DIS系统无线发射模块在室外教学的应用

2019-11-07广州大学附属中学510006李泽钦

中小学实验与装备 2019年5期

广州大学附属中学(510006) 李泽钦

1 DIS系统无线发射模块研究背景

近年来新研发的无线发射模块实现了传感器与数据传输线的分离,即有线传感器变为无线传感器。脱离了数据传输线,使DIS实验系统的应用范围更广,操作更方便。

笔者认为应当充分利用新技术优势顺应新一轮课程教材改革。教学不只局限于教室及实验室,室外教学也应该得到重视。然而目前国内开展室外教学的实例较少,将DIS系统与室外教学结合更是寥寥无几。笔者将DIS无线传感器应用于室外教学,为广大教师提供可行性的教学参考。

2 DIS 系统无线发射模块在教学中的优点

(1)DIS系统无线发射模块支持了室外教学。在教室或实验室里,学生是被动选择的,而在室外他们的自主选择权得到了尊重。本文的室外教学是指在教室与实验室之外的教学活动,文中“室外”并不等同于“户外”,只是排除了教室与实验室两个地点,即在家庭居住地、公司或工厂中等进行的教学活动。

(2)利用DIS系统的优越性,使以往难以进行的实验操作更加可行化。学生能够拥有更加活跃的思维,产生更广阔的探究欲望。

(3)培养学生的信息素养。运用DIS系统无线发射模块操作,培养学生发现与探究信息的能力、运用信息技术的能力以及处理信息的能力。

3 DIS 系统无线发射模块在初中物理教学中的应用

以DIS系统无线发射模块在地磁场发电实验的应用为例。

3.1 实验情景介绍

实验基于人教版物理9年级“电与磁”中最后一节“磁生电”。初中生刚接触到电磁学,感到比较抽象难以理解,容易产生畏惧心理。笔者从“磁生电”出发,仿照发电机的原理,探究如何利用地磁场产生感应电流。

3.2 实验原理介绍

教师在教学中一般会仿照教材实验,用铜棒与U 型磁铁来做电磁感应实验。为了能够让学生切身体会发电机以及发电原理,加深所学的地磁场的概念以及对磁场方向的判断,笔者让学生在室外选取合适的位置,利用闭合回路在地磁场中做切割磁感线运动,观察其产生的电流。由于电流可能微小且变化多端,因此充分利用DIS系统的微电流传感器来精确、实时地检测。

3.3 实验内容与步骤

3.3.1 实验内容

探究影响感应电流大小的因素。

3.3.2 实验步骤

(1)利用地球这个“大磁铁”来发电。在操场上,3位学生为一组,利用太阳或影子的方向进行实验来判断操场的南北方向,进而判断地磁场的方向。因为只有确定了地磁场的南北方向,再将导线处于东西方向处上下甩动时,才能有效切割磁感线来发电。

(2)进行仪器的连接。无线发射模块如图1所示,将其接上传感器后如图2所示。

图1 无线发射模块的正反面

图2 传感器与无线发射模块连接

让学生用手机下载并打开专用软件LD LAB后,就可以通过如图3所示的界面选择无线连接模式。再通过二维码扫码与该Android/iOS平台软件进行蓝牙无线通讯如图4所示。这样就能将传感器采集到的数据传送到手机上进行观察与数据处理。这款软件的操作界面与传统的DIS通用软件系统是一致的,只是将操作界面从计算机屏幕移了到手机屏幕或iPad等平板屏幕上,实现了脱离计算机传输线束缚的目的。

图3 该手机软件打开界面

图4 该手机软件扫码界面

(3)两名学生分别拿着长导线的一端站在东西方向上,前后两次以不同的速度上下甩动导线,采集到的数据以及图像如图5所示,导线甩动速度较快时的感应电流情况为图像中幅度较大的曲线。可以明显地对比出,当导线甩动速度较快时,产生的感应电流也整体较大,从而得出感应电流大小与闭合回路切割磁感线的速度之间的关系。

图5 探究感应电流大小与速度的关系

(4)两名学生在上述同一地点,改变导线长度再以近乎同一速度甩动,采集到的数据以及图像如图6所示,导线长度较长时的感应电流情况为图像中幅度较大的曲线。可以明显地对比出,当甩动导线的长度较长时,产生的感应电流也整体较大,得出感应电流大小与闭合回路中切割磁感线的导线长度之间的关系。

图6 探究感应电流大小与导线长度的关系

(5)根据实验结果总结出影响感应电流大小的因素。时间充裕还可以对比不同的磁场方向产生感应电流的方向,以及不同的磁场强度产生的感应电流的大小。

3.3.3 实验结果与反馈

本实验利用DIS无线微电流传感器实时、迅速地记录微小且变化多端的感应电流,提高了实验的准确度,拓展了学生的探究空间。笔者对学生访谈录音记录和前后知识的测试,结果表明学生的物理学习兴趣有一定程度地提高,学生对相应知识的答题情况有所改善,所得出产生感应电流的条件及影响感应电流大小因素对学生而言更具说服力。

实验前,部分学生没有接触过DIS传感器,需要一定的引导。对于如何将传感器接入闭合回路这个问题,学生可以通过借鉴传统电流表的接线方法来连接传感器。对于软件操作界面问题,学生花了一定时间了解按键作用与操作方法。遇到最主要的问题是无法在组合图像中呈现两次实验结果,不能进行比较。经过探讨先利用计算表格记录数据后保存数据,再绘制曲线到组合图像中进行比较。