基于物理核心素養(yǎng)的教學設計探討
——以“傳感器的應用”為例

(貴州省遵義市教育科學研究院，貴州　遵義　563000)

1　整體設計思路

傳感器作為21世紀高精尖技術之一，在工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、家用電器等領域中應用廣泛。為提高學生的核心素養(yǎng)，課堂教學可結合傳感器應用實例，采用合作討論、實驗探究、自主學習等教學方法，培養(yǎng)學生的表達、分析、處理問題、合作交流等能力。課前，教師將學生分為若干學習小組，讓學生通過互聯網收集有關傳感器在生活中應用的實例，并在課堂上交流。在講解“傳感器的工作原理”知識的基礎上，使學生首先明確傳感器應用的一般模式，分析傳感器在生產、生活中的實例，加深學生對傳感器工作機制的理解，本節(jié)課的教學流程設計如圖1所示。

經歷如上教學過程后，學生能夠加深對各類傳感器的認識，能在實例中分析各類簡單傳感器的工作原理，意識到物理與生產、生活的緊密聯系，以達到培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和精神、提高學生合作與表達能力的教學目標。

圖1

2　教材分析

本節(jié)課是在上一節(jié)“傳感器的工作原理”的基礎上，進一步介紹傳感器在生產生活中的實際應用。通過介紹力、光、溫度傳感器應用的實例，加深學生對傳感器特性的了解，拓展對各類傳感器的認識。教材向學生介紹傳感器在電路中的實際功用，力求達到培養(yǎng)學生分析簡單電路的能力。本節(jié)教學目標定位于“了解”層面，要求學生了解傳感器應用的相關知識，體會科學、技術與社會間的密切聯系。

3　學情分析

學生通過“傳感器原理”的學習，已初步形成傳感器的概念，感受到傳感器在當今生產、生活中的廣泛應用，通過實驗也了解到部分元件的性能及其工作原理。但由于初次接觸傳感器的相關知識，學生對知識的學習還處于“初級”階段。本節(jié)應在前一節(jié)的基礎上，進一步加深學生對傳感器的認識，使學生感受傳感器給人類生產、生活帶來的便利。

4　教學目標

(1) 了解傳感器應用的一般模式，了解力傳感器在電子地磅秤上的應用、溫度傳感器在電飯煲上的應用、光傳感器在火災報警器中的應用。

(2) 了解傳感器在生活中簡單應用的實例，分析傳感器在電路中的作用。利用傳感器的特性，根據實際需求設計簡單電路。

(3) 進一步了解傳感器在生產、生活中的廣泛應用，認識科學、技術、社會、環(huán)境之間的關系。

(4) 經歷資料收集、小組討論的過程，發(fā)展學生收集信息、處理信息的能力，培養(yǎng)學生團隊協作精神及表達能力。

(5) 通過實驗探究，培養(yǎng)學生基于實驗結論對現象作出解釋的能力以及對探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力，提升學生的創(chuàng)新思維能力。

5　教學重難點

重點：了解傳感器的簡單應用。

難點：利用傳感器元件進行實驗設計。

6　教學方法

講授法、討論法、實驗法、演示法、自學輔導法。

7　教學儀器

干電池、小燈泡、開關、雙金屬片、磁鐵、鐵塊、鐵氧體、導線若干、酒精燈、光電二極管、蚊香、電阻、安培表等。

8　教學過程

8.1　引入新課

教師講解：傳感器在當今社會生產生活中應用十分廣泛。例如：醫(yī)院中能快速準確測量人體體溫的體溫計、銀行門前能自動開關的紅外自動門、樓梯走廊里能靠聲音控制燈泡亮滅的開關等(如圖2)，本節(jié)課我們將繼續(xù)學習生活中常見傳感器的應用。

圖2

學生活動：觀看圖片，思考問題。

設計意圖：采用開門見山式的引入方法，承接上節(jié)課的知識。使學生感受傳感器在身邊的實際應用，明確本節(jié)課的學習目的。

8.2　新課教學

8.2.1傳感器應用的一般模式

教師講解：上節(jié)課我們學習了傳感器是將非電學量(如力、溫度、光、聲)轉化為電路通斷或電學量(電流、電壓等)的裝置。但是，敏感元件輸出的電學量一般很弱，無法直接使用。所以，在一般傳感器應用的電路中，都需要將微弱的電學量放大或轉換成電路的通斷后才能使用(如圖3)。

圖3

8.2.2學習小組匯報

教師活動：組織學習小組，代表匯報課前通過互聯網查詢的力傳感器、溫度傳感器、光傳感器在生活中的應用。聆聽學生匯報，做好知識點間過渡銜接。

學生活動：匯報、討論課前查詢資料的成果。

設計意圖：概括傳感器應用的一般模式，發(fā)揮教師的主導作用，幫助學生梳理傳感器在電路中的工作機制，為接下來的教學作鋪墊。

教師總結：通過同學們的匯報、交流，看來傳感器在我們的日常生產生活中已有廣泛的應用，給我們生活帶來許多便利。今天我們繼續(xù)學習幾種生活中常見的傳感器。

8.2.3力傳感器

教師活動：請同學們根據查找的資料，談談力傳感器中的元件及其工作原理，補充完成圖4。根據學生的回答，補充總結應變片在力學傳感器中的作用。

圖4

學生活動：討論、交流對力傳感器元件及工作原理的認識。

設計意圖：培養(yǎng)學生收集和處理信息、合作表達等能力，發(fā)揮學生的學習主體性，進一步加深學生對傳感器應用的了解。

教師活動：在以上活動基礎上，將學生分成若干小組，根據應變片的工作原理，讓學生設計將彈簧形變量與變阻器的滑動連接點同步連動的電子地磅秤，如圖5所示的簡單電路圖。

圖5

學生活動：結合之前總結的力傳感器的工作原理，學生相互協作，探討設計電子地磅秤電路圖。

設計分組討論結束后，教師組織學生匯報設計方案，教師總結點評。

設計意圖：培養(yǎng)學生在團隊中與他人協作、交流能力，引導學生利用已學知識設計電路圖，促進知識水平達到應用層次。

8.2.4溫度傳感器

(1) 雙金屬片

教師演示雙金屬片實驗，雙金屬片取材于廢棄日光燈啟輝器，通過干電池、小燈泡、開關、雙金屬片組成一個簡單的串聯電路。閉合開關，電路連通，燈泡不亮。利用酒精燈加熱雙金屬片，由于雙金屬片彎曲，燈泡點亮。將酒精燈移除，雙金屬片恢復原狀，燈泡熄滅。通過攝影機連接投影儀，放大雙金屬片加熱所產生的形變。

教師結合圖6，講解雙金屬片在電熨斗中的應用。

圖6

設計意圖：通過雙金屬片實驗演示儀，向學生直觀地展示雙金屬片在電路中的作用。

(2) 感溫鐵氧體

教師活動：邀請一位學生使用酒精燈加熱由磁鐵吸引的普通鐵塊，再邀請另一位學生加熱由磁鐵吸引的感溫鐵氧體，請學生觀察實驗現象。

提問：為什么同時加熱由磁鐵吸引的鐵塊會出現不同的現象？

學生活動：學生在教師的指導下參與演示實驗，并利用課前查閱的資料解釋實驗現象。

設計意圖：學生通過課前查找資料，有能力說出感溫鐵氧體的基本特性，即在室溫下具有磁性。當溫度達到103度“居里點”后，鐵氧體磁性消失。發(fā)揮學生課堂主體性，鍛煉學生實驗操作能力，使學生認識感溫鐵氧體的特性。

8.2.5光傳感器

教師將煙霧報警器啟動，在煙霧報警器下部點燃蚊香，請學生觀察實驗現象，講解煙霧報警器的構造。

分組實驗:請學生連接如圖7所示的電路圖，探究光電二極管在不同光照條件下，電路中電流的變化情況。

圖7

學生分組實驗，觀察實驗現象，解釋實驗結果。

設計意圖：采用教師演示加學生實驗探究的教學模式，以激發(fā)學生好奇心，增強學生實踐能力。

8.2.6教學小結

結合板書，教師引導學生回憶本節(jié)課所學習的主要知識點。

8.2.7作業(yè)

(1) 請用所學的知識解釋夜晚樓道內燈泡可在聲音的控制下點亮，天亮時燈泡會自動熄滅的設計中所應用的傳感器。

(2) 寫一篇小論文，談談你對傳感器在未來生活中應用的看法。