2024-2025学年新教材高中物理 第5章 传感器 3 利用传感器制作简单的自动控制装置教案 新人教版选择性必修第二册

2024-2025学年新教材高中物理第5章传感器3利用传感器制作简单的自动控制装置教案新人教版选择性必修第二册课题：科目：班级：课时：计划3课时教师：单位：一、教材分析《2024-2025学年新教材高中物理第5章传感器》中的第三节“利用传感器制作简单的自动控制装置”，紧密联系实际生活，旨在让学生通过动手实践，掌握传感器的工作原理及其在自动控制中的应用。本节内容以新人教版选择性必修第二册为教材依据，深入浅出地介绍了传感器的分类、特性以及应用实例，尤其在自动控制装置的制作过程中，强化学生对物理知识应用于实践的认识。课程设计将围绕传感器的工作原理、电路连接、编程控制等方面，结合实验和案例分析，培养学生解决实际问题的能力，加深对物理概念的理解。二、核心素养目标本节课围绕传感器制作自动控制装置，旨在培养学生以下核心素养：首先，通过实践探究，深化对物理观念的理解，特别是对传感器的工作原理和自动控制理论的认识。其次，强化科学思维能力，让学生在设计与制作过程中，学会运用科学方法分析问题、解决问题，提高创新意识和实践能力。再次，强调科学探究，引导学生通过团队合作、交流讨论，培养良好的科学态度与责任意识。最后，注重技术应用，结合编程与电路知识，提升学生信息技术素养，为未来工程领域的学习打下坚实基础。三、教学难点与重点1.教学重点

（1）传感器的工作原理：重点讲解不同类型传感器（如光敏、温敏、力敏等）的转换原理，使学生理解传感器如何将非电学量转换为电学量。

举例：光敏传感器中光敏电阻随光照强度变化的阻值变化原理。

（2）传感器在自动控制中的应用：详细介绍传感器在自动控制装置中的作用，如温度控制、光线控制等。

举例：使用温敏传感器设计一个简单的自动恒温控制器。

（3）电路连接与编程控制：教授如何将传感器与微控制器（如Arduino）连接，并通过编程实现对传感器信号的读取与处理。

举例：使用Arduino编写程序读取温敏传感器数据，并根据设定的温度范围控制加热器或制冷器的开关。

2.教学难点

（1）传感器特性的理解：学生对传感器非线性特性、灵敏度、迟滞等概念的理解可能存在困难。

突破方法：通过实验观察传感器特性曲线，结合实际案例进行分析。

（2）电路连接的实际操作：学生在实际操作中可能会遇到电路连接错误，导致传感器无法正常工作。

突破方法：提供详细的电路图，进行步骤分解，引导学生逐步完成电路连接。

（3）编程控制逻辑：编程实现对传感器信号的处理和自动控制逻辑的编写是学生的一大挑战。

突破方法：采用可视化编程软件，如Scratch或Blockly，降低编程难度，逐步引入逻辑控制概念。

（4）综合应用设计：学生需要将所学的传感器知识、电路连接和编程技能综合应用于实际自动控制装置的设计中。

突破方法：提供设计模板和指导，鼓励学生小组讨论，合作解决问题。四、教学资源准备1.教材：

-确保每位学生都有《2024-2025学年新教材高中物理第5章传感器》教材，以便于学生课前预习、课中学习及课后复习。

-提供与本节课相关的章节内容摘要，方便学生快速查找关键信息。

2.辅助材料：

-准备传感器工作原理的动画或图解，帮助学生形象理解传感器如何将非电学量转换为电学量。

-收集传感器在不同自动控制装置中的应用案例，以图片、图表和视频形式展示，增加学生的直观认识。

-设计电路连接的步骤图解，清晰展示传感器与微控制器之间的连接方法。

-准备编程控制逻辑的示例代码和流程图，降低学生编程学习难度。

3.实验器材：

-准备不同类型的传感器（光敏、温敏、力敏等）及其配套电路元件，如电阻、电容、二极管等。

-确保微控制器（如Arduino）及编程环境（如ArduinoIDE）的可用性。

-准备实验所需的连接线、面包板、电源等，确保实验器材的完整性和安全性。

-配备必要的防护用品，如绝缘手套、眼镜等，确保实验过程的安全性。

4.教室布置：

-在教室内划分出实验操作区，配置实验桌、电源插座等，方便学生进行分组实验。

-设置分组讨论区，为学生提供便于交流的空间，促进合作学习。

-在教室前方设置演示区，用于教师展示实验操作过程和讲解关键知识点。

-准备多媒体教学设备，如投影仪、电脑等，以便于展示辅助材料。五、教学流程1.导入新课（用时5分钟）

-利用日常生活中的自动控制实例，如智能灯光、自动窗帘等，引发学生对传感器应用的兴趣，进而导入新课。

-提问：“大家知道这些自动控制设备是如何工作的吗？它们为什么要使用传感器？”通过问题激发学生好奇心，为新课学习打下基础。

2.新课讲授（用时15分钟）

-讲解传感器工作原理：详细讲解光敏、温敏、力敏等传感器的工作原理，强调它们如何将非电学量转换为电学量。

举例：光敏传感器在光照强度变化时，阻值如何发生变化。

-介绍传感器在自动控制中的应用：通过实际案例，介绍传感器在自动控制装置中的作用，如温度控制、光线控制等。

举例：使用温敏传感器设计一个简单的自动恒温控制器。

-讲解电路连接与编程控制：教授如何将传感器与微控制器（如Arduino）连接，并通过编程实现对传感器信号的读取与处理。

举例：使用Arduino编写程序读取温敏传感器数据，并根据设定的温度范围控制加热器或制冷器的开关。

3.实践活动（用时15分钟）

-分组实验：学生分组进行实验，连接传感器与微控制器，观察传感器特性曲线，了解传感器在自动控制装置中的作用。

举例：连接光敏传感器到Arduino，观察光照强度变化时传感器输出信号的变化。

-编程实践：学生根据教师提供的示例代码，编写程序实现对传感器信号的处理和自动控制逻辑。

举例：编写程序，当温度高于设定值时，启动风扇；当温度低于设定值时，关闭风扇。

-设计自动控制装置：学生小组合作，设计一个简单的自动控制装置，如自动窗帘、智能灯光等，将所学知识应用于实际。

4.学生小组讨论（用时10分钟）

-讨论方面一：分析实验过程中遇到的问题，如何解决传感器特性曲线的非线性、灵敏度等问题。

举例回答：在实验中，我们发现光敏传感器的特性曲线存在非线性，我们通过调整电路参数，优化了传感器输出。

-讨论方面二：探讨不同传感器在自动控制装置中的应用，如何选择合适的传感器。

举例回答：在设计自动窗帘时，我们选择光敏传感器，因为它可以检测光照强度，实现窗帘的自动开合。

-讨论方面三：分享编程控制逻辑的编写经验，如何实现传感器信号的处理和自动控制。

举例回答：我们编写了一个简单的if-else条件语句，根据温度传感器的数据，控制风扇的开关。

5.总结回顾（用时5分钟）

-回顾本节课所学内容，强调传感器工作原理、电路连接、编程控制等核心知识。

-提醒学生关注传感器在自动控制装置中的重要作用，鼓励他们在日常生活中观察和思考传感器的应用。

-强调本节课的难点，提醒学生加强课后练习，巩固所学知识。

总用时：45分钟六、学生学习效果1.理解并掌握不同类型传感器（光敏、温敏、力敏等）的工作原理，能够解释传感器如何将非电学量转换为电学量，并在实际电路中识别和应用这些传感器。

-学生能够描述光敏电阻随光照强度变化的阻值变化原理，并设计简单的光线控制电路。

-学生能够阐述温敏传感器在温度控制中的应用，并构建基本的温度监测装置。

2.学会电路连接和微控制器编程的基础知识，能够将传感器与Arduino等微控制器连接，并通过编程实现对传感器信号的读取、处理和控制。

-学生能够正确连接传感器和微控制器，并使用ArduinoIDE编写简单的控制程序。

-学生能够运用逻辑控制语句，如if-else，根据传感器数据执行相应的控制操作。

3.通过实践活动，提高动手能力，培养科学探究和团队合作精神，能够设计和制作简单的自动控制装置。

-学生能够在小组内合作完成自动控制装置的设计和制作，如自动窗帘或智能灯光系统。

-学生能够在实验过程中发现问题、分析问题，并通过小组讨论和尝试解决这些问题。

4.理解传感器在现代社会中的广泛应用，增强对物理知识实用性的认识，激发对科学技术的兴趣和未来职业规划的意识。

-学生能够举例说明传感器在智能家居、工业自动化等领域的应用。

-学生能够表达对传感器技术发展的关注，并探讨未来可能的创新应用。

5.掌握科学学习方法，形成自主学习、合作学习和探究学习的习惯，提高解决问题的能力和创新思维。

-学生能够利用课外资源自主学习传感器相关知识，并在课堂上与同学分享学习心得。

-学生能够在小组讨论中积极发表见解，吸收他人意见，共同优化设计方案。七、课后拓展1.拓展内容

-阅读材料：《传感器技术及其在自动化中的应用》专题文章，深入介绍传感器技术的发展历程、分类和在各行各业中的应用案例。

-视频资源：《传感器工作原理》科普视频，通过动画形式生动展示不同类型传感器的工作原理和应用场景。

-实践项目：设计一个简单的家庭自动化项目，如智能照明系统、自动窗帘等，鼓励学生将所学知识应用于实际。

2.拓展要求

-鼓励学生利用课后时间阅读专题文章，了解传感器技术的发展趋势，增强对物理知识实用性的认识。

-观看科普视频，巩固课堂所学知识，加深对传感器工作原理的理解，激发学生对科学技术的兴趣。

-学生在完成实践项目时，教师提供必要的指导和帮助，如解答疑问、提供技术支持等，引导学生将理论知识应用于实际操作。

-鼓励学生进行拓展性学习，探索传感器在其他领域的应用，如医疗、环保、交通等，拓展知识视野。

-建议学生将拓展学习过程中的收获和遇到的问题进行记录，以便在课堂上与同学分享和讨论。

-教师定期检查学生拓展学习成果，给予评价和反馈，鼓励学生持续深入学习和探索。八、课堂-通过提问方式了解学生对传感器工作原理、电路连接、编程控制等核心知识的理解和掌握情况。

-观察学生在实践活动中的操作过程，评估学生的动手能力和团队合作精神。

-对学生在小组讨论中的表现进行评价，关注学生的交流沟通能力和问题解决能力。

-通过课堂测试，检验学生对本节课知识点的掌握程度，及时发现问题并进行解决。

2.作业评价

-对学生的作业进行认真批改，关注学生在电路连接、编程控制等方面的实际操作能力。

-点评学生的作业，及时反馈学生的学习效果，鼓励学生继续努力，提高解决问题的能力。

-关注学生在作业中的创新思维和团队合作精神，给予积极的评价和鼓励。

-针对学生在作业中出现的问题，给予针对性的指导和帮助，帮助学生巩固所学知识。板书设计①重点知识点：

-传感器工作原理

-传感器类型与特性

-电路连接与编程控制

-自动控制装置设计

②重点词句：

-光敏电阻、温敏传感器、力敏传感器

-非线性特性、灵敏度、迟滞

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