主頁 > 技術文章 > 運用傳感器，創(chuàng)新高中物理教學 2024-10-11

運用傳感器，創(chuàng)新高中物理教學

新課程標準對信息技術與物理課程的整合提出了具體要求，尤其是將傳感器列入中學物理課程。提出“了解常見傳感器及其應用，體會傳感器的應用給人們帶來的方便”。
        實驗是物理的基礎。要做實驗就離不開測量。傳統(tǒng)的物理實驗是將各種物理量（如溫度、時間、力、加速度等）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。傳感器進入中學物理實驗室，成為信息技術與物理課程整合、教育手段現(xiàn)代化的一個新突破口。過去實驗測量工具器材是水銀溫度計、打點器、天平，現(xiàn)在則是用力的傳感器、溫度傳感器、電磁傳感器來探測物理量，顯示物理實驗數(shù)據(jù)，運用計算機強大的計算功能探索物理規(guī)律。學生在這樣的環(huán)境下體驗“做科學”的探究過程，來實現(xiàn)科學素質的培養(yǎng)。
        借助數(shù)字化實驗室提供的先進技術手段突破傳統(tǒng)實驗手段的限制，大幅度改進原來做不出、做不好的實驗，變“不可見”為“可見”，由“抓不住”到“抓得住”，將“不好做的”轉變?yōu)?ldquo;好做的”。
一、變“不可見”為“可見”
        將力傳感器用于超重、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(xiàn)象，電梯升降、神舟號在太空中遨游時航天員的失重現(xiàn)象等，學生們都能一一列舉出來。然而如何從物理學的規(guī)律出發(fā)來認識超重、失重的原因，卻是一個教學難點。原因是學生看不到超重、失重過程中壓力的變化。超重、失重現(xiàn)象發(fā)生在物體變速運動的過程中，按照傳統(tǒng)實驗裝備只能用彈簧測力計測量壓力的變化；而且在課堂中演示超重、失重所經歷的時間又很短暫，學生根本看不清彈簧測力計示數(shù)，更談不上記錄數(shù)據(jù)，提供給學生作為分析的依據(jù)。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(tǒng)實驗器材，學生只能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，而且也只能研究勻加速運動物體的加速度（條件：物體受到的外力恒定不變）。利用力的傳感器和位移傳感器設計實驗，直接測量出了物體運動過程受到的外力和加速度的數(shù)值，并利用計算機繪制出了力和加速度一一對應關系的圖線，提高了實驗的直觀性和課堂教學效率。并且，由于傳感器實驗不受物體運動情況的限制，學生還可以研究做非勻加速運動物體的加速度（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動定律的瞬時性，很快突破了難點。
二、由“抓不住”到“抓得住”
        將電流傳感器用于自感現(xiàn)象實驗。
        在自感現(xiàn)象實驗教學中，閉合開關通電，出現(xiàn)了一個燈泡先亮，一個燈泡后亮的現(xiàn)象。這是由于電磁感應引起通過兩個燈泡的電流不同產生的自然現(xiàn)象。以往教師只能通過理論分析電流的變化情況，學生無法直接觀察到電流變化的情況，只能被動接受教師的分析，頭腦中很難有形象的物理情景作支撐，形成了教學中的一個難點。我們引入電流傳感器，將電流的變化記錄為圖像，使學生直觀地看到了自感對電流的影響，幫助學生認識了自感現(xiàn)象的本質。在這個基礎上，教師又啟發(fā)學生從電磁感應的理論出發(fā)來分析斷電時自感現(xiàn)象中電流的變化情況，并利用電流傳感器實時記錄電流變化圖像，印證學生分析推理的正確與否。在這個過程中，學生由被動地聽講變成主動參與，在積極地對話交流過程中，加深了對自感現(xiàn)象本質的理解。這樣不但解決了傳統(tǒng)實驗儀器不能直觀反映出本質現(xiàn)象的弊端，增強了教學效果，而且還加強了學生的主動參與，大大提高了課堂教學的效率。
三、將“不好做的”轉變?yōu)?ldquo;好做的”
        同時使用力傳感器和光電門傳感器進行向心力研究。
        在以往的向心力教學中，由于理論推導和實驗證明都很困難，教師只能直接給出向心力公式，無法進行任何理論推導和實驗證明。而利用力傳感器和光電門傳感器，可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(shù)據(jù)，進而從數(shù)據(jù)分析中得到向心力公式。
四、對傳統(tǒng)實驗進行“再挖掘”，開發(fā)其潛在的教育和教學功能
        在信息技術的支持下，探究式教學模式可以發(fā)揮更大的作用。探究式教學是以探索、研究物理規(guī)律為出發(fā)點，以實驗活動為中心，以學生的可持續(xù)發(fā)展探究能力的培養(yǎng)為根本的一種教學方法。
        傳統(tǒng)的教學方法使學生從道理上得到了一個合法邏輯的結論，然而在實際中什么是動量，什么是沖量，什么是動能，為什么動能的定義要有一個1／2的系數(shù)？學生是沒有感性認識的。在運用傳感器進行動能定理、動量定理的教學過程中，教師鼓勵學生充分利用實驗創(chuàng)設的真實情景，在實驗全過程中主動地進行探索、學習，教師則加強對學生問題的了解，并加以適當?shù)闹笇�，盡可能調動學生的積極性；同學們在解決問題時討論、互助、合作，通過處理實驗的一系列數(shù)據(jù)，“發(fā)現(xiàn)”新規(guī)律，“定義”新的物理量。
        這種打亂原有教材內容安排的教學過程，要求的計算量非常大，學生應用計算機已有的程序處理數(shù)據(jù)，大大提高了課堂效率，體現(xiàn)了信息技術對物理教學的整合。探究式教學不是以定律、公式的灌輸為中心，而是以學生為主體，使學生從發(fā)現(xiàn)者和探索者的角度出發(fā)，從物理數(shù)據(jù)中，自己得到客觀世界的規(guī)律，教師在其中并不扮演教化者的角色，而是從旁邊點撥和指導，讓學生在研究和歸納的過程中，感性地理解物理變化及其規(guī)律。這樣學生最終不僅可以更深入地理解物理學的現(xiàn)象，而且可以學會物理學的一種精神——獨立思考、大膽假設和嚴謹探索實驗的科學精神。

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