利用DIS传感器 优化物理课堂教学

摘 要：物理课堂中渗透科技教育对培养学生物理思维的培养起到了非常重要的作用，传感器因其能迅速地采集数据；便捷地以图像、表格、拟合公式等多种形式，客观地展示实验的全过程；形象、直观地对实验数据进行分析、处理并得出实验结论等优点，而被越来越广泛地应用于中学物理教学中。这对学生的创新型思维的培养起到了积极的作用。本文就传感器在物理课堂中的应用，以两个案例展开，课堂中渗透科技教育，可以优化物理课堂教学。

关键词：传感器 电容器 磁感应强度 科技

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）09（c）-0094-02

高中物理新课程标准中明确要求：通过初中课程的学习，学生对科学探究的过程有了一定的体验，并具有了初步的科学探究能力。高中阶段的物理课，应该在这个基础上更加关注学生在科学探究过程中的学习质量，对待科学的态度应该更加严谨，对待新知不仅要定性而且要定量。应进一步加深对科学探究的理解，提高科学探究的能力。

案例一：

高中物理选修3-1中《电容器的电容》这节内容，因为实验器材的不同，带来本节课不同的教学设计。

方案1：

本节课的教学难点：电容器的存储电量的本领大小怎样定义？

教师直接展示：“充电后电容器的两极板间有电势差，这个电势差跟电容器所带的电荷量有关。”“一个电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U成正比，比值Q/U是一个常量。但不同的电容器，这个比值一般是不同的，可见，这个比值表征了电容器储存电荷的特性。”

学生：在底下做笔记抄下，但是表情茫然，并有一些学生小声议论，但是教师很快进入下一环节教学。

课后调查发现，学生存在以下三个问题：

（1）教材根据“实验表明”，是根据哪个实验得出结论的。

（2）自己没有做这个实验，不能信服。

（3）用类比水容器来理解电容器的电容，还是不能很好理解电容的概念。学生觉得这节课很难学。

方案2：

利用传感器系统在采集数据上的优势，就可以顺利完成本节课的验证实验。利用电流传感器测量放电电流随时间的变化，并作出放电电流随时间变化图象（见图1），其中放电电流图线与横轴之间所围的面积就是放电电量，即电容器的带电量。再利用电压传感器可以测得电容器的充电压。对于不同的充电电压，比较电容器所带电量和充电压的关系。

实验电路主要由充电电路和放电电路两部分组成（见图2），通过单刀双掷开关控制选择：打到1，对电容器进行充电，其充电电压可以通过分压电路进行控制，并由电压传感器测出。待充电结束后，打到2，电容器开始放电，其放电过程通过电流传感器实时采集，并直接输入计算机进行处理。

利用数据处理系统“其它处理”按钮中的“积分”功能，可以很快得到图线所围面积，该面积即为电容器充电结束时的带电量，即电容器的带电量Q（见图3）。

通过改变滑动变阻器的阻值，调整电容器的充电电压，重复前面的实验，将测得数据填入表格，得到表格1。让学生分析表格中数据，思考电量和电压有怎样的关系：正比、反比、一次方还是二次方。利用传感器系统内部绘图功能，以电压为横轴，以电量为纵轴，进行描点，再利用图线拟合功能，得到一条过原点的直线。可以得出同一个电容器所带电量和电容器的充电电压成正比的结论（见表1）。

因传感器处理数据非常快，本节课中还可以多选几个不同电容值的电容器重做这个实验，都可以得出相同的关系。学生总结归纳图像的意义：不同电容器的这个比值不同，同一个电容器的比值相同。就用这个比值来定义电容器存储电量的本领大小。

案例二：

高中物理选修3-1中“磁感应强度”这个物理概念是电磁学的核心概念，它对以后的磁场学习起到关键作用，但对这个概念的理解也有两种不同的教学方法。

方案1：

在传统授课时，对“磁感应强度”这个概念的建立，历来是定性叙述的基础上，得出B=F/IL。从教学的层面看，这样处理不仅学生感到茫然，教师也特别别扭。因为在建立电场强度的概念时，我们就经历了这样的尴尬……的比值是一个定值，这个比值真的是一个定值吗？学生很难信服。

方案2：

学生的疑惑在于B=F/IL是否真是一个定值，基于此，可以设计一个线框在磁场中的垂直放置，利用力传感器测出F，再利用电流传感器测出电流I，同时测出长度L，利用控制变量法的思维，在数据处理系统中制作表格（见表2），然后利用传感器系统内部绘图功能，以IL为横轴，以F为纵轴，进行描点，再利用图线拟合功能，得到一条过原点的直线。可以得出在同一个位置磁感应强度B是一个定值，与电流和受到的力的大小无关。而且数据采集的过程，本身也是学习的一个体验过程。能够很好的突破三维目标（见图4）。

对传感器渗透物理课堂的思考。

从教育的层面看，科学家发现物理规律的过程中，所经历的艰辛和富有创造性的研究智慧，在后人的学习过程中被人为的忽略了，学生只是被动的接受知识，而无法再感悟科学家创造性工作的同时也收到了思维的激荡。要改变这种被动的局面，关键问题就是要将一些传统器材无法定量做到的实验，利用现代科技技术变成易于测量，易于定量计算分析和统计的数据，只有这样才能让学生有所获，而且在这个过程中无形中强化了学生学习物理的思维能力，使“怀疑”变成了“信服”。

两个案例的《方案2》中充分利用了传感器实验系统数据采集速度快、读数精度高和数据处理功能强大的特点，学生可以根据测量的数据总结归纳出结论。不再是被动的接受，而是主动习得，学生普遍反映对电容器的电容理解起来较容易。并且学生对传感器实验的强大功能充满兴趣，为学生掌握传感器实验工具和利用传感器进行实验设计打下一定的基础。

传感器实验的优势是明显的，为这两节课探究方案的实现起到了至关重要的作用，传感器实验为教师的教和学生的学的优化起到极大的作用。

1 学生学习方式得到了优化

学生由被动地接受知识，变为主动地探究知识形成过程，符合学生思维发展的规律。传感器实验可以实时动态地采集实验信息，能全面而准确地把握实验进程，使物理规律的发现或者验证更具有严谨性和可信度。同时，传感器实验教学使教师能够创造性地教带动学生创造性地学。学生可以利用数字化实验设备最大限度地向传统经验和权威挑战，利用传感器实验设备创设情景，让学生学会关注周围事物，促进学生创造性思维的发展。

2 学生学习内容的深度和广度得到了拓展

传统实验操作复杂和数据处理繁琐在一定程度上对学生的思维发展构成了障碍，限制了学生钻研的深度和广度。而传感器实验系统具有测量范围广、测量精度高的特点，为学生深入研究问题提供了可能。同时，传感器实验测量精确快速、操作简便灵活，图形处理功能强大，使得学生摆脱了繁琐的计算过程，学生能够比较容易发现或者验证各种数量之间的数学关系。从而将更多的时间、精力用于研究和掌握物理学中的规律。尤其在利用传感器实验系统中，很多实验可以由学生自行设计、选材、完成，从而培养了学生探究的意识和创新的能力。

3 学生学习的能力得到了提高

传感器实验教学以学生为本，在培养学生的学习能力上发挥着重要的作用，有效地培养学生数形结合、归纳总结的能力；培养学生独立设计实验及合作学习的意识以及创新能力；培养了学生实际动手观察，大胆联想和合理猜测的能力；也培养了学生正确选择、使用实验仪器和实验操作的能力。

4 教师的教学手段得到了丰富

传感器实验教学系统能为教师拓展更为丰富的教学内容，提高了教学的灵活性；教师可以创造性的设计教学素材和教学方法，激起学生学习的热情和兴趣；教师还可以突破时空的限制，为学生在课外合作学习提供探究的平台；利用数字化实验系统教师可以更加规范和高效的进行课堂教学，严谨有序的开展学科实验，有利于培养学生严谨的科学素养，也为教师的专业化发展提供了重要技术支撑和真实有效的素材。同时，数字化实验室为学生开展课题研究和研究性学习提供平台和活动空间。

5 结语

电容器的电容，磁感应强度是物理教学中的重要概念，诸如此类的知识还有很多，传感器能采集各种物理数据，具有便携、实时、准确、综合、直观、定量等突出的特点。并且能够采集分析大量的实验数据，支持学生在实验中定量测量，特别是传统器材无法测量的量和现象，且能关注量的变化，从而学会分析和理解数据，发现数据背后的物理原理，深化学生对物理变化的理解。课堂教学中，要发挥好老师的主导地位，努力保证学生的主体地位，让学生在潜移默化中接受到科技创新的教育，在亲身经历中提高分析问题的能力，享受学习的快乐。

参考文献

[1] 高中物理新课程标准[S].

[2] 傅可钦.dis数字化信息系统在电学实验中的应用[J].中学物理教学参考，2009（11）：36-38.

[3] 马如宇，卓敏.DIS数字化信息系统在中学物理实验教学中的应用研究[J].中国现代教育装备，2010（8）：36-38.

[4] 教学仪器与实验[Z].2013.