传感器在高中物理实验教学中的应用

蔡秋霞 孟宪柱

摘 要： 随着信息技术的发展和新课改的推进，以传感器和计算机为基础，将现代化信息技术与传统实验教学相结合的数字化信息系统实验室应运而生。本文就传感器技术在高中物理实验中的应用进行了论述。

关键词： 信息技术 传感器技术 物理实验

传感器是能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号的装置。它能感受力、热、光、电、声等多种信息，并将它们换成便于测量的电学量，再进行放大、传输、储存、显示或做出必要的控制输出，便于我们数据处理。电流传感器、电压传感器、力传感器、温度传感器等代替传统实验常用测量器材有电流表、电压表、弹簧秤、水银温度计等。与传统实验仪器相比，传感器具有数据可靠优点，可以节约时间，提高课堂教学效率。

传感器与数据采集器、计算机相结合，并辅以教学软件，构成了数字化信息系统实验室（简称DISLab），通过数字化信息系统实验室（简称DISLab）突破一些传统实验室中不能做、难观察的实验。

1.运用传感器可以使实验现象更加明显直观

物理是一门实验学科，许多物理概念规律的推导都需要借助实验获得，帮助学生理解。进入高中阶段后，物理知识更加抽象，实验更复杂，所用仪器多，处理数据过程繁琐。电流、微电流、电压、压强、温度、声波、位移、力、磁、光电门等多种传感器可以代替传统测量元件，完成力、热、光、电、磁等多种物理量的测量。摩擦力是生活中常见的一种力，学生很容易认识它，教师在讲解时多采用弹簧秤拉静止在水平面上的物体，让大家认识静摩擦力的大小，通过弹簧秤匀速拉动物块测滑动摩擦力的大小，但是在讲解静摩擦力与滑动摩擦力大小的关系时，传统实验用弹簧秤很难观察，因为由静摩擦力变为滑动摩擦力的过程，力的大小变化并不明显，学生不易观察。但是通过传感器，再连接数据采集器，可以直接把摩擦力变化输入电脑，并绘制成图像，使所有学生都清晰地认识到：最大静摩擦力大于滑动摩擦力。

又如学习《简谐运动》这一节时，传统处理模式是教师直接告诉学生弹簧振子的振动图像，并不是学生直接观察到的，学生只能默默接受。新课标的理念强调发挥学生的主观能动性，让学生发现新知识。如果我们将传感器技术直接运用于本实验，将位移传感器接收模块固定在支架上，连接到数据采集器第一通道；将位移传感器发射模块两端的金属环与弹簧振子实验器上的水平弹簧相连，并用软线将其垂直悬吊在实验器的垂直杆上。此时，位移传感器发射模块即作为弹簧使用。将位移传感器连接数据采集器，即可在电脑上输出图像。

2.运用传感器技术可以节约课堂时间，更快更精准地完成实验

传统实验由于测量数据集处理数据都比较麻烦，因此一般实验室实验都要花一节课的时间，甚至一节课都做完。由于传感器简化数据采集及数据处理过程，提高实验课的课堂教学效率。如在教学《实验：探究碰撞中的不变量》一节时，利用传统的实验室方案，单是测质量、速度等物理量就要花费5至10分钟的时间，大大浪费课堂时间，而利用光电门传感器，连接数据采集器可以直接读出速度的大小，省去大量计算，且避免读数不准确、计算不准确带来的误差。在教学《测小灯泡的伏安特性曲线》这一节时，连接好电路之后，需要调节滑变记录小灯泡的电压、电流大小，再根据数据进行图像处理，且读数不准确，作图不规范，都会影响实验结果。利用DISlab只需将电流传感器、电压传感器接入电路，再连接数据采集器，就可以直接采集电压电流数据，并输入计算机，经过教学软件处理，可以直接绘制出小灯泡的伏安特性曲线。

3.运用传感器技术可以提高学生的自主探究能力

让学生通过自主探究获得知识，探究的主要形式是通过实验培养学生的探究能力。自主探究过程“猜想—验证—归纳—结论”的过程，使学生在这一过程中掌握科学研究的方法。高中物理中的向心力、动能定理、机械能守恒都是重要知识，但是传统的教法方法只能从理论上概括出其概念规律，并不能让学生通过实验“猜想—验证—归纳—结论”认识发现这些概念、定理，对于这些概念、定理学生并没有感性认识。运用传感器技术，教师可以创设实验情境，提高物理探究过程的实效性，让学生独立思考，自己提出猜想，设计实验验证。通过这个过程学生可以自己归纳“发现”物理概念，得出物理规律。这样不仅激发了学生的学习兴趣，而且强化了学生独立思考、自主探究的能力。

丰富的课堂实验可以增强学生的实践体验，高科技的实验手段可以简化实验过程，激发学生的探究欲望，强大的数据处理功能和实验手段可以促进学生积极地寻找物理规律。传感器技术与物理实验教学的结合是教学手段的又一次革新，是教育技术不断进步的表现，通过理论和实践证明传感器技术应用于物理实验教学具有非常独到的优点，在教学方法上实现了多样化；在教育观念上，为教育的发展提供新思路，体现信息技术对物理教学的整合。

参考文献：

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[2]刘茂军，刘惠莲，肖利.传感器与中学物理实验整合的策略研究[J].教学与管理，2013，（9）.

[3]张华.课程与教学论[M].上海：上海教育出版社，2000.

聊城大学精品课程资助，项目编号：J201108。