在电磁学教学过程中，明确要求学生建立“电—磁”关系模型，并理解磁现象的电本质。此类实验对仪器设备有特殊要求：不仅需要测量正常实验范围内的电流和电压，还需要能够测量微安级的微小电流信号；不仅需要测量电信号，还需要测量磁场的磁感应强度。而传统实验仪器在这方面恰恰存在欠缺。DIS提供的微小电流信号及磁感应强度的探测手段，使“器材制约实验”的局面得以改观。

例如，在导体切割磁感线感生电流实验中，最理想的实验方案是使用单根导线。原因在于单根导线结构最为简单，最符合教材中对导体切割磁感线感生电流的描述，学生不存在认知困难。但由于传统实验中测量微小电流信号的灵敏电流计只能达到毫安级，再加上单根导线切割磁感线的感生电动势很小，得到的感生电流相当微弱，导致灵敏电流计指针偏转很不明显。因此在教学实践中，根据导线垂直切割磁感线公式—E=BLv，有时采取增强磁场（如采用钕铁硼磁铁）、增加导线在磁场中的有效长度L的方法，或直接使用微电流放大电路。采用这些措施虽然取得了一定效果，但由于对器材提出了较高要求，实验准备复杂，加重了教师负担。教师往往只能退而求其次，使用多匝线圈代替单根导线，使得学生在认知过程中增加了将多匝线圈视为单一导体的“头脑转弯”工作。

DIS微电流传感器将实验精度由灵敏电流计的毫安计提升到了微安级，从而能够清晰地观察到单根导线切割磁感线感生的电流，许多教师多年的设想得以实现（图2—5—5）。不仅如此，微电流传感器提供的多模显示方式使得感生电流的呈现方式更加符合教学的要求：在“示波显示”方式下，学生不仅可以观察到感生电流现象，还可以在导线的运动与“电流—时间”图线之间建立对应关系。实验数据图线的模型意义开始凸显。

图2—5—5　使用微电流传感器进行单根导线切割磁感线感生电流实验

直指人心—微电流传感器系列实验的开发：

DIS问世之初，即便是对新技术持欢迎态度的专家们，也只是将其定位在拾遗补阙的位置。因此，做传统实验做不好甚至做不了的实验，就成了DIS当时的攻关重点。而依托微电流传感器开发的实验，一时间成为DIS征服用户的“撒手锏”。其中，单导线切割磁感线感生电流、地磁发电、单导线楞次定律等都是当时常做的实验。至于后来按照鱼骨思维导图开发的温差电流、纯水导电、人体电流等，都成了微电流传感器的经典之作。如今，该传感器又在小学科学领域找到了广阔的应用空间。

以往在做楞次定律实验时，因电流计的灵敏度较低，故只得使用多匝线圈，一般多达数百匝（图2—5—6）。采用DIS微电流传感器，即使使用单匝线圈也能取得满意的实验效果（图2—5—7）。借助实时绘出“电流—时间”图线，可以清晰地观察到感生电流的大小和方向变化（图2—5—8）。

利用图2—5—7所示的实验装置，可将楞次定律实验做进一步的升华：使单匝线圈与实验台面平行，将条形磁铁的一端置于实验台面上，保持条形磁铁与实验台面和线圈的垂直，并使之做水平运动（图2—5—9），此时没有感生电流出现；倘若使单匝线圈与实验台面产生一个夹角，则令磁铁做同样的运动即可观察到感生电流。鼓励学生在这个对比实验的基础上深入分析其成因，无疑具有较高的教学价值。

图2—5—6　传统的楞次定律实验装置

图2—5—7　使用DIS的单匝线圈楞次定律实验

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图2—5—8　单匝线圈楞次定律实验中获得的“电流—时间”关系图线

图2—5—9　磁铁做垂直于线圈的水平运动

再如，“直线电流的磁场”是验证电磁关系的另一个重要实验。但在使用传统方法进行实验时困难重重。首先面临的困难是，缺乏磁现象的量化测量手段。当年笔者挖空心思使用量角器加小磁针自行构造测量装置，仅能勉强实现量化（图2—5—10）。其次是直线电流的获取问题。如果把一根长直导线直接接在电源上，就会形成短路并损坏电源；如果联入电阻器，在减小电流的同时磁场也随之减小，实验现象又会变得不清晰。笔者也曾采用过电容放电和触发通电方式。像图2—5—10中使用导线绕成一个数十匝的线框，将其一边用作直导线，实属不得已而为之。

图2—5—10　笔者多年以前开发的直线电流磁场实验装置

图2—5—11　使用DIS磁感应强度传感器进行直线电流磁场实验

而DIS磁感应强度传感器不仅实现了磁场现象的量化测量，而且其灵敏的感测功能使得直线电流的获取变得格外方便：可按照图2—5—11所示，选择一根粗铜丝，将其串联在滑动变阻器上，接上学生电源（额定电流3A）。将DIS磁感应强度传感器与粗铜丝固定在同一个平面内，传感器指向与粗铜丝垂直，进行软件调零。接通学生电源，可获得粗铜丝周围的磁感应强度测量值。改变传感器与粗铜丝之间的距离，发现随着距离减小，磁感应强度增大。保持传感器与粗铜丝之间的距离不变，调节滑动变阻器改变通过粗铜丝的电流，发现随着电流增大，磁感应强度也增大。

因DIS的应用使“直线电流的磁场”实验变得简单易行，而且从定性观察上升到了定量分析层面，实验质量和教学效果得到了提升。

由上述实验可知，凭借微电流和磁感应强度传感器，DIS有效解决了微小电、磁信号的测量问题，为传统的疑难实验带来了令人满意的新方案。同时，硬软件的有机结合增加了实验的深度，拓展了电磁学实验的广度，众多极为精彩、对学生有很大启发、必须通过微小信号测量才能够完成的拓展型实验，如人体导电、大地电流、水果电池、纯水导电、热电偶等，得以进入实验室和课堂。学生可以全方位地拓展实验空间，广泛研究身边有趣的电磁现象，而这正是信息技术与物理学整合的目的所在。

变定性为定量，建立研究者们的信心：

实验与信心有什么关系？看起来好像没有直接关系。但是在DIS介入高中物理实验之前，很多实验就是演示一下现象而已。遇到想刨根问底的学生，教师们受限于实验手段只能敷衍，甚至祭出“教材规定这个实验就是定性演示”之类的无奈说法。长此以往，不仅教师，连学生都会失去研究的信心。而DIS提供的将实验从定性升级到定量的提升，则可以潜移默化地培养学生，这些未来研究者们的信心—只要你想做研究，总会有方法和手段的保障，研究者自己要想办法去寻求这种保障。从这个角度来讲，DIS对学生的个人发展将起到关键的作用。