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        高中“傳感器”教學(xué)重難點突破的探究*

        2019-03-05 01:29:58楊曉燕王華強(qiáng)蔡武德
        物理通報 2019年3期
        關(guān)鍵詞:探究實驗設(shè)計

        楊曉燕 王華強(qiáng) 蔡武德

        (云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 云南 昆明 650500)

        2017版高中課程方案規(guī)定[1],關(guān)注學(xué)生多元發(fā)展,設(shè)計具有多樣性與選擇性的選修課程.課程標(biāo)準(zhǔn)對人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《物理·選修3-2》第六章第1節(jié)的要求并不高,具體要求如下.

        教學(xué)重點:

        (1)通過實驗觀察與分析常見傳感器的特性及工作原理;

        (2)知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的技術(shù)意義.

        教學(xué)難點:

        通過實驗探究常見傳感器的敏感元件的工作特性.

        這節(jié)講的只是一些原理,沒有什么難以理解的東西,更沒有定量的計算.搞好該節(jié)教學(xué)的關(guān)鍵是多做實驗[2].演示實驗將成為落實重點和突破難點的重要教學(xué)手段,也是體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)和凸顯科學(xué)探究的必要方式[3].

        1 重視新課引入的教學(xué)設(shè)計

        優(yōu)化課堂:從生活中最常用的“鍵盤”出發(fā),創(chuàng)設(shè)物理情境;吸引學(xué)生的眼球,引導(dǎo)學(xué)生主動參與到課堂中來,點燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,提高課堂活力,激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲;與現(xiàn)代科技有較好的聯(lián)系.

        實驗演示過程:如圖1所示,打開激光投影鍵盤,通過藍(lán)牙連接到電腦,打開一個空白界面(或短信),隨機(jī)選取一位勇敢的學(xué)生,像平時打字一樣輸入文字,能看見文字出現(xiàn)在界面上,演示成功,如圖2所示.

        圖1 激光投影鍵盤

        圖2 演示鍵盤輸入文字

        效果分析:如圖1所示,體積小得像“打火機(jī)”的鍵盤,往往能一下子就吸引學(xué)生的注意力;如圖2所示,學(xué)生自告奮勇地上臺演示激光鍵盤輸入文字的過程,不再被動式學(xué)習(xí);導(dǎo)入新穎,符合本節(jié)主題;設(shè)置懸念,在學(xué)生集中注意力的時候,引入新課.

        2 重視師生對演示實驗的拓展

        2.1 鍛煉教師的創(chuàng)新能力和實踐動手能力

        教材情況[4]:如圖3所示.

        圖3 干簧管演示實驗

        實驗拓展設(shè)計:設(shè)置了基于干簧管的裝置,將教材中的負(fù)載換成較大的風(fēng)車,如圖4所示.風(fēng)扇背面安裝了干簧管,當(dāng)磁鐵靠近干簧管時,會使兩個簧片由于磁化而被吸合在一起,如圖4(b)、(c)所示.它們共同組成了能感應(yīng)磁場的開關(guān),也就是把磁場轉(zhuǎn)換為電路的通斷.

        以魔術(shù)的形式來演示實驗,操作簡便,現(xiàn)象直觀,吸引學(xué)生的目光,引發(fā)學(xué)生的好奇心,大大提高了上課的效率.

        圖4 神奇的“開關(guān)”

        實驗演示過程:手指戴上一個戒指狀磁鐵,慢慢靠近風(fēng)車裝置,風(fēng)車開始轉(zhuǎn)動,靠的越近,轉(zhuǎn)動得越快.手指遠(yuǎn)離風(fēng)車裝置,風(fēng)車則慢慢停止轉(zhuǎn)動.請一位學(xué)生上臺,模仿老師的動作,風(fēng)車不會轉(zhuǎn)動,演示完畢.抓準(zhǔn)時機(jī)提問,老師的手真的有魔力嗎?解釋原理.

        效果分析:設(shè)計了風(fēng)車裝置,更貼近生活,可視性較好;材料成本低,操作方便,效果明顯,尤其“魔術(shù)演示”集中學(xué)生注意力,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

        2.2 激發(fā)學(xué)生豐富的想象力促使學(xué)生用心體會生活

        優(yōu)化后提問:我們生活中有許多報警器,同學(xué)們能不能利用今天所學(xué)的干簧管的知識和老師提供的材料,以小組為單位設(shè)計制作一個簡易的水位報警器?(要求:當(dāng)水位達(dá)到預(yù)警水位時,它能自動報警.)

        選取一個小組展示作品,如圖5所示.

        圖5 水位報警器

        效果分析:聯(lián)系生活,讓學(xué)生感覺到書本上的內(nèi)容是可以靈活運(yùn)用到生活中的.靈活地運(yùn)用本節(jié)課所學(xué)習(xí)的內(nèi)容制作教具,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新力,培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作能力,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

        3 重視實驗的科學(xué)探究

        3.1 探究光敏電阻的特性

        教材情況[4]:如圖6所示.

        圖6 觀察光敏電阻的特性

        實驗拓展設(shè)計:如圖7(a)和(b)所示,不再是單一的一個元件的測量,而是把光敏電阻加入到電路中,并在設(shè)計中加入了蜂鳴器和高亮LED燈.為了形成鮮明的對照組,制作了兩個光敏報警裝置,如圖7(c)所示.

        圖7 光敏報警裝置

        自制的“同屏光傳感器”,如圖8(a)和(b)所示,操作方便,效果明顯,成功解決歐姆表可視性較差的問題,能讓更多的學(xué)生清晰地觀察到實驗現(xiàn)象.

        圖8 同屏“光傳感器”

        實驗演示過程:如圖7(a)、(b)所示,這是一臺簡易的光敏報警裝置,它由一個小燈泡通過導(dǎo)線連著蜂鳴器、光敏電阻、定值電阻和三極管.實驗前,分別打開裝置1和裝置2的開關(guān),檢查電路,觀察小燈泡是否發(fā)亮和蜂鳴器是否發(fā)聲,確保電路正常工作.如圖7(c)所示,給裝置1一個有光環(huán)境,裝置2一個暗環(huán)境,讓學(xué)生們仔細(xì)觀察它們的不同之處,并進(jìn)行交流,演示完畢.

        讓學(xué)生小組合作,參照教材上的演示實驗,探究光敏電阻的特性.

        提問:你們是以小組為單位,分工合作填寫完的表格,但是老師只有一個人,又要改變光照強(qiáng)度又要測光敏電阻的阻值,怎么辦呢?所以,老師自制了一個傳感器(無線同屏傳感器),如圖8所示.它可以采集光敏電阻的阻值,為了方便觀看,設(shè)計了兩塊屏幕,并將它們同屏顯示,如圖8(a)所示;反之,如果有投影展示平臺則如圖8(b)所示.

        效果分析:改善了歐姆表數(shù)據(jù)可視性差的問題,解決了實驗操作繁瑣、耗時、實驗效率不高等問題;使學(xué)生協(xié)同運(yùn)用多種感官(視覺、聽覺)進(jìn)行觀察;兩個裝置形成鮮明的對照組,比較容易引導(dǎo)學(xué)生用控制變量法來探究實驗,用此裝置做實驗,實驗變量只有光照強(qiáng)度一個,不會產(chǎn)生其他外在因素的影響;方便移動,材料成本低,可多次循環(huán)使用.

        3.2 探究熱敏電阻特性

        教材情況[4]:將多用電表調(diào)到電阻擋上(注意選擇適當(dāng)?shù)谋堵?,然后仿照圖6所示的方法,將一只熱敏電阻連接到多用電表的兩端.分別用手和冷水改變熱敏電阻的溫度,觀察電阻值的變化情況.

        實驗拓展設(shè)計:如圖9(a)所示,設(shè)計了3臺熱敏風(fēng)車裝置,引導(dǎo)學(xué)生想到運(yùn)用控制變量法,選擇用不同的溫度進(jìn)行加熱;如圖9(b)所示,將熱敏電阻加入到電路中,放在風(fēng)車背部,操作部分與演示部分設(shè)計是分離開的,教師對熱敏電阻加熱時操作方便,學(xué)生觀察時也不易遮擋視線;如圖10所示,避免了歐姆表量程倍率的選擇問題,熱敏風(fēng)車裝置與 “無線終端串口屏”組合成“同屏溫度傳感器”.

        圖9 熱敏風(fēng)車裝置

        圖10 同屏溫度傳感器

        提問:我們可否用類比光敏電阻的方法,研究熱敏電阻呢?研究光敏電阻的光照強(qiáng)度和電阻之間的關(guān)系是通過改變光照強(qiáng)度的不同,那現(xiàn)在要想研究熱敏電阻的熱和電阻之間的關(guān)系,要通過改變什么的不同?(熱的不同).熱在物理上指的是?(溫度).

        實驗演示過程:如圖9所示,現(xiàn)同時用不同的溫度對3個熱敏電阻進(jìn)行加熱,可以觀察到,裝置1置于常溫中時,風(fēng)扇不會轉(zhuǎn)動,裝置2用火焰的內(nèi)焰加熱時,風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動了,裝置3用火焰的外焰加熱時,風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動了,并且風(fēng)扇轉(zhuǎn)動得比裝置2更快.

        引導(dǎo)學(xué)生把“熱敏風(fēng)車裝置”與 “無線同屏器”組合起來——“無線同屏溫度傳感器”,如圖10所示.用溫度傳感器測熱敏電阻的阻值,用萬用表測熱敏電阻的溫度,記錄數(shù)據(jù),總結(jié).

        效果分析:設(shè)計3臺熱敏風(fēng)車裝置,用不同的溫度去加熱,形成鮮明的對比,可以明顯地看到3個風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速不同,控制了實驗變量只有溫度一個;用類比法,很好地將舊知識遷移到了新知識上;萬用表和熱傳感器顯示屏上的數(shù)值可以直接看出熱敏電阻隨溫度的變化情況;用實驗數(shù)據(jù)總結(jié)得出結(jié)論,而不是硬生生地讓學(xué)生死記硬背.

        4 總結(jié)

        通過課堂優(yōu)化,實驗拓展設(shè)計及“無線同屏傳感器”的優(yōu)越性,讓學(xué)生了解非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的技術(shù)意義.在剛學(xué)了光敏電阻特性的基礎(chǔ)上,利用“自制熱敏風(fēng)扇裝置”,引導(dǎo)學(xué)生用類比光敏電阻的方法對熱敏電阻的特性進(jìn)行實驗探究,這樣的設(shè)計力求做到環(huán)環(huán)相扣,突破教學(xué)重難點,大大提升教學(xué)效果,同時期望培養(yǎng)學(xué)生的探究能力,努力做到以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為目標(biāo).

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