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应用温度传感器技术提高“探究物质熔化的特点”的实验效果南京雨花台中学张睿【引言】传感器是一种检测装置，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。在中学物理实验教学中引入传感器技术，不仅使某些在当前条件下无法实现的实验成为可能，提高中学物理实验教学绩效，还能促使学生了解先进的科学技术，获得科学的学习方法，形成正确的学习态度。【传感器的定义和组成】1.传感器：数字化实验的核心部件。“感”将物理量转化成电信号；“传”将电信号传递到数据采集器装置和计算机平台。教学中常用的传感器包括力传感器、位移传感器、温度传感器（热传感器）、电流电压传感器、光传感器、声传感器等等。2.数据采集器：采集传感器感知的数据，并传给计算机，可以说是传感器与计算机连接的转换器。3.计算机及其内部处理由传感器传递的数据的软件。由此可知，数字化实验是将传感器、计算机与传统的实验仪器结合，是传统实验方法的发展和数据处理的科学化，呈现的是真实的实验，数据处理上更严谨，规范。【教学实录】传统的探究物质熔化特点的实验，采用实验室用温度计，学生一边计时，一边观察，并记录数据，最后还要根据实验数据描点画线，虽然器材简单，但是精度不高，误差大，数据处理不便，而且实验的成功率不高，效果不理想，影响分析数据、得到结论、评价和反思过程的开展。所以我尝试采用温度传感器技术开展探究实验，使得实验高效、精确、可信。现简录如下，供教师们在教学实践中参考。〖实验名称〗“探究物质的熔化特点”，探究的物质为海波、蜡烛。〖实验器材〗1.实验用传感器（包括下图所示的数据采集总机、温度传感器、测温棒）和安装了配套软件的电脑。2.铁架台、5ml试管、50ml烧杯、石棉网、酒精灯、海波、蜡烛、水（备注：需要分别将测温棒事先固定在5ml装有适量海波的试管中和5ml装有适量蜡烛的试管中，待海波和蜡烛凝固后备用（如图2，图3）。）〖实验操作〗1.组装铁架台，调节石棉网高度，固定试管和数据线。（课前教师负责）2.将传感器与电脑连接，打开相关软件备用。（课前教师负责）3.实验开始时，向烧杯中导入适量40℃-50℃左右的热水，用于水浴加热。4.点燃酒精灯，开始加热，同时点击电脑上配套软件的“开始”按钮，开始试验。（备注：电脑上配套软件的操作示意图如下）〖数据处理〗由于采取了传感器技术，设定了电脑每间隔1s测温采集数据，并自动描绘“时间-温度”图线，当实验结束后，基于数据的图像也同步完成，如下：海波熔化图像蜡烛熔化图像图1图2图3〖实验结论〗1.海波在熔化时温度保持不变，需要吸热。2.蜡烛在熔化时温度上升，需要吸热。【分析】通过本次的尝试，我感受到基于传感器技术的实验在数据采集、数据分析和辅助探究等方面都有其独特的优势。一、应用传感器技术可以实现数据的精确快速采集以本实验中采用的温度传感器为例，由测温棒，传感器、数据采集主机组成，配合安装了相应软件的电脑来使用，虽然课前的准备相对麻烦一点，在课堂上，学生只需要点击鼠标就可以开始实验中的数据采集。（如下图所示）此时电脑按照我们设置的时间间隔参数进行数据的采集，相比于传统实验，采用温度传感器后学生只需要重点观察海波和蜡烛的状态变化即可，操作难度大大降低；且各个小组的实验现象、数据基本一致，不会出现数据与结论相互矛盾的现象；探究实验的时间缩短为4分钟左右，提升了课堂教学的效率。二、应用传感器技术有利于数据的分析，得出结论在本实验中利用温度传感器可以实现每间隔1s采集一次温度数据，并且由电脑实现自动绘图。（如下图所示）海波熔化图像ABCD从海波熔化的图像我们能看出AB段海波在不断升温，BC段升温的趋势明显变缓（接近于温度不变），CD段海波再次快速升温。学生在这个实验过程中需完成下列表格。阶段初始AB段B时刻BC段C时刻CD段（末尾）海波的状态通过图像与表格的对比，学生很容易就能得到海波熔化时，温度随时间变化的特点，即海波在熔化时需要吸热，温度基本保持不变。利用相同的方法，我们也能很快的完成蜡烛熔化的实验，图像如下：蜡烛熔化图像此时，学生发现蜡烛在熔化过程中温度随时间的变化与之前的海波有明显的不同，没有发现温度不变的过程，而是随着温度不断升高，液态的蜡烛不断增多。三、传感器技术的使用丰富了学生的学习方式，有利于学生进行自主探究新课程改革要求教学朝着自主学习、合作学习、探究学习的方向发展。兴趣是学生进行自主探究的内在动力，对于感兴趣的事物他们乐于探究，本实验中用温度传感器、电脑进行实验就是他们感兴趣的事物，自然的成为了培养学生学习兴趣的催化剂，也是培养学生自主学习能力、探究能力和创新能力的重要措施。对培养学生实践体验、自主探究、合作交流的能力大有裨益。四、客观的看待传统实验与传感器实验传感器实验给教师的教学和学生的学习带来了很多有益的根本性的变化，但是传统实验也没有必要完全退出“历史舞台”，两者可以取长补短，相得益彰，这就像一座城市需要高速公路，也需要羊肠小道，只有这样，学生这辆汽车才能任意驰骋，到达学习的目的地。何况，有些传统实验用传感器也是无法完成的，因此在短期内必将形成传感器实验与传统实验并存且互补的局面。同时，目前使用的传感器的最大限制在于它的实验软件平台。该软件平台本来是针对课本实验来优化设计的，这是其优点，但是这也就恰恰限制了传感器实验的实验范围，使得传感器实验的拓展体系不能得到最大程度的发挥。因此，笔者建议有志于改进物理教学现状的软件设计师进一步地完善实验软件平台，从而更好地为更多的拓展性物理学习与实验服务。