浅谈“传感器”在物理教学中的作用

浅谈“传感器”在物理教学中的作用

提起传感器,很多人都会说没见过,很陌生。其实不然,在我们现实的生活中,处处可以见到传感器的应用:当你在超市购物结账的时候,收银员用光电传感器对准条形码,就把商品的名称、价格记录到计算机内。台秤其实就是一个力传感器。货物放在秤上,传感器接收到压力(或者拉力)的变化,将它转换成电信号输入到计算机中,最后在荧光屏上显示货物的重量和金额。

传感器则是将各种物理量转换成电信号,人们对电信号作出进一步的分析和处理。随着信息技术的飞速发展,原来仅仅用于高精尖领域的传感器,走入了寻常百姓家。例如电子表就是把时间的测量最终转换成电信号,用液晶屏显示出来。传感器进入中学物理实验室,成为信息技术与物理课程整合、教育手段现代化的一个新的突破口。过去实验测量工具器材是水银温度计、打点器、天平,现在则是用力的传感器、温度传感器、电磁传感器来探测物理量,显示物理实验数据,运用计算机强大的计算功能探索物理规律。学生在这样的环境下体验“做科学”的探究过程,来实现科学素质的培养。

一、借助先进技术改进原来做不出的实验

借助数字化实验室提供的先进技术手段突破传统实验手段的限制,大幅度改进原来做不出、做不好的实验,变“不可见”为“可见”,由“抓不住”到“抓得住”,将“不好做的”转变为“好做的”。

二、变“不可见”为“可见”

超重失重是生活中的常见现象,电梯升降、神舟号在太空中遨游时航天员失重现象学生们都能一一列举出来。然而如何从物理学的规律出发来认识超重、失重的根由,却是一个“剪不断理还乱”的教学难点。原因是学生看不到超重、失重的过程中压力的变化。超重、失重现象发生在物体变速运动的过程中,按照传统的实验装备只能用弹簧测力计测量压力的变化。而且在课堂中演示超重失重所经历的时间又很短暂,学生根本就看不清弹簧测力计示数,更谈不上记录下数据,提供给学生作为分析的依据。而引入力的传感器,便解决了这个问题。

利用力的传感器和位移传感器设计实验,直接测量出了物体运动过程受到的外力和加速度的数值,并利用计算机绘制出了力和加速度一一对应关系的图线,提

高了实验的直观性和课堂教学效率。并且,由于传感器实验不受物体运动情况的限制,学生还可以研究做非匀加速运动物体的加速度(条件:物体受到的外力不恒定),使学生很容易理解牛顿第二运动定律的瞬时性,很快突破了难点。这个教学设计方案被推荐为北京市物理教学设计大赛入围作品。

三、将电流传感器用于自感现象实验

在自感现象实验教学中,闭合开关通电出现了一个灯泡先亮一个灯泡后亮的现象。这是由于电磁感应引起通过两个灯泡的电流不同产生的自然现象。以往老师只能通过理论分析电流的变化情况,学生无法直接观察到电流变化的情况,只能被动接受老师的分析,头脑中很难有形象的物理情景作支撑,形成了教学中的一个难点。我们引入电流传感器,将电流的变化记录为图像,使学生直观地看到了自感对电流的影响,帮助学生认识了自感现象的本质。在这个基础上,老师又启发学生从电磁感应的理论出发来分析断电时自感现象中电流的变化情况,并利用电流传感器实时记录电流变化图像印证学生分析推理的正确与否。在这个过程中学生由被动地听讲变成了主动参与,在积极地对话交流的过程中加深了对自感现象本质的理解。这样不但解决了传统实验仪器不能够直观反映出更本质现象的弊端,增强了教学效果,并加强了学生的主动参与,大大提高了课堂教学的效果。

四、应用传感器做探究式学习

在教学实验中,我们注重通过实验再现科学发现的过程,从而让学生体验到“猜想—验证—归纳”的科学探究过程,初步掌握科学研究的方法。传感器的应用大大提高了这种探究过程的实效。

高中一年级物理中的动能定理、动量定理是中学物理教学中的重要内容,它是在学生学习过牛顿第二定律和匀变速直线运动的规律基础上,对力和运动状态变化关系作进一步的学习。在这一单元的教学中,以往的传统教学方法是利用牛顿第二定律和匀变速直线运动的公式推导出动量定理和动能定理。而公式中所涉及到的冲量、功、动量和动能等概念则是生硬地塞给学生的。

在运用传感器进行动能定理、动量定理的教学过程中,教师鼓励学生充分利用实验创设的真实情景,在实验的全过程中主动地进行探索、学习;教师则加强对学生问题的了解,并加以适当的指导,尽可能调动学生的积极性;同学们在解决问题时讨论、切磋、互助、合作,通过处理实验的一系列数据,“发现”新规律,“定义”新的物理量。

五、在研究性学习中应用传感器

激发学生兴趣,确立学习动机。教师为学生准备一系列以传感器为实验手段的趣味实验,学生亲自动手操作,观察实验现象。通过亲身体验,激发学生兴趣,感受传感器的作用,并为以后的自主命题研究开阔思路。

组织学生自命研究课题,交流课题研究方案,开展课题研究。由学生自主命题,提出自己关心的问题,设计实验方案。学生充分交流各自的实验方案,相互提出建议和质疑,修改实验方案。教师在现有条件下,为学生提供或帮助学生创造实验条件,指导学生实验过程。交流研究成果,形成研究报告。学生完成课题研究,形成研究报告,组织学生相互交流,教师点评课题,提出建议或展望,将学生的优秀课题研究成果,在学校展出。