【技術(shù)討論】基于傳感器的數(shù)字化探究實驗室建設(shè)
發(fā)表于 2025-08-18 00:06 / 作者：市場部 / 閱讀：4217 次
1.傳感器的發(fā)展、組成及分類
傳感器是新技術(shù)革命和信息社會的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代科技的開路先鋒。美國早在上世紀(jì)80年代就聲稱世界已進入傳感器時代，日本則把傳感器技術(shù)列為十大技術(shù)之首。甚至，日本工商界人士聲稱“支配了傳感器技術(shù)就能夠支配新時代”。隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，曾經(jīng)主要用于高精尖領(lǐng)域的傳感器現(xiàn)已深入我們的日常生活。如電子臺秤的核心技術(shù)是壓力傳感器，超市收銀員用光電傳感器對準(zhǔn)條形碼獲取信息等。
根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，傳感器被定義為：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可能輸出信號的器件或裝置。目前人們常根據(jù)其功用，將國標(biāo)中的定義具體化：傳感器是把所感受到的非電量信號轉(zhuǎn)換為電量信號的器件。數(shù)字化探究實驗中常見的傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、測量電路三個部分組成敏感元件直接感受被測非電量信號；轉(zhuǎn)換器鐵皮將敏感元件輸出轉(zhuǎn)為適于傳輸和測量的電信號；測量電路，將轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)器件輸出的電量信號變?yōu)楸阌陲@示、記錄、控制和處理的有用信號。比較簡單的傳感器公由一個每感元件組成，它感受被測非電量信號時，直接輸出電量信號。
2.數(shù)字化探究實驗室的內(nèi)涵及組成
數(shù)字化探究實驗室作為一種新型實驗教學(xué)模式，在我國中學(xué)理科新課程改革背景下破土而出。據(jù)悉，全國首個中學(xué)數(shù)字化探究實驗室于2004年落戶于天津一中，是該校與教育部教學(xué)儀器研究所共同開發(fā)的。其實數(shù)字化探究實驗室并非新生事物，歐美等發(fā)達(dá)國家很早都將其應(yīng)用于中學(xué)物理、化學(xué)、生物等理科的教學(xué)。
那么，何謂數(shù)字化探究實驗室？從近幾年國內(nèi)外數(shù)字化探究實驗室的發(fā)展看，“數(shù)字化”的內(nèi)涵就有一個歷史嬗變過程，即隨著當(dāng)代科技的發(fā)燕尾服有著不同的理解和實踐探索。早期，數(shù)字化探究實驗室可謂是“大腦發(fā)達(dá)，五官不靈”。借助計算機先進的硬、軟件技術(shù)，在科學(xué)教學(xué)上的使用僅局限在計算機“模擬”實驗方面。如用計算機展示虛擬實驗、采集和分析實驗數(shù)據(jù)、基于Java技術(shù)的探索式科學(xué)實驗、在網(wǎng)上發(fā)布相關(guān)實驗資料和信息等等。近年，隨著“電五官”——傳感器技術(shù)的發(fā)展，以及中學(xué)理科新課程改革的基本理念和目標(biāo)要求，現(xiàn)代數(shù)字化探究實驗室建設(shè)力爭做到“大腦發(fā)達(dá)，五官敏捷”。因此，新課程背景下的數(shù)字化探究實驗室是以真實實驗為基礎(chǔ)，通過“電五官”即各種傳感器替代傳統(tǒng)的儀表，將采集到的實驗數(shù)據(jù)通過接口設(shè)備交由數(shù)據(jù)處理器，經(jīng)過分析處理，從而能夠更加清晰、明確地展示現(xiàn)象，揭示科學(xué)規(guī)律。的確，數(shù)字化探究實驗室既是對理科傳統(tǒng)實驗教學(xué)的有效補充，又是理科傳統(tǒng)實驗教學(xué)的變革。
3.數(shù)字化探究實驗室的主要特征
從上不難看出，數(shù)字化探究實驗室具有如下三個突出特征:
一是智能性。在一定意義上說，數(shù)字化探究實驗室就是一個智能型實驗室，其智能性特征基于貫穿整個科學(xué)實驗過程。譬如，智能工具能夠顯示數(shù)據(jù)點的坐標(biāo)，測量真實的數(shù)據(jù)點而不是像素點。
二是開放性。根據(jù)教學(xué)的實驗需要，數(shù)字化探究實驗室既可用于演示實驗，也可進行學(xué)生實驗；因此，數(shù)字化探究實驗室是一個開放性的實驗平臺，既表現(xiàn)為時空的開放性，也表現(xiàn)為教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式的開放性。
三是整合性。學(xué)生能否適應(yīng)當(dāng)今知識和信息爆炸的社會，是否具務(wù)完整的信息處理能力將尤為關(guān)鍵。而以傳感器為主的數(shù)字化探究實驗室仍以學(xué)生的真實實驗為基礎(chǔ)，很好地抓住了信息處理的三個重要環(huán)節(jié)（采集、處理和表達(dá)），從而有效實現(xiàn)了信息技術(shù)與理科學(xué)科的整合。
