资源简介

人教版（2019版）高中物理选择性必修二《认识传感器》
【教学设计思路】
《认识传感器》是人教版（2019版）高中物理选择性必修二第五章第1节的内容，传感器技术是当今世界一项令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术。实际上，在我们身边就大量使用各种各样的传感器。本章的主要目的是使学生对传感器知识有一个初步的了解，体会物理知识在技术中的应用。
教师通过创设情境，引领学生观察现象，分析推理，经历实验探究，揭示传感器将“非电学量转换为电学量”的技术意义。学生经历对热敏电阻和光敏电阻的电阻值随敏感因素变化的规律的实验探究，在现象和具体数据的双重刺激与支撑下，理解和内化传感器敏感元件的转换规律。
【教学目标】
1. 物理观念
(1)结合实际生产及生活，展示各种事例及应用，从感性上使学生知道非电学量转换成电学量的技术意义。
(2)通过实验，对传感器中常见的敏感元件加以了解，从理性上知道它们的工作原理。
(3)通过分析大量传感器在生产和生活中的应用，了解传感器是如何工作的，并会结合原有的电学知识设计一些简单的传感器电路。
2. 科学思维
(1)用热敏电阻、光敏电阻等常用元器件做实验，了解传感器是如何把非电学量转换成电学量的。
(2)通过对实际传感器工作原理的分析，了解传感器是如何应用到技术中，实现信息采集或自动控制的。
3.科学探究
(1)结合生活实际，在课外或家庭活动中设计组装简单的自动控制装置。
(2)通过调查、上网或从图书馆查阅相关资料，列举传感器的应用实例。
(3)根据设计与制作的需要，通过多种方式学习拓展相关的知识和技能。
4. 科学态度与责任
在理解传感器工作原理的基础上，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，通过自己设计简单的传感器，体验科技创新的乐趣，激发学习物理的兴趣．
【重难点分析】
重点：深入认识传感器
难点：理解传感器的基本组成和一般应用模
【学习过程】
任务一：创设情境，初步认识传感器
☆情境魔术：
1.意念螺丝表演:将内部含有振动器电源和干簧管的意念螺丝，靠近隐蔽的磁体，表演螺母在螺丝上自行转动的神奇现象，点燃学生对传感器的探究热情。
2.意念发声表演：通过“意念”让装有发声器的盒子发出“欢迎光临”的声音，拉研究问题与生活的距离，学生意识到有隐蔽的操控行为。
3.意念发光的表演：手拿条形磁铁，操控装有干簧管和灯泡以及电源构成的回路，显化“意念”实则是磁场的操控。打开“魔盒”，揭秘现象背后的原因。
设计意图：
通过创设魔术情境，点燃学生求知欲，激发探究热情；借助发声装置搭设台阶，降低思维难度，引导学生意识到电路被某种力量控制；显化“意念”实则是磁场的操控，引出对最基本的传感器干簧管工作原理的分析，学生初步建立对传感器的认知。
☆大单元引领：
第五章传感器共三节内容，第一节感性认识传感器，第二节理性分析传感器的原理，第三节实践制作传感器自动控制的电路，服务于生活。
设计意图：
介绍第五章传感器教材安排的内容及安排目的，为学生对传感器这一章的学习指明方向，引领学生在大单元背景下学习的意识，增强目标导向意识。养成学完一章内容，不仅仅要形成对各小节的知识图景，亦要在一章学完时建构出本章的知识谱系。
任务二：辨析现象，全面认识传感器
1.传感器的缘起:
人类是借助感觉器官 从外界获取信息的，并由神经系统将这些信号传递给大 脑，在人脑中将这些信息进行处理，然后发出命令传递给 肌体，做出动作。如果用机器完成这一过程，计算机相当 于人的大脑，执行机构相当于人的肌体，传感器就相当于 人的“五官”（图 。实际上，有些传感器还具有“超 人”的本领。这里所说的“超人”的本领是指传感器不仅 可应用于高温、高压、辐射等恶劣环境，还可检测出人类 五官不能感知的各种信息，如微弱的磁、电、离子和射线 的信息等。利用传感器的这些本领，可以制成形形色色的 机器人，承担人类难以直接完成的任务。
设计意图：
解释传感器的由来源于仿生学，培育学生善于观察生活，善于思维迁移，由己及人，由人及物，善于发明创造，弥补人类感知的不足，探索更深远的世界。
2.常见传感器：
（1）声光控楼道灯：声控和光控楼道灯演示，感受现象，剖析结构，辨析原理。
（2）自动门：播放视频，展示生活中常见的自动门，引导学生发现自动门与自动门之间现象的不同。自动门虽然都是“人来开门，人走关门”，但是有的自动门，若人站在门口一直不动，门依然打开，有的自动门，在长时间识别不到人位置移动信息时会自动关闭大门。在现象的引领下，对自动门工作原理进行探究和分类。分析自动门分传感器的不同，分别为红外线传感器、雷达传感器和原理压力传感器（地秤）。
（3）电动车调速器——操控元件（霍尔元件）
引领学生回想电动车调速器的作用，介绍电动车调速器是我们刚刚学习过的霍尔元件，学生结合现象和原理可深化对传感器的认知，感悟“非电学量转化为电学量”的技术意义。
问题引领：
请同学们列举生活中常见传感器，要求必须是常见的，几乎任何一位同学都见识过的，学生在大脑中思索家庭和校园常见传感器，并一一列举。
设计意图：
借助生活中常见传感器的介绍和演示，缩减传感器与学生之间的距离感，学生对生活常见产品的分析，更容易理解传感器的功能及具体工作原理，同时引领学生深化传感器与我们生活息息相关的意识，激发学生内在的设计与创造的欲望。学生列举常见传感器环节，看似普通，实则是学生对传感器认知的升华。
3.概念建构：
传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。
4.传感器的分类
根据不同的分类标准，对传感器进行分类。
设计意图：
给出传感器的明确定义，按照不同标准进行分类，建构完善传感器的概念，深化对传感器的理解。
5.综合应用
介绍传感器在汽车领域，手机领域等智能化领域的综合应用。
设计意图：
感悟万丈高楼平地起，引领学生夯实基础，为今后的科技创作赋能。
6.传感器的应用模式
在对传感器的逐步认识过程中，自然建构和理解传感器的应用模式。
任务三：经历探究，深度理解传感器
1.操作体验：
实验一：干簧管控制电路 实验二：双金属片控制电路
设计意图：
学生自己通过实验，切身感受传感器如何控制电路的通断，深化对物理规律和原理的理解。
实验三：热敏电阻随温度变化 实验四：光敏电阻随光照强度的变化
实验五：多用电表测热敏电阻变化 实验六：多用电表测光敏电阻变化
（建议使用指针式多用电表，可以看到指针快速偏转的动态过程）
设计意图：
学生经历实验探究过程，借助发光二极管亮度的变化，直观感受到热敏电阻电阻值随温度的迅速变化，借助多用电表指针的快速的动态偏转，加深对热敏电阻阻值随温度升高而减小，随温度的降低而增大的理解。同理，学生经历实验探究过程，借助发光二极管亮度的变化，直观感受到光敏电阻电阻值随光照强度的迅速变化，借助多用电表指针的快速偏转，加深对光敏电阻阻值随光照强度升高而减小，随温度的降低而增大的理解。
2.思考与讨论：
话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器。图 5.1-9 乙图是电容式话筒的组成 结构示意图，话筒的振动膜片涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米有一个金属片（固定 电极），它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离的关系 来工作。你能根据它的工作过程说说各组成元件的作用吗？
设计意图：
设置思考与讨论环节，切换学生认知模式，由感性观察转换回理性分析，在感性与理性的碰撞中，深化对传感器的认识，从而真正达成内化物理观念，进阶科学思维。
3..本节课的总结，回归传感器
（1）视频了解其他传感器
（2）归纳出一些常用的传感器，在感受传感器种类丰富、功能强大的同时，再次强调单一传感器功能的局限性；
（3）感受传感器的强大和给我们生活带来的改变，交流分享自己所知道的传感器在各个领域的更多应用。
【教学反思】
本节课借助于魔术创设情境，激发探究热情，培养透过现象看本质的高阶思维；借助于分组实验，引领学生自主操作，经历科学探究，在操作中内化物理观念；借助于大单元引领，通过介绍整章内容布局及设计目的，先认识整体，再各个击破，引导学生在物理学习中不仅见树木更要要见整片森林；借助于目标引领，让学生清晰知道老师想要带领我到哪里去，激发学生自我设计该怎么实现目标的路径和方法。
本节课借助于具体的实验探究教学，践行真正落实学生核心素养，将学生从刷题的模式切换出来。培养学生静下心来审视任务和问题，清晰自己需要处理的问题到底是什么，该如何融合自己所学的知识和能力来驾驭具体问题的能力。
物理学科是自然科学领域的一门基础学科，必须基于观察与实验，帮助学生从物理学的视角认识自然，理解自然，改造自然。引导学生经历科学探究观察，体会科学研究方法，养成科学思维习惯，增强创新意识和实践能力。

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