传感器与中学物理实验的整合

张凌英

【摘    要】  传感器与初中物理实验的整合不仅能提高教学效率，而且有利于培养学生的科学素养和创新能力。本文较系统地介绍了朗威DISLab计算机辅助物理实验系统，以及传感器与初中物理实验整合的路径与作用。

【关键词】  传感器;初中物理;实验设计

在初中物理实验中融入传感器技术可以使某些传统实验得以优化，还可以利用传感器为学生提供实验平台。根据不同的实验要求采用不同的模块组合设计实验，促使物理实验的功能不断强大。在模块的选择和合理使用的过程中有利于学生的开放性思维发展和科学素养的养成。有利于培养学生的科学探究能力，敢于创新的探索精神和应用所学知识、方法解决实际问题的能力。

系统简介：初中物理实验室一般使用朗威DISLab计算机辅助物理实验系统。该系统由传感器，数据采集器和专用软件构成。传感器采用4路并行方式通信，将实验中采集到的物理量输入数据采集器。系列传感器即插即用，最多并行4种信息采集，并可以调节放大倍数。数据采集器与计算机以串行方式通信，将信息输入计算机。它同时具备电流表、电压表、示波器、数字毫秒计、温度计和气压计等仪器设备的功能，实现测量结果的高精度和数字化。专用软件提供了多模显示、组合显示、视图放大、图线分析、自定义变量和表达式等有效手段，使实验数据处理十分便捷。

一、整合课程资源，巧用传感器优化传统物理实验

郎威DISLab传感器系统具有种类齐全、操作方便的特点。在苏科版声音现象这一章中，可用声波传感器、数据采集器，将看不见的声音转化为看得见的声波波形图，进行比较和研究。探究声音与响度关系时，可用同一音叉靠近声波传感器，随着声音响度的变小，波形图上的振幅也越来越小。同样，可用频率高低不同的音叉靠近声波传感器，不仅可直观看到振动的快慢不同，而且还可以根据横坐标的时间算出音叉的频率。若用声波传感器研究弦乐器音调高低与哪些因素有关，可同时输入两个不同频率的声音，直接同屏显示出的波形图，比较频率的高低。用此装置还可以观察不同音色的乐音的波形图。

温度传感器具有高精度，比传统的温度计更灵敏，在初中热学实验中发挥着积极作用。在研究红外线的热效应实验时，由于温度计灵敏度不够，虽然采用了将温度计玻璃泡涂黑，但实验效果仍然不太好。研究做功改变物体内能的实验中，靠手感觉弯折后的铁丝温度升高，对于实验来说也不是很严谨。此时采用温度传感器，不仅能提高实验的灵敏度，而且可以将温度变化通过显示器直观地显示出来。在传感器与中学物理实验的整合过程中，学生在完成实验的过程中感受传感器的优势，领略到科学技术的魅力。在熟悉传感温度计使用的基础上，经历过“探究冰、烛蜡的熔化特点”演示实验后，在“探究不同物质吸热升温的想象”“探究影响电流热效应的因素”等热学实验中学生可以用温度传感器代替温度计，并将数据同时输入计算机，既提高了实验的效率，同时也将教学重心转移到实验设计、数据分析等能力培养上。

压强传感器在解决液体压强与液体密度关系的实验中可以将不明显的压强差通过放大，可以直观显示出来;压强传感器还可以研究气体压强与温度、体积的关系，这是传统实验器材无法完成的实验。

二、利用传感器模块组合，突破教学难点

在《二力平衡》这节课中，由于弹簧测力计测量精度的局限性，我们在实验探究时往往只研究静止时的重力和拉力的关系。很少去研究匀速直线时拉力和重力的关系。对于在竖直方向上受拉力和重力的物体，在任意方向上只要做匀速直线运动，重力和拉力始终大小相等。这是学生思维容易发生障碍的地方，运用力学传感器替代传统的弹簧测力计进行小组实验可以很好地解决这一问题，学生非常直观地看到重力和拉力在匀速上升和匀速下降，匀速向任意方向做直线运动时，拉力和重力始终相等。当物体在刚开始上升和停止上升时示数的变化，为后续的加速和减速时力与运动的关系提供感性认识，为后续的研究作铺垫。

在研究力与运动关系的实验时，可以选择力传感器和位移传感器同时输入计算机，如下操作：用胶带将位移傳感接收器固定在钩码上并连接到数据采集器，位移传感器的发射端固定桌面上。打开发射器开关，让钩码运动，窗口将显示位移与时间曲线。点击“选择区域”，在图像上选择所研究的线段，点击起始点，再点击“v-t图像”，即可出现速度图像。物体的位移、速度在运动过程中的大小和方向和拉力大小可同时完整的显示出来，便于分析与比较。

三、传感器与中学物理实验整合，提升教研层次

结合传感器与中学物理实验，开展教学研究的内容比较广泛。很多中学实验有了传感器，可以轻而易举地化看不见为看得见，化抽象为形象，化复杂为简单。教师要紧密围绕传感器与中学物理实验教学有意识地发掘一些问题。如研究滑动摩擦力大小是否跟速度大小有关一直是实验教学中的难点，借助力传感器和位移传感器，这一问题轻松得以解决。研究弹簧振子在运动过程中的受力与运动情况也可以借助力传感器和位移传感器模块组合进行研究，让学生同时观察到力、速度和位移在运动过程中的大小和方向。所以在教研活动中可以提出力传感器和位移传感器模块组合可以解决的力学问题，使教研活动更有完整性和目标的指向性，使教研活动真正成为改进中学物理实验手段、提高实验效率的重要手段和方式。

传感器与中学物理实验整合不仅有利于教师提升自己的研究能力，还可以更加有效地带动学生参与科研过程，提高学生的研究能力。通过传感器为学生提供实验和探究的平台，带领学生根据需要和实验的要求采用不同的模块组合设计实验。如运用湿度传感器和温度传感器探究“湿度对液体蒸发快慢的影响”，运用声传感器和光传感器研究自动感应灯，运用光敏电阻设计光计数器。让学生了解空调、电冰箱、微波炉等温度传感器的作用基础上，应用温度传感器、湿度传感器等结合简单电路，设计物联网。让学生在探究实践中体会科技发展，在开展实验探究活动中培养创新能力，真正让物理走进生活，走进社会。

【参考文献】

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