基于物理核心素养的教学设计探讨——以“传感器的应用”为例

　

(贵州省遵义市教育科学研究院，贵州　遵义　563000)

1　整体设计思路

传感器作为21世纪高精尖技术之一，在工业自动化、环境监测、医疗诊断、家用电器等领域中应用广泛。为提高学生的核心素养，课堂教学可结合传感器应用实例，采用合作讨论、实验探究、自主学习等教学方法，培养学生的表达、分析、处理问题、合作交流等能力。课前，教师将学生分为若干学习小组，让学生通过互联网收集有关传感器在生活中应用的实例，并在课堂上交流。在讲解“传感器的工作原理”知识的基础上，使学生首先明确传感器应用的一般模式，分析传感器在生产、生活中的实例，加深学生对传感器工作机制的理解，本节课的教学流程设计如图1所示。

经历如上教学过程后，学生能够加深对各类传感器的认识，能在实例中分析各类简单传感器的工作原理，意识到物理与生产、生活的紧密联系，以达到培养学生的科学态度和精神、提高学生合作与表达能力的教学目标。

图1

2　教材分析

本节课是在上一节“传感器的工作原理”的基础上，进一步介绍传感器在生产生活中的实际应用。通过介绍力、光、温度传感器应用的实例，加深学生对传感器特性的了解，拓展对各类传感器的认识。教材向学生介绍传感器在电路中的实际功用，力求达到培养学生分析简单电路的能力。本节教学目标定位于“了解”层面，要求学生了解传感器应用的相关知识，体会科学、技术与社会间的密切联系。

3　学情分析

学生通过“传感器原理”的学习，已初步形成传感器的概念，感受到传感器在当今生产、生活中的广泛应用，通过实验也了解到部分元件的性能及其工作原理。但由于初次接触传感器的相关知识，学生对知识的学习还处于“初级”阶段。本节应在前一节的基础上，进一步加深学生对传感器的认识，使学生感受传感器给人类生产、生活带来的便利。

4　教学目标

(1) 了解传感器应用的一般模式，了解力传感器在电子地磅秤上的应用、温度传感器在电饭煲上的应用、光传感器在火灾报警器中的应用。

(2) 了解传感器在生活中简单应用的实例，分析传感器在电路中的作用。利用传感器的特性，根据实际需求设计简单电路。

(3) 进一步了解传感器在生产、生活中的广泛应用，认识科学、技术、社会、环境之间的关系。

(4) 经历资料收集、小组讨论的过程，发展学生收集信息、处理信息的能力，培养学生团队协作精神及表达能力。

(5) 通过实验探究，培养学生基于实验结论对现象作出解释的能力以及对探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力，提升学生的创新思维能力。

5　教学重难点

重点：了解传感器的简单应用。

难点：利用传感器元件进行实验设计。

6　教学方法

讲授法、讨论法、实验法、演示法、自学辅导法。

7　教学仪器

干电池、小灯泡、开关、双金属片、磁铁、铁块、铁氧体、导线若干、酒精灯、光电二极管、蚊香、电阻、安培表等。

8　教学过程

8.1　引入新课

教师讲解：传感器在当今社会生产生活中应用十分广泛。例如：医院中能快速准确测量人体体温的体温计、银行门前能自动开关的红外自动门、楼梯走廊里能靠声音控制灯泡亮灭的开关等(如图2)，本节课我们将继续学习生活中常见传感器的应用。

图2

学生活动：观看图片，思考问题。

设计意图：采用开门见山式的引入方法，承接上节课的知识。使学生感受传感器在身边的实际应用，明确本节课的学习目的。

8.2　新课教学

8.2.1传感器应用的一般模式

教师讲解：上节课我们学习了传感器是将非电学量(如力、温度、光、声)转化为电路通断或电学量(电流、电压等)的装置。但是，敏感元件输出的电学量一般很弱，无法直接使用。所以，在一般传感器应用的电路中，都需要将微弱的电学量放大或转换成电路的通断后才能使用(如图3)。

图3

8.2.2学习小组汇报

教师活动：组织学习小组，代表汇报课前通过互联网查询的力传感器、温度传感器、光传感器在生活中的应用。聆听学生汇报，做好知识点间过渡衔接。

学生活动：汇报、讨论课前查询资料的成果。

设计意图：概括传感器应用的一般模式，发挥教师的主导作用，帮助学生梳理传感器在电路中的工作机制，为接下来的教学作铺垫。

教师总结：通过同学们的汇报、交流，看来传感器在我们的日常生产生活中已有广泛的应用，给我们生活带来许多便利。今天我们继续学习几种生活中常见的传感器。

8.2.3力传感器

教师活动：请同学们根据查找的资料，谈谈力传感器中的元件及其工作原理，补充完成图4。根据学生的回答，补充总结应变片在力学传感器中的作用。

图4

学生活动：讨论、交流对力传感器元件及工作原理的认识。

设计意图：培养学生收集和处理信息、合作表达等能力，发挥学生的学习主体性，进一步加深学生对传感器应用的了解。

教师活动：在以上活动基础上，将学生分成若干小组，根据应变片的工作原理，让学生设计将弹簧形变量与变阻器的滑动连接点同步连动的电子地磅秤，如图5所示的简单电路图。

图5

学生活动：结合之前总结的力传感器的工作原理，学生相互协作，探讨设计电子地磅秤电路图。

设计分组讨论结束后，教师组织学生汇报设计方案，教师总结点评。

设计意图：培养学生在团队中与他人协作、交流能力，引导学生利用已学知识设计电路图，促进知识水平达到应用层次。

8.2.4温度传感器

(1) 双金属片

教师演示双金属片实验，双金属片取材于废弃日光灯启辉器，通过干电池、小灯泡、开关、双金属片组成一个简单的串联电路。闭合开关，电路连通，灯泡不亮。利用酒精灯加热双金属片，由于双金属片弯曲，灯泡点亮。将酒精灯移除，双金属片恢复原状，灯泡熄灭。通过摄影机连接投影仪，放大双金属片加热所产生的形变。

教师结合图6，讲解双金属片在电熨斗中的应用。

图6

设计意图：通过双金属片实验演示仪，向学生直观地展示双金属片在电路中的作用。

(2) 感温铁氧体

教师活动：邀请一位学生使用酒精灯加热由磁铁吸引的普通铁块，再邀请另一位学生加热由磁铁吸引的感温铁氧体，请学生观察实验现象。

提问：为什么同时加热由磁铁吸引的铁块会出现不同的现象？

学生活动：学生在教师的指导下参与演示实验，并利用课前查阅的资料解释实验现象。

设计意图：学生通过课前查找资料，有能力说出感温铁氧体的基本特性，即在室温下具有磁性。当温度达到103度“居里点”后，铁氧体磁性消失。发挥学生课堂主体性，锻炼学生实验操作能力，使学生认识感温铁氧体的特性。

8.2.5光传感器

教师将烟雾报警器启动，在烟雾报警器下部点燃蚊香，请学生观察实验现象，讲解烟雾报警器的构造。

分组实验:请学生连接如图7所示的电路图，探究光电二极管在不同光照条件下，电路中电流的变化情况。

图7

学生分组实验，观察实验现象，解释实验结果。

设计意图：采用教师演示加学生实验探究的教学模式，以激发学生好奇心，增强学生实践能力。

8.2.6教学小结

结合板书，教师引导学生回忆本节课所学习的主要知识点。

8.2.7作业

(1) 请用所学的知识解释夜晚楼道内灯泡可在声音的控制下点亮，天亮时灯泡会自动熄灭的设计中所应用的传感器。

(2) 写一篇小论文，谈谈你对传感器在未来生活中应用的看法。