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1、新增内容传感器的教学实施与思考,南京师大附中 陈明,贵阳论坛,一、教材变化情况,人教版普通高中教科书中，没有出现专门的传感器内容，在考试中，通常以联系实际的问题的形式出现传感器的原理，目的在于考察学生对相关知识的综合运用能力。在人教版课程标准实验教科书书中，专门增加了传感器一章，放在选修3-2电磁学的结束部分。本章共分四节：第一节 传感器及其工作原理：内容为光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件等一些敏感元件和传感器的工作原理的介绍；第二节 传感器的应用（一）：以电子秤、话筒、电熨斗为代表介绍力、声、热传感器；第三节 传感器的应用（二），以电饭锅、测温仪、鼠标器、火灾报警器为代表，介绍热和光传感器；第四
2、节 传感器的应用实例，提供了光控、温控两个电路，作为学生实验的内容。计划教学时间9个学时左右。,2,根据教师用书的阐述，编写意图如下：,1、突出体现科学、技术、社会的密切联系课程课标将“传感器”列为选修3一2模块的二级主题，集中体现它对科学、技术社会的密切关系。选取这样一个具有时代气息的内容主要有三方面的考虑：一是传感器已经广泛地应用到现代的生产和生活的诸多方面，成为进行测量和控制的不可缺少的元器件；二是这种现代技术产品是基于许多物理原理设计的，可以很好地将它们联系起米，使学生对于科学与技术的关系有更全面和深入的体会；三是传感器的应用在促进现代社会的发展中起了重要的作用。,3,2、突出理论联系
3、世界的思想，培养分析具体事物的能力本章以传感器这种产品为主线，让学生综合运用已经学过的或将要学到的物理知识来认识它们的工作原理，经历这种学习过程，进行理论联系实际的思想教育。3、学习制作电子电路的技能学生对于组装和调试普通的实验电路已经相当熟悉了。在此基础上，需要开始接触一下电子电路，因为电子电路也就在他们的身边。,4,二、在传感器教学中遇到的问题,1、传感器是新教材中一块比较特殊的内容，对教师提出了新的挑战1）以往教材没有，有的部分专业性较强、相关知识不足2）考查方式不明，教学的深度和重点不易把握3）体现新课程的新内容，教材组织与其他内容不同，教学模式如何适应？4）实验装置复杂，动手能力要求
4、高,5,2、在学习过程中，学生的感受和反应与其他内容也有所不同：1）与生活或科技前沿联系紧密，与以往的知识不同，令人耳目一新，学习兴趣较高2）部分传感器工作原理的综合性较强（如电磁原理、半导体原理）、结构比较复杂（如电子秤等），学生对实际电子线路比较陌生（如光控、温控电路）3）学生对动手兴趣很高，但动手能力偏弱DIS装置进行实验，操作能力门槛较高，需要长期训练的基础电子线路的制做，虽然电路已经做了讲解，又有老师现场指导，但成功率不高,6,3、本章内容涉及大量实际装置、实验器材，对实验的要求比较高，由于是新的内容，在教材的基础上，我们需要对实验设计和装置进行了自己的开发1）需要购买添置传感器元件
5、，传感器装置实物用于学生研究其功能和工作原理2）成品传感器装置的结构紧凑，工作过程不明显要对传感器实物进行拆解，并选择适当的角度和方式，展示其工作原理，以达到直观鲜明的效果,7,三、传感器教学中的策略,1、转变观念，突出技术知识及其情感态度价值观的培养转变以重视基础理论知识，研究理想的物理模型为主的教学目的，强调学生的技术知识、技术常识的培养。但是在教学要求上区别于技术课程，侧重于物理原理在传感技术中的应用，让学生通过观察，了解运用传感器解决生活和生产中的某些需求的过程，体会到应用技术的重要性，如经济、文化、人际关系、社会结构等，注意展现科学的人文价值。了解和学习一些比较简单的技术知识。,8,
6、2、注意培养学生在把实际问题抽象为物理问题方面的能力。可以通过一些产品说明书，了解产品的性能等，结合课本中大量的原理图、产品的照片和简化结构图、电路图等，配以简明的文字来阐述其物理原理和技术性能。教师可以运用演示、讲解、学生阅读、讨论和动手实验等多种教学方式培养学生认识和分析实际问题的能力。3、注意电子线路知识的学习和应用要让学生了解常用的电子元器件的功能，认识最基本的电子电路图，使用一些基本工具和测量仪器，组装最简用的电子电路来实现最简单的测量和控制功能。考虑到数字电路的应用越来越广泛，集成电路块的价格已经非常低廉，并巳与模拟电路相比，数字电路需要的元件少，又可以避免调节器件的工作点，所以设
7、计的制作实验都使用数字电路。,9,4、要创造物质条件和教学环境，让学生主动参与，多观察、多动手、多思考。要先引导他们突破一两个事例，领会到研究方法，形成自信心，然后就可以放手学习其余的内容，把这章上成兴趣盎然、没有负担的课程。5、教师要主动学习，适应教学要求教师要认真备课，亲自动手去做每个实验，理解相关的技术知识，掌握基本的操作技能，把握住教学的要求。体现知识更新和教学能力的与时俱进。,10,四、我们的教学尝试,1、本章可分为三个单元：第一单元：第一节 传感器及其工作原理（2课时）第二单元：第二节 传感器的应用（一）（2课时）第三节 传感器的应用（二）（2课时）第三单元：第四节 传感器的应用实
8、验（2课时）,11,2、各节的教学实施,1）第一节 传感器及其工作原理通过观察一些现象和常见的实例，利用丰富的传感器实物和图片，初步形成传感器的概念。然后介绍三种制作传感器所使用的敏感元件，运用以前学过的物理学知识了解它们的工作原理，为认识传感器的应用打下基础。为了提高学生的兴趣，安排几个演示实验和随堂的学生分组实验。如演示干簧管“魔盒”、学生自己动手测光敏电阻、热敏电阻的阻值变化等。,12,类比法,13,原理图,14,结合学生生活举例自助银行入口刷卡的自动门、电子秤、学校读答题卡的计算机读卡器，不需要设计详细原理，主要分析工作流程即可。,15,几种敏感元件的介绍,光敏电阻着重学生动手测量霍尔
9、元件利用DIS探头电容传感器着重电容原理的应用的发散思维,16,2）第二节、第三节 传感器的应用（一）（二）通过学习一些具体的传感器装置或设备，如力传感器（电子秤）、声传感器（话筒）、温度传感器（电熨斗、电饭锅和测温仪）、光传感器（鼠标器、火灾报警器）等，可以采用演示、观察、分析相结合的方法，对各种装置的工作原理和过程进行研究。让学生亲自体会应用传感器的测量过程和原理，通过亲身体验，了解如何应用传感器来解决实际问题，了解这些传感器的原理和结构，扩展学生的视野，达到进一步提高理论联系实际的能力，认识、分析、解决实际问题的能力，知识的综合运用能力。,17,传感器应用的自制演示装置,18,触控灯 声
10、控灯 红外感应灯,19,拆解演示将电子秤外壳拆解，在电子秤工作状态下，用摄像头结合投影仪，放大力传感器受较大压力时发生形变的情况，结合电子秤显示屏的数字变化，让学生直观地看到两者的联系。将另外拆解出来的力传感器，制作成专门的教学演示板，对电路进行简化。简单地接上电源，用电表测量电压。给力传感器的挂上砝码，改变砝码的个数，记录电表的示数，列成表格，寻找电压同力传感器受力的关系。再介绍电桥电路的工作原理。,20,力传感器演示板,21,对于其它的传感器装置，我们也运用了拆解、放大和制作专门演示板的方法。如电饭煲的磁控装置，将核心部分拆解出来，与灯泡、电源连成电路。用铁架台支撑，用酒精灯加热模拟烧饭加
11、热过程，让学生清楚地看到磁控开关动作的过程。对于红外报警器、温度报警器、鼠标等一些较小的装置，通过静态照片，或者视频展示其原理和工作过程。,22,霍尔元件工作原理演示板,23,电容式声传感器演示板,24,拆解电饭煲,25,投影放大实验,双金属片温控器,26,我们还考虑利用DIS实验室或DIS装置，进行部分演示和分组实验。力传感器声传感器磁传感器气压传感器温度传感器位移传感器,27,3）第四节、传感器的应用实验教材安排了两个学生实验：模拟实用的光控开关和温度报警电路，使用少量的电子元器件，组装简单的传感器。目的是让学生进一步体会传感器的实验控制作用，和电子元件和电子电路实现零距离接触，培养组装和
12、调试电子电路的能力，激发对现代技术的兴趣和爱好。同时在实验中实现了知识的综合运用，复习和巩固已学的知识，实现知识的重新建构，进一步体会理论是如何联系实际的。,28,考虑到两个电路原理的相似性，如果时间较紧，我们可以选择其中一个实验来进行。考虑到试验条件控制的难易和器材最简原则，我们选择了光控电路。,29,电子线路制从电路设计、元件选择和购买，需要做大量准备工作教师分工研究相关实验，提出设计方案和要求；实验室的老师针对这些内容进行实验建设，使之成为一些固定的演示和分组实验项目，添置了大批实验器材，自制和改制了一批实验线路板。光敏报警器的制作，请带电子线路选修课的老师专门根据课本电路选配了元件，制
13、作了试验电路，经调试实验效果比较理想后，实验室购买了成套分组的实验器材。,30,在学生动手实验之前，需要用一节课左右的时间，对相关的元器件、电路的原理、接线的规则，给予讲解与说明，为学生的实际使用奠定基础。如常用的元器件的符号使用方法，使用中要注意的问题。对相关的实验电路，最好能够自己先做过实验，进行组装，这样才能有亲身的体会，容易发现其中的问题，做到心中有数。,31,实验中的问题这中间会产生各种各样的问题，比如，光敏报警电路在遮光与通光时应该状态改变，第一个实验很成功，第二个班则完全不行。检查发现电路应该没有问题，感觉很奇怪。后来通过仔细测量，发现光敏电阻的电阻随光照变化很大，而触发器电路存
14、在一定的阈值，第一次课是在晴天，第二次课遇上了阴天，人在视觉上光线暗了一些，实际在能量上降低了很多，光敏电阻的阻值高于触发电路的阈值。而实验所用电位器调节范围不够，无论如何调节，都不能实现状态改变。后来重新更换了电阻更大的电位器，经调节，电路正常工作。,32,4）教学尝试,热传感器原理及简单应用专题 房颐一、热敏电阻正负温度系数热敏电阻特性的测量（分组）二、感温磁性材料热敏器件电饭锅温控电路的拆解演示三、双金属结构热敏器件电熨斗自动温控电路视频放大演示四、温度传感器的应用（拓展介绍）五、温控报警电路的设计（应用训练）正负温度系数热敏电阻各一例,33,专题教学方式的尝试,传感器种类比较庞杂，教学
15、中适当归纳分类，进行专题教学，使主题集中，形成体系和线索同类功能的传感器原理各有不同，增强学生思维和方法的发散性关注点比较集中，便于触类旁通，有利于加深对该类传感器原理的理解专题内各部分不一定面面俱到，可以有详有略，以点带面，举一反三,34,传感器及其工作原理 实验探究课 陈明,35,探究式学习的尝试根据本章内容，我选择了温度传感器的测温研究作为课题，进行探究式学习的尝试。第一部分：热敏电阻的温度-电阻关系的测定试验方法一：将电阻浸入热水中（事先做好绝缘处理），加入冷水改变水温，利用DIS设备进行温度和电阻数据的自动记录，操作计算机绘制温度-电阻关系曲线，拟合曲线函数。试验方法二：同样用水改变
16、热敏电阻的温度，利用欧姆表和温度计人工进行测量、记录，手工绘制温度电阻关系曲线，猜测大致的关系。,36,探究电阻测温规律,第二部分：利用测得的关系自制测温装置试验方法一：接上电源，将热敏接入电路。选择适当的DIS探头，将电压电流测量量输入计算机，将计算机拟合的函数进行变形，以电压电流为输入变量量，以温度为输出变量，经计算机计算得出对应的温度。以温度探头的直接测量量作为真实值进行对照。试验方法二：搭建传统电路，测量热敏电阻的阻值，利用前面绘制的温度电阻曲线，找到对应的温度值，以温度计直接测量值作为参考。试验方法三：直接利用测得的电阻与温度关系，在多用电表表盘上进行重新标度，使多用电表能够直接进行
17、温度的测量。学生通过交流合作，绝大部分完成了实验的任务，也对传感器利用敏感元件的特性进行物理量的转换的工作原理有了切身的感受。,37,传感器教学中实施探究,对敏感特性的动手探究，有助于增强感性认识，加深体会，对相关知识的掌握比较牢固制作传感器以实现某种功能，这样带有目的性的探究实验，能使学生体会到掌握敏感元件的物理规律的重要性，以及利用其规律实现功能的过程，从而对传感器的原理有更深的体会。,38,5）教学与应试如何通过传感器教学，提高学生应对相关考题的能力？扎实全面的物理基础知识、丰富的生活和科技常识是解决传感器问题的基础，让学生接触丰富的实例扩充视野培养学生的好奇心和质疑的习惯，主动思考并综合运用物理知识思考分析身边事物的习惯，善于借鉴和联系、举一反三的习惯。这样，无论多么灵活的问题，学生总能较好地应对。而不需要在教学中追求面面俱到。适量的训练：补充性、立足原理的分析,39,欢迎批评指正,谢谢！,40,
