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文檔簡介

新增內容傳感器的教學實施與思考南京師大附中陳明貴陽論壇一、教材變化情況人教版普通高中教科書中,沒有出現(xiàn)專門的傳感器內容,在考試中,通常以聯(lián)系實際的問題的形式出現(xiàn)傳感器的原理,目的在于考察學生對相關知識的綜合運用能力。在人教版課程標準實驗教科書書中,專門增加了《傳感器》一章,放在選修3-2電磁學的結束部分。本章共分四節(jié):第一節(jié)傳感器及其工作原理:內容為光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件等一些敏感元件和傳感器的工作原理的介紹;第二節(jié)傳感器的應用(一):以電子秤、話筒、電熨斗為代表介紹力、聲、熱傳感器;第三節(jié)傳感器的應用(二),以電飯鍋、測溫儀、鼠標器、火災報警器為代表,介紹熱和光傳感器;第四節(jié)傳感器的應用實例,提供了光控、溫控兩個電路,作為學生實驗的內容。計劃教學時間9個學時左右。2根據(jù)教師用書的闡述,編寫意圖如下:1、突出體現(xiàn)科學、技術、社會的密切聯(lián)系《課程課標》將“傳感器”列為選修3一2模塊的二級主題,集中體現(xiàn)它對科學、技術社會的密切關系。選取這樣一個具有時代氣息的內容主要有三方面的考慮:一是傳感器已經廣泛地應用到現(xiàn)代的生產和生活的諸多方面,成為進行測量和控制的不可缺少的元器件;二是這種現(xiàn)代技術產品是基于許多物理原理設計的,可以很好地將它們聯(lián)系起米,使學生對于科學與技術的關系有更全面和深入的體會;三是傳感器的應用在促進現(xiàn)代社會的發(fā)展中起了重要的作用。3二、在傳感器教學中遇到的問題1、傳感器是新教材中一塊比較特殊的內容,對教師提出了新的挑戰(zhàn)1)以往教材沒有,有的部分專業(yè)性較強、相關知識不足2)考查方式不明,教學的深度和重點不易把握3)體現(xiàn)新課程的新內容,教材組織與其他內容不同,教學模式如何適應?4)實驗裝置復雜,動手能力要求高52、在學習過程中,學生的感受和反應與其他內容也有所不同: 1)與生活或科技前沿聯(lián)系緊密,與以往的知識不同,令人耳目一新,學習興趣較高 2)部分傳感器工作原理的綜合性較強(如電磁原理、半導體原理)、結構比較復雜(如電子秤等),學生對實際電子線路比較陌生(如光控、溫控電路) 3)學生對動手興趣很高,但動手能力偏弱 ①DIS裝置進行實驗,操作能力門檻較高,需要長期訓練的基礎 ②電子線路的制做,雖然電路已經做了講解,又有老師現(xiàn)場指導,但成功率不高

63、本章內容涉及大量實際裝置、實驗器材,對實驗的要求比較高,由于是新的內容,在教材的基礎上,我們需要對實驗設計和裝置進行了自己的開發(fā) 1)需要購買添置傳感器元件,傳感器裝置實物用于學生研究其功能和工作原理 2)成品傳感器裝置的結構緊湊,工作過程不明顯 要對傳感器實物進行拆解,并選擇適當?shù)慕嵌群头绞?,展示其工作原理,以達到直觀鮮明的效果72、注意培養(yǎng)學生在把實際問題抽象為物理問題方面的能力??梢酝ㄟ^一些產品說明書,了解產品的性能等,結合課本中大量的原理圖、產品的照片和簡化結構圖、電路圖等,配以簡明的文字來闡述其物理原理和技術性能。教師可以運用演示、講解、學生閱讀、討論和動手實驗等多種教學方式培養(yǎng)學生認識和分析實際問題的能力。3、注意電子線路知識的學習和應用要讓學生了解常用的電子元器件的功能,認識最基本的電子電路圖,使用一些基本工具和測量儀器,組裝最簡用的電子電路來實現(xiàn)最簡單的測量和控制功能??紤]到數(shù)字電路的應用越來越廣泛,集成電路塊的價格已經非常低廉,并巳與模擬電路相比,數(shù)字電路需要的元件少,又可以避免調節(jié)器件的工作點,所以設計的制作實驗都使用數(shù)字電路。94、要創(chuàng)造物質條件和教學環(huán)境,讓學生主動參與,多觀察、多動手、多思考。要先引導他們突破一兩個事例,領會到研究方法,形成自信心,然后就可以放手學習其余的內容,把這章上成興趣盎然、沒有負擔的課程。5、教師要主動學習,適應教學要求教師要認真?zhèn)湔n,親自動手去做每個實驗,理解相關的技術知識,掌握基本的操作技能,把握住教學的要求。體現(xiàn)知識更新和教學能力的與時俱進。10四、我們的教學嘗試1、本章可分為三個單元: 第一單元:第一節(jié)傳感器及其工作原理(2課時) 第二單元: 第二節(jié)傳感器的應用(一)(2課時)第三節(jié)傳感器的應用(二)(2課時) 第三單元: 第四節(jié)傳感器的應用實驗(2課時)11類比法13原理圖14結合學生生活舉例 自助銀行入口刷卡的自動門、電子秤、學校讀答題卡的計算機讀卡器,不需要設計詳細原理,主要分析工作流程即可。152)第二節(jié)、第三節(jié)傳感器的應用(一)(二)通過學習一些具體的傳感器裝置或設備,如力傳感器(電子秤)、聲傳感器(話筒)、溫度傳感器(電熨斗、電飯鍋和測溫儀)、光傳感器(鼠標器、火災報警器)等,可以采用演示、觀察、分析相結合的方法,對各種裝置的工作原理和過程進行研究。讓學生親自體會應用傳感器的測量過程和原理,通過親身體驗,了解如何應用傳感器來解決實際問題,了解這些傳感器的原理和結構,擴展學生的視野,達到進一步提高理論聯(lián)系實際的能力,認識、分析、解決實際問題的能力,知識的綜合運用能力。17傳感器應用的自制演示裝置18觸控燈聲控燈紅外感應燈19力傳感器演示板21對于其它的傳感器裝置,我們也運用了拆解、放大和制作專門演示板的方法。如電飯煲的磁控裝置,將核心部分拆解出來,與燈泡、電源連成電路。用鐵架臺支撐,用酒精燈加熱模擬燒飯加熱過程,讓學生清楚地看到磁控開關動作的過程。對于紅外報警器、溫度報警器、鼠標等一些較小的裝置,通過靜態(tài)照片,或者視頻展示其原理和工作過程。22霍爾元件工作原理演示板23拆解電飯煲25投影放大實驗雙金屬片溫控器26我們還考慮利用DIS實驗室或DIS裝置,進行部分演示和分組實驗。力傳感器聲傳感器磁傳感器氣壓傳感器溫度傳感器位移傳感器27考慮到兩個電路原理的相似性,如果時間較緊,我們可以選擇其中一個實驗來進行。考慮到試驗條件控制的難易和器材最簡原則,我們選擇了光控電路。29電子線路制從電路設計、元件選擇和購買,需要做大量準備工作教師分工研究相關實驗,提出設計方案和要求;實驗室的老師針對這些內容進行實驗建設,使之成為一些固定的演示和分組實驗項目,添置了大批實驗器材,自制和改制了一批實驗線路板。光敏報警器的制作,請帶電子線路選修課的老師專門根據(jù)課本電路選配了元件,制作了試驗電路,經調試實驗效果比較理想后,實驗室購買了成套分組的實驗器材。30在學生動手實驗之前,需要用一節(jié)課左右的時間,對相關的元器件、電路的原理、接線的規(guī)則,給予講解與說明,為學生的實際使用奠定基礎。如常用的元器件的符號使用方法,使用中要注意的問題。對相關的實驗電路,最好能夠自己先做過實驗,進行組裝,這樣才能有親身的體會,容易發(fā)現(xiàn)其中的問題,做到心中有數(shù)。31實驗中的問題這中間會產生各種各樣的問題,比如,光敏報警電路在遮光與通光時應該狀態(tài)改變,第一個實驗很成功,第二個班則完全不行。檢查發(fā)現(xiàn)電路應該沒有問題,感覺很奇怪。后來通過仔細測量,發(fā)現(xiàn)光敏電阻的電阻隨光照變化很大,而觸發(fā)器電路存在一定的閾值,第一次課是在晴天,第二次課遇上了陰天,人在視覺上光線暗了一些,實際在能量上降低了很多,光敏電阻的阻值高于觸發(fā)電路的閾值。而實驗所用電位器調節(jié)范圍不夠,無論如何調節(jié),都不能實現(xiàn)狀態(tài)改變。后來重新更換了電阻更大的電位器,經調節(jié),電路正常工作。324)教學嘗試《熱傳感器原理及簡單應用》專題房頤一、熱敏電阻正負溫度系數(shù)熱敏電阻特性的測量(分組)二、感溫磁性材料熱敏器件電飯鍋溫控電路的拆解演示三、雙金屬結構熱敏器件電熨斗自動溫控電路視頻放大演示四、溫度傳感器的應用(拓展介紹)五、溫控報警電路的設計(應用訓練)正負溫度系數(shù)熱敏電阻各一例33專題教學方式的嘗試傳感器種類比較龐雜,教學中適當歸納分類,進行專題教學,使主題集中,形成體系和線索同類功能的傳感器原理各有不同,增強學生思維和方法的發(fā)散性關注點比較集中,便于觸類旁通,有利于加深對該類傳感器原理的理解專題內各部分不一定面面俱到,可以有詳有略,以點帶面,舉一反三34《傳感器及其工作原理》實驗探究課陳明35探究式學習的嘗試 根據(jù)本章內容,我選擇了溫度傳感器的測溫研究作為課題,進行探究式學習的嘗試。 第一部分:熱敏電阻的溫度-電阻關系的測定 試驗方法一:將電阻浸入熱水中(事先做好絕緣處理),加入冷水改變水溫,利用DIS設備進行溫度和電阻數(shù)據(jù)的自動記錄,操作計算機繪制溫度-電阻關系曲線,擬合曲線函數(shù)。 試驗方法二:同樣用水改變熱敏電阻的溫度,利用歐姆表和溫度計人工進行測量、記錄,手工繪制溫度電阻關系曲線,猜測大致的關系。36探究電阻測溫規(guī)律第二部分:利用測得的關系自制測溫裝置試驗方法一:接上電源,將熱敏接入電路。選擇適當?shù)腄IS探頭,將電壓電流測量量輸入計算機,將計算機擬合的函數(shù)進行變形,以電壓電流為輸入變量量,以溫度為輸出變量,經計算機計算得出對應的溫度。以溫度探頭的直接測量量作為真實值進行對照。試驗方法二:搭建傳統(tǒng)電路,測量熱敏電阻的阻值,利用前面繪制的溫度電阻曲線,找到對應的溫度值,以溫度計直接測量值作為參考。試驗方法三:直接利用測得的電阻與溫度關系,在多用電表表盤上進行重新標度,使多用電表能夠直接進行溫度的測量。學生通過交流合作,絕大部分完成了實驗的任務,也對傳感器利用敏感元件的特性進行物理量的轉換的工作原理有了切身的感受。37傳感器教學中實施探究對敏感特性的動手探究,有助于增強感性認識,加深體會,對相關知識的掌握比較牢固制作傳感器以實現(xiàn)某種功能,這樣帶有目的性的探究實驗,能使學生體會到掌握敏感元件的物理規(guī)律的重要性,以及利用其規(guī)律實現(xiàn)功能的過程,從而對傳感器的原理有更深的體會。

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