传感器在高中物理实验中的应用

传感器在高中物理实验中的应用

摘要：新课改背景下，物理学习对物理实验的要求越来越高，强调要让学生

真正接触实验，并从中学会知识的应用。因此，信息技术越来越多地被运用到实

验教学中，尤其是传感器。传感器能展示教师无法亲自演示的实验，也可以减少

实验的误差。同时，传感器的使用能让学生获得更好的实践体验，提升学生的综

合素质。

关键词：传感器的应用；高中物理实验；小球碰撞实验

引言

物理实验中引入传感器的测量方法已势在必行，这不仅成为信息技术与物理

课程融合的需求，也为教育手段的现代化提供了契机。与此同时，传感器进入物

理实验中能对学生创造性思维能力的培养有一定的帮助作用。

1．传感器

传感器是一种非电量与电量间的转换和检测的装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，

以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特点有：

微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。通常根据其基本感知功

能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏

元件、放射线敏感元件、色敏元件和Ｐ未敏元件等十大类。由此可见传感器应用

的范围很广，因此在物理实验教学领域，其技术手段也需要不断更新，如：力、热、声、光、磁转换成便于测量的电学量，并能放大、传输、储存、显示或做出

必要的控制输出信号。

2.高中物理教学的不足

2.1物理教学的资源欠丰富

随着新课改的不断深入实施，物理教材也同步在更新，而且不同地方所使用

的物理教材也有所不同，并且也有一些不足。从物理教材所涉及的知识面来看，

受到一定限制，教学资源并不十分丰富。

2.2学生的主体地位并没有充分显现出来

受传统教学模式的影响，在物理课堂上教师仍然是以自我为中心开展教学，

一味地进行知识的灌输与“填鸭”，导致学生的学习处于被动状态，并没有真正

做到自主学习、自主探究。被动接受知识不利于学生的思维发展，由此也降低了

学生的学习效率，导致学生对物理学习产生一定的畏难情绪。基础较差的学生应

该制订合理的预习及学习计划，但是在实践中发现，极少有学生自觉地制订相关

的课程预习以及学习计划，这也使原本基础就差的学生对物理课程的学习无法适应。在作业方面，学生完成情况不佳，有的甚至出现抄袭现象，使教师了解不到

学生的学习情况，无法做到以学定教，因此也影响了教学的顺利开展。

2.3教学模式较为单一，教师着重以讲解为主

机械、单调的教学模式无法调动学生学习的积极性，不利于学生理解抽象的

物理知识，也很难实现教学目标。教师教学模式单一的原因，一方面是教学观念

未曾更新与转变，另一方面在于教师自身的专业素质不高。一些教师忽视了学生

的讨论环节，以及对学生自主思考、学习能力的培养。作业布置上也未能深入进

行探究，所布置的作业并不能体现差异性，无法满足学生各自的需求。过于简单

或太难的作业，无形中都会降低学生的学习积极性及兴趣。

3．传感器应用于高中物理实验教学的优势

3.1使实验过程直观可视

在传统教学模式下的物理学习中，有些实验过程不能够直观地展现出来，教

师往往采用口头讲解，或者借助多媒体设备进行动画演示。对学生而言，理解这

些实验就要借助理解力与想象力，在脑海中想象实验过程，但这样的教学无法保

证学生充分理解相关知识。教师运用传感器开展实验教学，能使实验过程可视化，能让学生直观地看到实验现象，能计算、分析并展示实验数据及整体趋势和变化，

这有助于学生理解理论知识与抽象概念。如在“磁场”这一章的教学中，磁现象与磁场可以通过磁铁粉末的变化展现，但是没有合适的方式展示磁感应强度的大小。这时如果运用传感器，就能够简单便捷地测量磁感应强度，并且显示出每一个位置的具体磁感应强度大小，还能够得到整体分布图像。教师首先需要3高中物理教学现状探析准备磁感应传感器、计算机以及配套软件，将传感器的测量头深入到预先准备好的通电线圈内部，在线圈内部将传感器的测量头移动到不同位置，就可以通过传感器读取不同地方相应的磁感应强度，并由计算机将不同位置的磁感应强度记录下来形成图像。

3.2能够抓住瞬态现象，便于学生观察

在目前的高中物理实验教学中，由于班级学生人数较多，教师通常在讲台上演示实验，讲解实验步骤与需要记录的数据。教师难以定格实验重点现象出现的瞬间，也很难保证全班学生都能够在实验现象出现的瞬间捕捉到它。如果教师一直重复演示实验，追求重现实验现象，以达到更好的讲解效果，就会浪费大量的课堂时间，降低教学效率，无法实现新课改对高效课堂的要求。同时，对于学生而言，一味重复观看教师的实验演示容易降低其对物理学习的兴趣。这时，如果利用传感器与计算机，就能轻松定格实验现象，教师拥有更多讲解时间，学生也拥有更多观察和分析实验现象的时间。如进行牛顿第三定律相关实验时，首先要让学生掌握作用力与反作用力之间产生、变化以及消失的相互关系。很多教师采用传统的实验方式，用两个弹簧秤彼此挂钩牵连，二者在某一瞬间弹开，通过指针的变化向学生证明和讲解作用力和反作用力的相互性。但是在实际教学中，由于教室较大，学生较多，只有前排的学生能看清小小的仪表盘上指针的变化。加之弹开瞬间指针变化速度极快，学生难以得到正确读数，实验难以取得良好的教学效果。另外，弹簧秤指针的无规律震动可能会让学生对所要学习的作用力与反作用力概念及特征产生混淆，不利于学生理解这部分知识。此时，最好的方法是教师准备力学传感器，将一个传感器固定，再将其与另一个传感器挂钩相连，并沿水平方向反复拉动，连到计算机上的两个传感器都会有读数，然后计算机自动绘制形成力的变化曲线，这样可以让学生直观地从传感器读数和力变化图表中看到作用力和反作用力是相互的一对平衡力，并理解它们大小相等、方向相反等特征，从而快速理解和掌握这部分教学内容。