(tǒng)具有種類齊全、操作方便的特點(diǎn)。在蘇科版聲音現(xiàn)象這一章中，可用聲波傳感器、數(shù)據(jù)采集器，將看不見的聲音轉(zhuǎn)化為看得見的聲波波形圖，進(jìn)行比較和研究。探究聲音與響度關(guān)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(jù)橫坐標(biāo)的時間算出音叉的頻率。若用聲波傳感器研究弦樂器音調(diào)高低與哪些因素有關(guān)，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(tǒng)的溫度計更靈敏，在初中熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮著積極作用。在研究紅外線的熱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)效果仍然不太好。研究做功改變物體內(nèi)能的實(shí)驗(yàn)中，靠手感覺彎折后的鐵絲溫度升高，對于實(shí)驗(yàn)來說也不是很嚴(yán)謹(jǐn)。此時采用溫度傳感器，不僅能提高實(shí)驗(yàn)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(xué)物理實(shí)驗(yàn)的整合過程中，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的過程中感受傳感器的優(yōu)勢，領(lǐng)略到科學(xué)技術(shù)的魅力。在熟悉傳感溫度計使用的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷過“探究冰、燭蠟的熔化特點(diǎn)”演示實(shí)驗(yàn)后，在“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的想象”“探究影響電流熱效應(yīng)的因素”等熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可以用溫度傳感器代替溫度計，并將數(shù)據(jù)同時輸入計算機(jī)，既提高了實(shí)驗(yàn)的效率，同時也將教學(xué)重心轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)設(shè)計、數(shù)據(jù)分析等能力培養(yǎng)上。

壓強(qiáng)傳感器在解決液體壓強(qiáng)與液體密度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中可以將不明顯的壓強(qiáng)差通過放大，可以直觀顯示出來;壓強(qiáng)傳感器還可以研究氣體壓強(qiáng)與溫度、體積的關(guān)系，這是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材無法完成的實(shí)驗(yàn)。

二、利用傳感器模塊組合，突破教學(xué)難點(diǎn)

在《二力平衡》這節(jié)課中，由于彈簧測力計測量精度的局限性，我們在實(shí)驗(yàn)探究時往往只研究靜止時的重力和拉力的關(guān)系。很少去研究勻速直線時拉力和重力的關(guān)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(yùn)動，重力和拉力始終大小相等。這是學(xué)生思維容易發(fā)生障礙的地方，運(yùn)用力學(xué)傳感器替代傳統(tǒng)的彈簧測力計進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)可以很好地解決這一問題，學(xué)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(yùn)動時，拉力和重力始終相等。當(dāng)物體在剛開始上升和停止上升時示數(shù)的變化，為后續(xù)的加速和減速時力與運(yùn)動的關(guān)系提供感性認(rèn)識，為后續(xù)的研究作鋪墊。

在研究力與運(yùn)動關(guān)系的實(shí)驗(yàn)時，可以選擇力傳感器和位移傳感器同時輸入計算機(jī)，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(shù)據(jù)采集器，位移傳感器的發(fā)射端固定桌面上。打開發(fā)射器開關(guān)，讓鉤碼運(yùn)動，窗口將顯示位移與時間曲線。點(diǎn)擊“選擇區(qū)域”，在圖像上選擇所研究的線段，點(diǎn)擊起始點(diǎn)，再點(diǎn)擊“v-t圖像”，即可出現(xiàn)速度圖像。物體的位移、速度在運(yùn)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(xué)物理實(shí)驗(yàn)整合，提升教研層次

結(jié)合傳感器與中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，開展教學(xué)研究的內(nèi)容比較廣泛。很多中學(xué)實(shí)驗(yàn)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(fù)雜為簡單。教師要緊密圍繞傳感器與中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有意識地發(fā)掘一些問題。如研究滑動摩擦力大小是否跟速度大小有關(guān)一直是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的難點(diǎn)，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(yùn)動過程中的受力與運(yùn)動情況也可以借助力傳感器和位移傳感器模塊組合進(jìn)行研究，讓學(xué)生同時觀察到力、速度和位移在運(yùn)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(xué)問題，使教研活動更有完整性和目標(biāo)的指向性，使教研活動真正成為改進(jìn)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)手段、提高實(shí)驗(yàn)效率的重要手段和方式。

傳感器與中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)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(xué)生參與科研過程，提高學(xué)生的研究能力。通過傳感器為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)和探究的平臺，帶領(lǐng)學(xué)生根據(jù)需要和實(shí)驗(yàn)的要求采用不同的模塊組合設(shè)計實(shí)驗(yàn)。如運(yùn)用濕度傳感器和溫度傳感器探究“濕度對液體蒸發(fā)快慢的影響”，運(yùn)用聲傳感器和光傳感器研究自動感應(yīng)燈，運(yùn)用光敏電阻設(shè)計光計數(shù)器。讓學(xué)生了解空調(diào)、電冰箱、微波爐等溫度傳感器的作用基礎(chǔ)上，應(yīng)用溫度傳感器、濕度傳感器等結(jié)合簡單電路，設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)。讓學(xué)生在探究實(shí)踐中體會科技發(fā)展，在開展實(shí)驗(yàn)探究活動中培養(yǎng)創(chuàng)新能力，真正讓物理走進(jìn)生活，走進(jìn)社會。

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