新增內(nèi)容傳感器的教學(xué)實(shí)施與思考課件

新增內(nèi)容傳感器的教學(xué)實(shí)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(nèi)容，在考試中，通常以聯(lián)系實(shí)際的問題的形式出現(xiàn)傳感器的原理，目的在于考察學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。在人教版課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書書中，專門增加了《傳感器》一章，放在選修3-2電磁學(xué)的結(jié)束部分。本章共分四節(jié)：第一節(jié)傳感器及其工作原理：內(nèi)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(yīng)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(yīng)用（二），以電飯鍋、測(cè)溫儀、鼠標(biāo)器、火災(zāi)報(bào)警器為代表，介紹熱和光傳感器；第四節(jié)傳感器的應(yīng)用實(shí)例，提供了光控、溫控兩個(gè)電路，作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。計(jì)劃教學(xué)時(shí)間9個(gè)學(xué)時(shí)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(xué)、技術(shù)、社會(huì)的密切聯(lián)系《課程課標(biāo)》將“傳感器”列為選修3一2模塊的二級(jí)主題，集中體現(xiàn)它對(duì)科學(xué)、技術(shù)社會(huì)的密切關(guān)系。選取這樣一個(gè)具有時(shí)代氣息的內(nèi)容主要有三方面的考慮：一是傳感器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到現(xiàn)代的生產(chǎn)和生活的諸多方面，成為進(jìn)行測(cè)量和控制的不可缺少的元器件；二是這種現(xiàn)代技術(shù)產(chǎn)品是基于許多物理原理設(shè)計(jì)的，可以很好地將它們聯(lián)系起米，使學(xué)生對(duì)于科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系有更全面和深入的體會(huì)；三是傳感器的應(yīng)用在促進(jìn)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展中起了重要的作用。3二、在傳感器教學(xué)中遇到的問題1、傳感器是新教材中一塊比較特殊的內(nèi)容，對(duì)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(qiáng)、相關(guān)知識(shí)不足2）考查方式不明，教學(xué)的深度和重點(diǎn)不易把握3）體現(xiàn)新課程的新內(nèi)容，教材組織與其他內(nèi)容不同，教學(xué)模式如何適應(yīng)？4）實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜，動(dòng)手能力要求高52、在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的感受和反應(yīng)與其他內(nèi)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(shí)不同，令人耳目一新，學(xué)習(xí)興趣較高 2）部分傳感器工作原理的綜合性較強(qiáng)（如電磁原理、半導(dǎo)體原理）、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜（如電子秤等），學(xué)生對(duì)實(shí)際電子線路比較陌生（如光控、溫控電路） 3）學(xué)生對(duì)動(dòng)手興趣很高，但動(dòng)手能力偏弱 ①DIS裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，操作能力門檻較高，需要長(zhǎng)期訓(xùn)練的基礎(chǔ) ②電子線路的制做，雖然電路已經(jīng)做了講解，又有老師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，但成功率不高

63、本章內(nèi)容涉及大量實(shí)際裝置、實(shí)驗(yàn)器材，對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求比較高，由于是新的內(nèi)容，在教材的基礎(chǔ)上，我們需要對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和裝置進(jìn)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(shí)物用于學(xué)生研究其功能和工作原理 2）成品傳感器裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，工作過程不明顯 要對(duì)傳感器實(shí)物進(jìn)行拆解，并選擇適當(dāng)?shù)慕嵌群头绞剑故酒涔ぷ髟?，以達(dá)到直觀鮮明的效果72、注意培養(yǎng)學(xué)生在把實(shí)際問題抽象為物理問題方面的能力。可以通過一些產(chǎn)品說明書，了解產(chǎn)品的性能等，結(jié)合課本中大量的原理圖、產(chǎn)品的照片和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖、電路圖等，配以簡(jiǎn)明的文字來闡述其物理原理和技術(shù)性能。教師可以運(yùn)用演示、講解、學(xué)生閱讀、討論和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)等多種教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)和分析實(shí)際問題的能力。3、注意電子線路知識(shí)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用要讓學(xué)生了解常用的電子元器件的功能，認(rèn)識(shí)最基本的電子電路圖，使用一些基本工具和測(cè)量?jī)x器，組裝最簡(jiǎn)用的電子電路來實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)單的測(cè)量和控制功能。考慮到數(shù)字電路的應(yīng)用越來越廣泛，集成電路塊的價(jià)格已經(jīng)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(diào)節(jié)器件的工作點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)的制作實(shí)驗(yàn)都使用數(shù)字電路。94、要?jiǎng)?chuàng)造物質(zhì)條件和教學(xué)環(huán)境，讓學(xué)生主動(dòng)參與，多觀察、多動(dòng)手、多思考。要先引導(dǎo)他們突破一兩個(gè)事例，領(lǐng)會(huì)到研究方法，形成自信心，然后就可以放手學(xué)習(xí)其余的內(nèi)容，把這章上成興趣盎然、沒有負(fù)擔(dān)的課程。5、教師要主動(dòng)學(xué)習(xí)，適應(yīng)教學(xué)要求教師要認(rèn)真?zhèn)湔n，親自動(dòng)手去做每個(gè)實(shí)驗(yàn)，理解相關(guān)的技術(shù)知識(shí)，掌握基本的操作技能，把握住教學(xué)的要求。體現(xiàn)知識(shí)更新和教學(xué)能力的與時(shí)俱進(jìn)。10四、我們的教學(xué)嘗試1、本章可分為三個(gè)單元： 第一單元：第一節(jié)傳感器及其工作原理（2課時(shí)） 第二單元： 第二節(jié)傳感器的應(yīng)用（一）（2課時(shí)）第三節(jié)傳感器的應(yīng)用（二）（2課時(shí)） 第三單元： 第四節(jié)傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)（2課時(shí)）11類比法13原理圖14結(jié)合學(xué)生生活舉例 自助銀行入口刷卡的自動(dòng)門、電子秤、學(xué)校讀答題卡的計(jì)算機(jī)讀卡器，不需要設(shè)計(jì)詳細(xì)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(yīng)用（一）（二）通過學(xué)習(xí)一些具體的傳感器裝置或設(shè)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(cè)溫儀）、光傳感器（鼠標(biāo)器、火災(zāi)報(bào)警器）等，可以采用演示、觀察、分析相結(jié)合的方法，對(duì)各種裝置的工作原理和過程進(jìn)行研究。讓學(xué)生親自體會(huì)應(yīng)用傳感器的測(cè)量過程和原理，通過親身體驗(yàn)，了解如何應(yīng)用傳感器來解決實(shí)際問題，了解這些傳感器的原理和結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展學(xué)生的視野，達(dá)到進(jìn)一步提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力，認(rèn)識(shí)、分析、解決實(shí)際問題的能力，知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。17傳感器應(yīng)用的自制演示裝置18觸控?zé)袈暱責(zé)艏t外感應(yīng)燈19力傳感器演示板21對(duì)于其它的傳感器裝置，我們也運(yùn)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(tái)支撐，用酒精燈加熱模擬燒飯加熱過程，讓學(xué)生清楚地看到磁控開關(guān)動(dòng)作的過程。對(duì)于紅外報(bào)警器、溫度報(bào)警器、鼠標(biāo)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(shí)驗(yàn)雙金屬片溫控器26我們還考慮利用DIS實(shí)驗(yàn)室或DIS裝置，進(jìn)行部分演示和分組實(shí)驗(yàn)。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(gè)電路原理的相似性，如果時(shí)間較緊，我們可以選擇其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行。考慮到試驗(yàn)條件控制的難易和器材最簡(jiǎn)原則，我們選擇了光控電路。29電子線路制從電路設(shè)計(jì)、元件選擇和購買，需要做大量準(zhǔn)備工作教師分工研究相關(guān)實(shí)驗(yàn)，提出設(shè)計(jì)方案和要求；實(shí)驗(yàn)室的老師針對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)建設(shè)，使之成為一些固定的演示和分組實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，添置了大批實(shí)驗(yàn)器材，自制和改制了一批實(shí)驗(yàn)線路板。光敏報(bào)警器的制作，請(qǐng)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(yàn)電路，經(jīng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)效果比較理想后，實(shí)驗(yàn)室購買了成套分組的實(shí)驗(yàn)器材。30在學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)之前，需要用一節(jié)課左右的時(shí)間，對(duì)相關(guān)的元器件、電路的原理、接線的規(guī)則，給予講解與說明，為學(xué)生的實(shí)際使用奠定基礎(chǔ)。如常用的元器件的符號(hào)使用方法，使用中要注意的問題。對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)電路，最好能夠自己先做過實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行組裝，這樣才能有親身的體會(huì)，容易發(fā)現(xiàn)其中的問題，做到心中有數(shù)。31實(shí)驗(yàn)中的問題這中間會(huì)產(chǎn)生各種各樣的問題，比如，光敏報(bào)警電路在遮光與通光時(shí)應(yīng)該狀態(tài)改變，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)很成功，第二個(gè)班則完全不行。檢查發(fā)現(xiàn)電路應(yīng)該沒有問題，感覺很奇怪。后來通過仔細(xì)測(cè)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(shí)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(shí)驗(yàn)所用電位器調(diào)節(jié)范圍不夠，無論如何調(diào)節(jié)，都不能實(shí)現(xiàn)狀態(tài)改變。后來重新更換了電阻更大的電位器，經(jīng)調(diào)節(jié)，電路正常工作。324）教學(xué)嘗試《熱傳感器原理及簡(jiǎn)單應(yīng)用》專題房頤一、熱敏電阻正負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻特性的測(cè)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(jié)構(gòu)熱敏器件電熨斗自動(dòng)溫控電路視頻放大演示四、溫度傳感器的應(yīng)用（拓展介紹）五、溫控報(bào)警電路的設(shè)計(jì)（應(yīng)用訓(xùn)練）正負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻各一例33專題教學(xué)方式的嘗試傳感器種類比較龐雜，教學(xué)中適當(dāng)歸納分類，進(jìn)行專題教學(xué)，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(qiáng)學(xué)生思維和方法的發(fā)散性關(guān)注點(diǎn)比較集中，便于觸類旁通，有利于加深對(duì)該類傳感器原理的理解專題內(nèi)各部分不一定面面俱到，可以有詳有略，以點(diǎn)帶面，舉一反三34《傳感器及其工作原理》實(shí)驗(yàn)探究課陳明35探究式學(xué)習(xí)的嘗試 根據(jù)本章內(nèi)容，我選擇了溫度傳感器的測(cè)溫研究作為課題，進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)的嘗試。 第一部分：熱敏電阻的溫度-電阻關(guān)系的測(cè)定 試驗(yàn)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(shè)備進(jìn)行溫度和電阻數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄，操作計(jì)算機(jī)繪制溫度-電阻關(guān)系曲線，擬合曲線函數(shù)。 試驗(yàn)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(jì)人工進(jìn)行測(cè)量、記錄，手工繪制溫度電阻關(guān)系曲線，猜測(cè)大致的關(guān)系。36探究電阻測(cè)溫規(guī)律第二部分：利用測(cè)得的關(guān)系自制測(cè)溫裝置試驗(yàn)方法一：接上電源，將熱敏接入電路。選擇適當(dāng)?shù)腄IS探頭，將電壓電流測(cè)量量輸入計(jì)算機(jī)，將計(jì)算機(jī)擬合的函數(shù)進(jìn)行變形，以電壓電流為輸入變量量，以溫度為輸出變量，經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的溫度。以溫度探頭的直接測(cè)量量作為真實(shí)值進(jìn)行對(duì)照。試驗(yàn)方法二：搭建傳統(tǒng)電路，測(cè)量熱敏電阻的阻值，利用前面繪制的溫度電阻曲線，找到對(duì)應(yīng)的溫度值，以溫度計(jì)直接測(cè)量值作為參考。試驗(yàn)方法三：直接利用測(cè)得的電阻與溫度關(guān)系，在多用電表表盤上進(jìn)行重新標(biāo)度，使多用電表能夠直接進(jìn)行溫度的測(cè)量。學(xué)生通過交流合作，絕大部分完成了實(shí)驗(yàn)的任務(wù)，也對(duì)傳感器利用敏感元件的特性進(jìn)行物理量的轉(zhuǎn)換的工作原理有了切身的感受。37傳感器教學(xué)中實(shí)施探究對(duì)敏感特性的動(dòng)手探究，有助于增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，加深體會(huì)，對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握比較牢固制作傳感器以實(shí)現(xiàn)某種功能，這樣帶有目的性的探究實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生體會(huì)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(shí)現(xiàn)功能的過程，從而對(duì)傳感器的原理有更深的體會(huì)。