2024-2025學(xué)年新教材高中物理 第5章 傳感器 3 利用傳感器制作簡單的自動控制裝置教案 新人教版選擇性必修第二冊

2024-2025學(xué)年新教材高中物理第5章傳感器3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置教案新人教版選擇性必修第二冊課題：科目：班級：課時：計劃3課時教師：單位：一、教材分析《2024-2025學(xué)年新教材高中物理第5章傳感器》中的第三節(jié)“利用傳感器制作簡單的自動控制裝置”，緊密聯(lián)系實際生活，旨在讓學(xué)生通過動手實踐，掌握傳感器的工作原理及其在自動控制中的應(yīng)用。本節(jié)內(nèi)容以新人教版選擇性必修第二冊為教材依據(jù)，深入淺出地介紹了傳感器的分類、特性以及應(yīng)用實例，尤其在自動控制裝置的制作過程中，強(qiáng)化學(xué)生對物理知識應(yīng)用于實踐的認(rèn)識。課程設(shè)計將圍繞傳感器的工作原理、電路連接、編程控制等方面，結(jié)合實驗和案例分析，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，加深對物理概念的理解。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)本節(jié)課圍繞傳感器制作自動控制裝置，旨在培養(yǎng)學(xué)生以下核心素養(yǎng)：首先，通過實踐探究，深化對物理觀念的理解，特別是對傳感器的工作原理和自動控制理論的認(rèn)識。其次，強(qiáng)化科學(xué)思維能力，讓學(xué)生在設(shè)計與制作過程中，學(xué)會運用科學(xué)方法分析問題、解決問題，提高創(chuàng)新意識和實踐能力。再次，強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究，引導(dǎo)學(xué)生通過團(tuán)隊合作、交流討論，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任意識。最后，注重技術(shù)應(yīng)用，結(jié)合編程與電路知識，提升學(xué)生信息技術(shù)素養(yǎng)，為未來工程領(lǐng)域的學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)。三、教學(xué)難點與重點1.教學(xué)重點

（1）傳感器的工作原理：重點講解不同類型傳感器（如光敏、溫敏、力敏等）的轉(zhuǎn)換原理，使學(xué)生理解傳感器如何將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。

舉例：光敏傳感器中光敏電阻隨光照強(qiáng)度變化的阻值變化原理。

（2）傳感器在自動控制中的應(yīng)用：詳細(xì)介紹傳感器在自動控制裝置中的作用，如溫度控制、光線控制等。

舉例：使用溫敏傳感器設(shè)計一個簡單的自動恒溫控制器。

（3）電路連接與編程控制：教授如何將傳感器與微控制器（如Arduino）連接，并通過編程實現(xiàn)對傳感器信號的讀取與處理。

舉例：使用Arduino編寫程序讀取溫敏傳感器數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)定的溫度范圍控制加熱器或制冷器的開關(guān)。

2.教學(xué)難點

（1）傳感器特性的理解：學(xué)生對傳感器非線性特性、靈敏度、遲滯等概念的理解可能存在困難。

突破方法：通過實驗觀察傳感器特性曲線，結(jié)合實際案例進(jìn)行分析。

（2）電路連接的實際操作：學(xué)生在實際操作中可能會遇到電路連接錯誤，導(dǎo)致傳感器無法正常工作。

突破方法：提供詳細(xì)的電路圖，進(jìn)行步驟分解，引導(dǎo)學(xué)生逐步完成電路連接。

（3）編程控制邏輯：編程實現(xiàn)對傳感器信號的處理和自動控制邏輯的編寫是學(xué)生的一大挑戰(zhàn)。

突破方法：采用可視化編程軟件，如Scratch或Blockly，降低編程難度，逐步引入邏輯控制概念。

（4）綜合應(yīng)用設(shè)計：學(xué)生需要將所學(xué)的傳感器知識、電路連接和編程技能綜合應(yīng)用于實際自動控制裝置的設(shè)計中。

突破方法：提供設(shè)計模板和指導(dǎo)，鼓勵學(xué)生小組討論，合作解決問題。四、教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：

-確保每位學(xué)生都有《2024-2025學(xué)年新教材高中物理第5章傳感器》教材，以便于學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)及課后復(fù)習(xí)。

-提供與本節(jié)課相關(guān)的章節(jié)內(nèi)容摘要，方便學(xué)生快速查找關(guān)鍵信息。

2.輔助材料：

-準(zhǔn)備傳感器工作原理的動畫或圖解，幫助學(xué)生形象理解傳感器如何將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。

-收集傳感器在不同自動控制裝置中的應(yīng)用案例，以圖片、圖表和視頻形式展示，增加學(xué)生的直觀認(rèn)識。

-設(shè)計電路連接的步驟圖解，清晰展示傳感器與微控制器之間的連接方法。

-準(zhǔn)備編程控制邏輯的示例代碼和流程圖，降低學(xué)生編程學(xué)習(xí)難度。

3.實驗器材：

-準(zhǔn)備不同類型的傳感器（光敏、溫敏、力敏等）及其配套電路元件，如電阻、電容、二極管等。

-確保微控制器（如Arduino）及編程環(huán)境（如ArduinoIDE）的可用性。

-準(zhǔn)備實驗所需的連接線、面包板、電源等，確保實驗器材的完整性和安全性。

-配備必要的防護(hù)用品，如絕緣手套、眼鏡等，確保實驗過程的安全性。

4.教室布置：

-在教室內(nèi)劃分出實驗操作區(qū)，配置實驗桌、電源插座等，方便學(xué)生進(jìn)行分組實驗。

-設(shè)置分組討論區(qū)，為學(xué)生提供便于交流的空間，促進(jìn)合作學(xué)習(xí)。

-在教室前方設(shè)置演示區(qū)，用于教師展示實驗操作過程和講解關(guān)鍵知識點。

-準(zhǔn)備多媒體教學(xué)設(shè)備，如投影儀、電腦等，以便于展示輔助材料。五、教學(xué)流程1.導(dǎo)入新課（用時5分鐘）

-利用日常生活中的自動控制實例，如智能燈光、自動窗簾等，引發(fā)學(xué)生對傳感器應(yīng)用的興趣，進(jìn)而導(dǎo)入新課。

-提問：“大家知道這些自動控制設(shè)備是如何工作的嗎？它們?yōu)槭裁匆褂脗鞲衅鳎俊蓖ㄟ^問題激發(fā)學(xué)生好奇心，為新課學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.新課講授（用時15分鐘）

-講解傳感器工作原理：詳細(xì)講解光敏、溫敏、力敏等傳感器的工作原理，強(qiáng)調(diào)它們?nèi)绾螌⒎请妼W(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。

舉例：光敏傳感器在光照強(qiáng)度變化時，阻值如何發(fā)生變化。

-介紹傳感器在自動控制中的應(yīng)用：通過實際案例，介紹傳感器在自動控制裝置中的作用，如溫度控制、光線控制等。

舉例：使用溫敏傳感器設(shè)計一個簡單的自動恒溫控制器。

-講解電路連接與編程控制：教授如何將傳感器與微控制器（如Arduino）連接，并通過編程實現(xiàn)對傳感器信號的讀取與處理。

舉例：使用Arduino編寫程序讀取溫敏傳感器數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)定的溫度范圍控制加熱器或制冷器的開關(guān)。

3.實踐活動（用時15分鐘）

-分組實驗：學(xué)生分組進(jìn)行實驗，連接傳感器與微控制器，觀察傳感器特性曲線，了解傳感器在自動控制裝置中的作用。

舉例：連接光敏傳感器到Arduino，觀察光照強(qiáng)度變化時傳感器輸出信號的變化。

-編程實踐：學(xué)生根據(jù)教師提供的示例代碼，編寫程序?qū)崿F(xiàn)對傳感器信號的處理和自動控制邏輯。

舉例：編寫程序，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時，啟動風(fēng)扇；當(dāng)溫度低于設(shè)定值時，關(guān)閉風(fēng)扇。

-設(shè)計自動控制裝置：學(xué)生小組合作，設(shè)計一個簡單的自動控制裝置，如自動窗簾、智能燈光等，將所學(xué)知識應(yīng)用于實際。

4.學(xué)生小組討論（用時10分鐘）

-討論方面一：分析實驗過程中遇到的問題，如何解決傳感器特性曲線的非線性、靈敏度等問題。

舉例回答：在實驗中，我們發(fā)現(xiàn)光敏傳感器的特性曲線存在非線性，我們通過調(diào)整電路參數(shù)，優(yōu)化了傳感器輸出。

-討論方面二：探討不同傳感器在自動控制裝置中的應(yīng)用，如何選擇合適的傳感器。

舉例回答：在設(shè)計自動窗簾時，我們選擇光敏傳感器，因為它可以檢測光照強(qiáng)度，實現(xiàn)窗簾的自動開合。

-討論方面三：分享編程控制邏輯的編寫經(jīng)驗，如何實現(xiàn)傳感器信號的處理和自動控制。

舉例回答：我們編寫了一個簡單的if-else條件語句，根據(jù)溫度傳感器的數(shù)據(jù)，控制風(fēng)扇的開關(guān)。

5.總結(jié)回顧（用時5分鐘）

-回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)傳感器工作原理、電路連接、編程控制等核心知識。

-提醒學(xué)生關(guān)注傳感器在自動控制裝置中的重要作用，鼓勵他們在日常生活中觀察和思考傳感器的應(yīng)用。

-強(qiáng)調(diào)本節(jié)課的難點，提醒學(xué)生加強(qiáng)課后練習(xí)，鞏固所學(xué)知識。

總用時：45分鐘六、學(xué)生學(xué)習(xí)效果1.理解并掌握不同類型傳感器（光敏、溫敏、力敏等）的工作原理，能夠解釋傳感器如何將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，并在實際電路中識別和應(yīng)用這些傳感器。

-學(xué)生能夠描述光敏電阻隨光照強(qiáng)度變化的阻值變化原理，并設(shè)計簡單的光線控制電路。

-學(xué)生能夠闡述溫敏傳感器在溫度控制中的應(yīng)用，并構(gòu)建基本的溫度監(jiān)測裝置。

2.學(xué)會電路連接和微控制器編程的基礎(chǔ)知識，能夠?qū)鞲衅髋cArduino等微控制器連接，并通過編程實現(xiàn)對傳感器信號的讀取、處理和控制。

-學(xué)生能夠正確連接傳感器和微控制器，并使用ArduinoIDE編寫簡單的控制程序。

-學(xué)生能夠運用邏輯控制語句，如if-else，根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。

3.通過實踐活動，提高動手能力，培養(yǎng)科學(xué)探究和團(tuán)隊合作精神，能夠設(shè)計和制作簡單的自動控制裝置。

-學(xué)生能夠在小組內(nèi)合作完成自動控制裝置的設(shè)計和制作，如自動窗簾或智能燈光系統(tǒng)。

-學(xué)生能夠在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，并通過小組討論和嘗試解決這些問題。

4.理解傳感器在現(xiàn)代社會中的廣泛應(yīng)用，增強(qiáng)對物理知識實用性的認(rèn)識，激發(fā)對科學(xué)技術(shù)的興趣和未來職業(yè)規(guī)劃的意識。

-學(xué)生能夠舉例說明傳感器在智能家居、工業(yè)自動化等領(lǐng)域的應(yīng)用。

-學(xué)生能夠表達(dá)對傳感器技術(shù)發(fā)展的關(guān)注，并探討未來可能的創(chuàng)新應(yīng)用。

5.掌握科學(xué)學(xué)習(xí)方法，形成自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)的習(xí)慣，提高解決問題的能力和創(chuàng)新思維。

-學(xué)生能夠利用課外資源自主學(xué)習(xí)傳感器相關(guān)知識，并在課堂上與同學(xué)分享學(xué)習(xí)心得。

-學(xué)生能夠在小組討論中積極發(fā)表見解，吸收他人意見，共同優(yōu)化設(shè)計方案。七、課后拓展1.拓展內(nèi)容

-閱讀材料：《傳感器技術(shù)及其在自動化中的應(yīng)用》專題文章，深入介紹傳感器技術(shù)的發(fā)展歷程、分類和在各行各業(yè)中的應(yīng)用案例。

-視頻資源：《傳感器工作原理》科普視頻，通過動畫形式生動展示不同類型傳感器的工作原理和應(yīng)用場景。

-實踐項目：設(shè)計一個簡單的家庭自動化項目，如智能照明系統(tǒng)、自動窗簾等，鼓勵學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于實際。

2.拓展要求

-鼓勵學(xué)生利用課后時間閱讀專題文章，了解傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢，增強(qiáng)對物理知識實用性的認(rèn)識。

-觀看科普視頻，鞏固課堂所學(xué)知識，加深對傳感器工作原理的理解，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)技術(shù)的興趣。

-學(xué)生在完成實踐項目時，教師提供必要的指導(dǎo)和幫助，如解答疑問、提供技術(shù)支持等，引導(dǎo)學(xué)生將理論知識應(yīng)用于實際操作。

-鼓勵學(xué)生進(jìn)行拓展性學(xué)習(xí)，探索傳感器在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，如醫(yī)療、環(huán)保、交通等，拓展知識視野。

-建議學(xué)生將拓展學(xué)習(xí)過程中的收獲和遇到的問題進(jìn)行記錄，以便在課堂上與同學(xué)分享和討論。

-教師定期檢查學(xué)生拓展學(xué)習(xí)成果，給予評價和反饋，鼓勵學(xué)生持續(xù)深入學(xué)習(xí)和探索。八、課堂-通過提問方式了解學(xué)生對傳感器工作原理、電路連接、編程控制等核心知識的理解和掌握情況。

-觀察學(xué)生在實踐活動中的操作過程，評估學(xué)生的動手能力和團(tuán)隊合作精神。

-對學(xué)生在小組討論中的表現(xiàn)進(jìn)行評價，關(guān)注學(xué)生的交流溝通能力和問題解決能力。

-通過課堂測試，檢驗學(xué)生對本節(jié)課知識點的掌握程度，及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行解決。

2.作業(yè)評價

-對學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行認(rèn)真批改，關(guān)注學(xué)生在電路連接、編程控制等方面的實際操作能力。

-點評學(xué)生的作業(yè)，及時反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，鼓勵學(xué)生繼續(xù)努力，提高解決問題的能力。

-關(guān)注學(xué)生在作業(yè)中的創(chuàng)新思維和團(tuán)隊合作精神，給予積極的評價和鼓勵。

-針對學(xué)生在作業(yè)中出現(xiàn)的問題，給予針對性的指導(dǎo)和幫助，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識。板書設(shè)計①重點知識點：

-傳感器工作原理

-傳感器類型與特性

-電路連接與編程控制

-自動控制裝置設(shè)計

②重點詞句：

-光敏電阻、溫敏傳感器、力敏傳感器

-非線性特性、靈敏度、遲滯

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