杨永忠教学设计方案----传感器的应用

1 20142014 年贵州省教育改革发展研究十大课题年贵州省教育改革发展研究十大课题 贵州教育信息化背景下中小学教学模式创新研究贵州教育信息化背景下中小学教学模式创新研究 教学设计方案教学设计方案 学校 毕节市民族中学学校 毕节市民族中学 设计者 杨永忠设计者 杨永忠 主题 单元或课的主题 单元或课的 名称名称 人教版高中物理选修 3 2 第六章第一节 传感器及其工传感器及其工 作原理作原理 学科学科 高中物理年级年级 高二班班 12 班 知识与技能 1 了解什么是传感器 知道非电学量转化为电学量的技 术意义 2 知道传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻 热敏电 阻和霍尔元件及其它们的工作原理 3 了解传感器的应用 过程与方法 通过对视频实验的观察 思考和探究 让学生在了解传感 器 熟悉传感器工作原理的同时 经历科学探究过程 学 习科学研究方法 培养学生的观察能力 实践能力和创新 思维能力 教学 目标 情感态度与 价值观 1 体会传感器在生活 生产 科技领域的种种益处 激 发学生的学习兴趣 拓展学生的知识视野 并加强物理与 STS 的联系 2 通过学生合作探究 培养学生实事求是的科学态度 团队合作精神和创新意识 知识基础 1 学生已经学习完成选修 3 2 的第四章电磁感应现象和 第五章交变电流 对学习本节知识没有知识障碍 2 学生在平常的学习和生活中已经接触到过一些零碎的关 于摩擦力的例子 能力基础学生经常使用小组合作 交流评估 有新课改学习理念 学习者 特征分析 1 学习者为高二年级的学生 对有关生活的知识好奇心 较强 具有强烈的探究欲望 2 学生都是以小组为合作单位 一个同学的交流代表小 组内同学的交流 学习动机 分析 学生学习的目的是为了了解物理知识在生活中的应用 并 能够应用物理知识解释生活中的现象 学习 者特 征分 析 学习风格 分析 很多创新设计或头脑奥林匹克竞赛都涉及传感器的应用 充分利用这些有利条件 可以对学生的长远发展产生深远 的影响 教学 内容 教材分析 本节以传感器的功能与原理为主线 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传感器的工作原 2 理 这是本章第一节内容 侧重点在让学生了解传感器 认识其工作原理 知道有哪些重要的传感器元件 同时还 要给学生以学习方法的指导 通过探究性学习和合作学习 来学习新知识 w ww zz 传感器在现代生活中已经被广泛应用 是测量和控制 电路中不可缺少的元器件 传感器的设计和使用中涉及相 当多的物理学知识 将力学 电磁学的知识与传感器的设 计 应用紧密联系 是物理教学中一项重要任务和内容 也是新课改中心思想的重要体现 传感器及其工作原理这一节内容要求学生能通过观察 一些现象和常见的事例 初步形成传感器的概念 并介绍 三种制作传感器所使用的敏感元件 运用以前学习过的物 理知识了解它们的工作原理 从而为了解传感器的应用打 下良好的基础 为了增加学生的技术知识和常识 提高应用知识以及 进行电器复杂设计的能力 学好本节知识是非常必要的 知识结构图知识结构图 教学重难点 教学重难点 重点 重点 理解并掌握传感器的三种常见敏感元件的工作原理 难点 难点 分析传感器的应用电路 信息化教学媒体和资源的选择和运用 信息化教学媒体和资源的选择和运用 1 视频 电动门视频 干簧管原理视频 热敏电阻实验视频 光敏电阻视 频 霍尔元件应用视频 电饭锅温控器视频 金属温度计视频 2 图片 烘干机 杨利伟在神五上的图片 勇气号 火星探测器在火星上 的图片 光敏电阻 热敏电阻等实物图片 霍尔元件图片 3 动画 磁铁控制灯泡亮度的动画 来源 广州市三学苑网络科技有限公司制作 电容式传感器的原理 电容式传感器动画讲解 测定角度 测定液面 高度 测定压力 测定位移等四种 霍尔元件动画 教学准备 教学准备 1 师准备 根据学生情况 拟写教学设计 制作课件 上网查找资料 3 2 学生准备 课前预习 了解生活中的一些自动控制电路 教学过程 活动 教学过程 活动 教学环节教学环节教学内容教学内容师生活动及意图 1 引入新课1 播放电动门视频和展示烘干机图片 引入课题 传感器及其工作原理 2 展示杨利伟在神五上的图片和 勇气号 火星 探测器在火星上的图片 引导学生猜想 本节课上课内 容 激发学生 学习兴趣和了 解传感器应用 之广 2 讲解传 感器 1 观看演示实验 小盒子 A 的侧面露出一个小灯 泡 盒外没有开关 但是把磁铁 B 放到盒子上面 灯泡就发光 把磁铁移走 灯泡熄灭 盒子里有 什么装置 2 学生自行总结原理 当磁体靠近干簧管时 两 个簧片被磁化 相互吸引而接通 干簧管能起到 开关的作用 3 传感器的定义 传感器是指这样一类元件 它 能够感知诸如力 温度 光 声 化学成分等非 电学量 并把它们按照一定的规律转化成电压 电流等电学量 或转化为电路的通断 4 传感器的作用是什么 传感器的作用是把非电 学量转化为电学量或电路的通断 从而实现很方 便地测量 传输 处理和控制 角度 电压 位移 速度 电流 压力 温度 电阻 湿度 声强 电容 光照 学生观察视频 教师引导学生 猜想 激发探 究欲望 学生讨论总结 原理 教师引导得出 传感器的定义 学生总结 非 电学量 传感 器 电学量 3 观看视 频 学习 光敏电阻 观看有关热敏电阻 光敏电阻视频 学生讨论完 成 1 光敏电阻特性 光敏电阻对光敏感 当改变光 照强度时 电阻的大小也随着改变 一般会随 着光照强度的增大而电阻值减小 2 光敏电阻的工作原理 硫化镉是一种半导体材 料 无光照时 载流子极少 导电性能不好 随着光照的增强 载流子也增多 导电性变好 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电 阻这个电学量 3 光敏电阻的应用事例 例 1 如图所示为光敏 电阻自动计数器的示意图 其中R1 为光敏电 学生总结视频 里的内容 即 光敏电阻 热 敏电阻特性 学生巩固应用 传感器 4 阻 R2 为定值电阻 此光电计数器的基本工 作原理是 A 当有光照射R1 时 信号 处理系统获得高电压 B 当有光照射R1 时 信号处理系统获得低电压 C 信号处理系统 每获得一次低电压就计数一次 D 信号处理 系统每获得一次高电压就计数一次 3 观看视 频 学习 热敏电阻 1 热敏电阻的特性 热敏电阻的阻值会随着温度 的升高而减小 具有负温度系数 2 通过视频观看 介绍热敏电阻的的应用 温度 计 3 1 金属导体与半导体材料的导电性能与温度 的变化关系不相同 金属导体的导电性能随温度 升高而降低 半导体材料的导电性能随温度升高 而变好 2 热敏电阻灵敏度高 但化学稳定性较差 测量范围较小 金属热电阻的化学稳定性 较好 测量范围较大 但灵敏度较差 3 热敏电阻和金属热电阻能够将温度这个热学 量转化电阻量这个电学量 4 随着水温升高 多用表的指针偏角逐渐变大 4 热敏电阻的应用事例 例 2 有定值电阻 热 敏电阻 光敏电阻三只元件分别接入如图所示电 路中 A B 两点后 用黑纸包住元件置入热水中 观察欧姆表的示数 下列说法正确的是 A 置入热水中与不置入热水中相比 欧姆表示数变 化较大 这只元件一定是热敏电阻 B 置入热水 中与不置入热水中相比 欧姆表示数不变化 这 只元件一定是定值电阻 C 用黑纸包住与不用黑 纸包住元件相比 欧姆表示数变化较大 这只元 件一定是光敏电阻 D 用黑纸包住与不用黑纸包 住元件相比 欧姆表示数相同 这只元件一定是 定值电阻 学生总结视频 里的内容 即 热敏电阻特性 学生讨论总结 热敏电阻的金 属导体的电阻 的区别 学生巩固应用 5 4 观看动 画 学习 电容式传 感器 1 观看视频 了解四种电容式传感器 测定角度 测定液面高度 测定压力 测定位移 的原理 深化对传感器的理解 2 电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转 换为电容这个电学量 3 巩固练习 例 3 传感器是一种采集信号的重 要器件 如图是一种测定压力的电容式传感器 当待测压力 F 作用于可动膜片产生变形 引起电 容的变化 若将电容器 灵敏电流计和电源串联 接成闭合电路 那么 A 当 F 向上压膜片 电极时 电容将减小 B 当 F 向上压膜片电极时 电容将增大 C 若电流计有示数 则压力 F 发生 变化 D 若电流计有示数 则压力 F 不发生变化 学生观看视频 教师引导其分 析其工作原理 学生巩固应用 达到掌握知识 的目的 5 通过动 画演示 介绍霍尔 元件 1 在一个很小的矩形半导体 如砷化铟 薄片上 制作四个电极 E F M N 就成为一个霍尔元件 2 霍尔效应 定向移动的电荷受到方向平行于侧 面向里的洛伦兹力的作用 在这个力的作用下 薄片两个侧面上会累积起正负电荷 随着电荷积 累 在内外侧面间会形成一个逐渐增强的电场 定向移动的电荷同时受到洛伦兹力和电场力的作 用 当电场力增大到与洛伦兹力相等时 内外侧 端面间就形成一个稳定的电场 此时两端面形成 一个稳定的电压 UH 这种现象称为霍尔效应 这 个电压叫做霍 尔电压 3 推导霍尔效应的相关公式 可以证明 霍尔电压 UH 4 霍尔元件 把磁感应强度这个磁学量转换为 电压这个电学量 5 巩固应用霍尔效应 例 3 如图是一火警报警 的一部分电路示意图 其中R2为用半导体热敏材 学生观看视频 运用原来所掌 握的知识 讨 论分析得出霍 尔元件的形成 原因 教师引导 学 生自行推导霍 尔效应公式 通过例题的形 式 形成对知 6 料制成的传感器 电流表为值班室的显示器 a b之间接报警器 当传感器R2所在处出现火情 时 显示器的电流I 报警器两端的电压U的变 化情况是 A I 变大 U 变大 B I 变小 U 变小 C I 变小 U 变大 D I 变大 U 变小 识的巩固 6 反思体 会评价 通过本节课的学习 你有什么收获或体会 学生分成 8 个 小组 通过讨 论后分组进行 汇报 7 布置作 业 课后收集有关传感器的知识 并了解其原理 写 一篇主题为生活中如无传感器 会是一个什么样 子的样子的小论文 学生课外体验 让知识得以延 伸与巩固 教学流程图 组织教学 学生观看视频 教师组织学生 讨论 知道传感器的原理 视频视频 运用视频引入新课 展示图片激发兴趣 教师总结出传 感器的定义 观看热敏电阻 光敏电阻视频 视频视频 学生总结视频里的内容 即光敏电阻 热敏电阻特 性 并进行应用 通过本节课的学习 你有什么收获 或体会 反思体会评价 课外作业 结束 霍尔元件的形成 霍尔效应 霍 尔公式的推导及其应用 动画演示动画演示 7 教学评价 教学评价 1 希望通过本节课的教学 让学生理解传感器的使用范围之广 在生活中的重 要性 体会物理 STS 思想 2 本节课主要是通过视频 图片 动画作为辅助材料 通过学生分组讨论 合 作交流开展完成 充分体现了新课程理念 师生互动 生生互动得以张扬 3 本节课内容简单 在高考中没有太多涉及 所以许多教师可能不会太重视 但我认为对于培养学生的科学素养具有极其重要的作用 所以我选本节内容作 为一个公开教学的尝试 4 本节课所涉及的视频 图片 动画特别的多 要学会在网上进行收集和整理 遴选网络资源 8 板书设计 板书设计 课后反思 课后反思 1 通过本节课的教学之后 教学目标任务基本完成 但是在时间分配上出 现不均衡的现象 导致后边学生自我总结 交流互动环节时间太少 2 PPT 课件背景用吱嘎啊鲁湖作为背景 虽然体现了地方特色 但是有些地 方出现对比不是太好的效果 设计说明 学生对传感器的知识很感兴趣 但由于高中物理中与具体的工业设计和控制方面 的知识结合的不多 所以在教学的过程中应通过尽量多的实物 图片 动画等途径多 方面增加学生的感性认识 提高学生的学习兴趣 增加学生的求知欲 并引导学生进 行主动探究 课程设计上 运用问题解决模式 以学生的感性认识作为出发点 在教师所提出