主頁 > 技術文章（zhāng） > 運用傳感器，創新高中（zhōng）物理（lǐ）教學 2024-10-11

運用傳感器，創（chuàng）新高中物（wù）理（lǐ）教學

新課程標準對信息技術與物理課程的整（zhěng）合提出了具體要求，尤其是將傳感器列入中學物（wù）理課程。提出“了解常見傳感器（qì）及其應用，體會傳感器的應用給人們帶來的方便（biàn）”。
        實驗是物理的基礎。要做（zuò）實驗就離不開測量。傳統的（de）物理實驗（yàn）是將各種物理量（liàng）（如溫度、時間、力、加（jiā）速度等）轉化為長度進行度量。傳感器則是將各種物理量轉換成電信號，人們對電信號作出進一步的分析和處理。傳感器（qì）進入中學物理實驗室，成為（wéi）信息技術與物理課（kè）程整合、教育手段（duàn）現代化的一個新（xīn）突破口。過（guò）去實驗測（cè）量工具器材是水銀溫（wēn）度計、打點器、天平，現在則是用力的傳（chuán）感器、溫度傳感器（qì）、電磁傳感器（qì）來探測物理量，顯示物理實驗數（shù）據，運用計（jì）算機強大的計算功能探索物理（lǐ）規律。學（xué）生在這樣（yàng）的環境下體驗“做科學”的探究過程，來實現科（kē）學素質的培養。
        借助數字化（huà）實驗室提供的先進技術手段突破（pò）傳統實驗手段的限製，大幅度（dù）改進原來做不出、做不好的實驗，變“不（bú）可見”為“可見（jiàn）”，由“抓（zhuā）不（bú）住”到“抓得住”，將（jiāng）“不好做的”轉變為“好（hǎo）做的”。
一、變“不可見”為“可見”
        將（jiāng）力傳感器用於超重、失重實驗，使用位移傳感器研究加速度。
        超重、失重是生活中的常見現象，電梯升降、神舟（zhōu）號在太空中遨遊時（shí）航天（tiān）員的失重現象等，學（xué）生們都能一一列舉出來。然而如何從物理學的規律出發來認識超重、失重的原因，卻是一個教學難點。原因是學生看不（bú）到（dào）超重（chóng）、失重過程中（zhōng）壓（yā）力的（de）變化。超重（chóng）、失重現象（xiàng）發生在物體變速運動的過程中，按照傳統實驗裝（zhuāng）備隻（zhī）能用彈簧測力（lì）計測量壓力的變化；而且在課（kè）堂中演示超（chāo）重（chóng）、失重所經曆的時間又很短暫（zàn），學生根本看不清彈（dàn）簧測力計示（shì）數，更談不上記錄數據，提供（gòng）給學生作為分析的依（yī）據。而引入力的傳感器，便解決了這個問題。
        在學習牛頓第二運動定律時，利用傳統實驗器材，學生隻（zhī）能（néng）通過物體的運動速度、位移間接地計算出物體加速度的大小（xiǎo），而且也隻能研究勻加速運動物體的加速度（條件：物體受到的外力（lì）恒定不變）。利（lì）用力的傳感器和位移傳感器設計實驗，直接測量出（chū）了物體（tǐ）運動（dòng）過程受到的外力和加速（sù）度的數值，並利用計算機繪製出了力和加速度一一對應關係的圖線，提高了實驗的（de）直（zhí）觀性和（hé）課堂教學效率。並且，由於（yú）傳感器實驗不受物（wù）體運動情況的（de）限製，學生還（hái）可以研究做非勻加速運動（dòng）物體（tǐ）的加速度（條件：物體受到的外力不恒定），使學生很容易理解牛頓第二運（yùn）動定律（lǜ）的瞬時性，很（hěn）快突破了難點。
二、由（yóu）“抓不住”到“抓得住”
        將電流傳感器用於自感現象實驗。
        在自感現（xiàn）象實驗教學中，閉合開關通電，出現了（le）一個燈泡先亮，一個燈泡後亮的現象。這是由於電（diàn）磁感（gǎn）應引起通過兩個燈泡的電流不同產生的自然現象。以往教師隻能通過（guò）理論分析電流的變化（huà）情況（kuàng），學生無法直接觀察到電流變化的情況，隻能被動接受教師（shī）的分析，頭腦中很難有形象的物理情景作（zuò）支（zhī）撐，形成了教學中（zhōng）的一個難點。我們引入電流傳感器，將電流的變化記錄為圖像，使學生直觀地看（kàn）到了自感對電流的影（yǐng）響，幫助學生認識了自感現象的本質。在這個基礎上，教師又啟發學生從電磁感應的理論出發來分析（xī）斷電時自感（gǎn）現象中電流的變化情況，並利用電流傳（chuán）感器實（shí）時記（jì）錄電流變化圖像，印證學生（shēng）分析推理的正確與否。在（zài）這個過程中，學（xué）生由（yóu）被動地聽講變成主動參與，在積（jī）極地對話交（jiāo）流過程中，加深了對自感（gǎn）現（xiàn）象本質的理（lǐ）解。這樣不但解決了傳統實驗儀器不能直觀反映出本質現象的弊端，增強了教學效果，而且還加（jiā）強了學生的主（zhǔ）動參與，大大提高了課堂教學的效率。
三（sān）、將“不好做的”轉變為“好做的”
        同時使用（yòng）力傳感器和光電門傳感器（qì）進行向心力研究。
        在以往的向心力教學中，由於理論推導和實驗證明都很困難，教師隻能直接給出向心力公（gōng）式，無法進行任何理論推導和實驗證明。而利用力傳感（gǎn）器和光電門傳感器，可（kě）以直接獲得一個做圓周運動物體所受到向心力、線速度的數據，進而（ér）從數據（jù）分析中得（dé）到向心力（lì）公式。
四、對傳統實驗進行“再挖掘”，開發其潛在的（de）教育和（hé）教學功能（néng）
        在信息技術的支持（chí）下，探（tàn）究式教（jiāo）學模式可以發（fā）揮更大（dà）的作用。探究式教學是以探索、研究物理規（guī）律為出發點，以（yǐ）實驗活動為（wéi）中心，以學生的可持續發展探（tàn）究能力的培養為根本的一種教學方法（fǎ）。
        傳統的教學方法使學生從道理上得到了一個合法邏輯的結論，然而在實際中什麽是動量，什麽是衝量，什麽是動能，為什麽動能的定（dìng）義要有一個1／2的係數？學生是沒有感性認識（shí）的。在運用傳感器（qì）進行動能定理、動量定理的教學過程中，教師鼓勵學生（shēng）充分利用實（shí）驗創設的真實情景，在實驗全過程中主動地進行探索、學習，教師則加強對學生（shēng）問題的了解，並加（jiā）以適當（dāng）的（de）指導，盡可能調動學生的積（jī）極性；同學們（men）在解決問（wèn）題時討論、互助、合作，通（tōng）過處理實驗的一係列（liè）數據，“發現”新規律，“定義”新的物理（lǐ）量。
        這種（zhǒng）打亂原有教材內容安排的（de）教學過程，要求的計（jì）算（suàn）量非常大，學生應用計算機已有的程序處理（lǐ）數據，大大提高了課堂效率，體（tǐ）現（xiàn）了信息技術對物（wù）理教學的整合。探究式教學不（bú）是以定律、公式的灌輸為中心，而是以學生為主（zhǔ）體（tǐ），使學生從（cóng）發現者和探（tàn）索者的角度出發，從物理數據中，自己得到客觀世界的規律，教師在（zài）其中並不扮演教化者的角色，而是（shì）從旁邊點撥和指導，讓學生在研究和歸納的過程中，感性地理解（jiě）物理（lǐ）變化及（jí）其規律。這樣（yàng）學生最終不僅可以更深入地理解物理學的現象，而且可以學會物理學的一種精神——獨立思（sī）考（kǎo）、大膽假設和嚴謹探索（suǒ）實驗的科（kē）學精神。

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