从传感器的引入浅鉴高中物理新教材的改革

从传感器的引入浅鉴高中物理新教材的改革作者：李宝路

来源：《理科考试研究·高中》2013年第12期

传感器技术是当今世界一项令人瞩目的高新技术之一，它的迅猛发展也成为当代科学技术发展的一个重要标志.它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱，其水平高低已经成为衡量一个国家科技发展水平的重要标志.因此传感器技术的引入也就成了高中物理新教材改革中的一大闪光点，它不仅增强了学生学习的兴趣，还拓展学生探究日常生活中物理现象的能力，得到了广大师生的好评.

一、传感器技术的重要作用

传感器技术作为当今世界令人瞩目的一种高新技术，它的迅猛发展成为当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱.由于世界各国普遍重视和投入开发，传感器发展十分迅速.从八十年代起，逐步在世界范围内掀起了一股“传感器热”.美国国防部将传感器技术视为八十年代20项关键技术之一，日本把传感器技术与计算机、通信、激光、半导体、超导并列为6大核心技术，在近二十几年来其产量及市场需求年增长率均在10%以上.

随着电子信息产业的快速发展，传感器技术已渗透到各行各业，它在自然科学、应用科学、机械制造行业以及国防技术中都起到重要的作用，同时对国民经济的发展也起到了推动作用.如何采取有效措施促进传感器产业的健康发展并使之成为新的经济增长点，已成为一项重

要课题.

二、传感器的引入体现了新课改的要求

1. 传感器编入新教材的意图

《新课程课标》将传感器列为选修3-2模块的二级主题，集中体现了它对科学、技术与社会的密切关系.选取这样一个具有时代气息的内容，主要是传感器已经广泛地应用到现代的生

产和生活的诸多方面，成为进行测量和控制的不可缺少的元器件.这种现代技术产品是基于许

多物理原理设计的，可以很好的将它们联系起来，使学生对科学与技术的关系有更全面的深入了解，传感器的应用在促进现代社会的发展中起了重要的作用.

传感器这一章的内容非常丰富，侧重于物理原理在传感器技术中的应用，了解和学习一些比较简单的技术知识.让学生通过观察，了解如何运用传感器来解决生活和生产中的某些需求，从中体会到应用技术的重要性.在教学中，让学生列举一些常见的传感器，知道传感器的

应用对社会发展所起到的重要作用.

2. 改变单纯知识教育，培养学生实验能力

长期以来，物理学科强调基础知识和基本技能的双基教学，教学实际上仍停留在“重知识、重分数、重升学”的层面上，与素质教育理念不符.新课改提倡全面发挥学生的主动性，使学生较为深入地学习物理、化学、生物、实验的有关理论、方法和技能，进一步提高学生的实验素养.传感器这一章的引入能够激发了学生学习积极性，以及掌握物理知识、培养和训练思维能力、动手能力及创新能力.新课程标准与教学大纲相比，对实验要求的呈现方式上有所不同.对于必做、选做的演示和分组实验，在《教学大纲》中有明确的规定，而且新教材还增加了大量的探究性实验，这样更有利于培养学生探究日常生活中物理现象的能力.在传感器这一章中，内容以传感器这种产品为主线，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它们的工作原理.课本中还设计了大量的原理图，产品的照片和简化的结构图、电路图等，配以简明的文字来阐述其物理原理和技术性能，从而能培养学生认识和分析实际问题的能力.

三、精心设计教学过程，倡导探究性学习

1.正确把握对传感器的要求

选修3-2模块的三个二级主题中有一个是“传感器”，内容标准中要求学生：①知道非电学量转换为电学量的技术意义；②要求通过实验知道传感器的工作原理；③能列举传感器在生产和生活中的应用；在活动建议中还提出能利用传感器制作简单的自控装置.

针对这些要求，在实际教学的过程中，首先要使学生知道什么是非电学量和电学量.温度、照度、气体浓度等为非电学量，而电流值、电压值、电阻值等属于电学量.然后再进一步了解二者之间可以相互转换的事实，最后了解其在技术上的意义.

2. 提高学生分析电子电路的技能

通过本模块的学习，让学生了解常用的电子元器件的功能，认识最基本的电子电路图，让学生综合运用已经学过的或将要学到的物理知识分析最简单的电子电路，以实现最简单的测量和控制功能.电饭煲应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体.当温度上升到103℃时其失去铁磁性，不能被磁铁吸引.这个温度在物理学中被称为该材料的“居里温度” .利用这个特性可以让学生来分析电饭煲的工作原理.

如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关达到居里点（103℃）时，会自动断开，S2是一个自动温控开关，当温度低于70℃时，会自动闭合；温度高于80℃时会自动断开，红灯是加热指示灯，黄灯是保温时的指示灯，分流电阻

R1=R2=500Ω，加热电阻丝R3=50Ω，亮灯电阻不计.

（1）分析电饭煲的工作原理；

（2）计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比；

解析（1）电饭煲通上电源以后，S2自动闭合，同时手动闭合S1使黄灯和R1短路，黄灯熄灭红灯亮，电饭煲处于加热状态.温度上升到80℃时，S2自动断开，但是S1闭合，黄灯和

R1仍处于短路状态，电饭煲内的温度继续上升.等饭蒸熟后温度上升到103℃时，开关S1自动断开，此时黄灯和电阻R1开始工作，电饭煲处于保温状态.当温度降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态.

（2）加热时电饭煲消耗的功率P1=U2/R并，保温时电饭煲消耗的功率P2=U2/（R1+R 并），两式中R并=R2R3/（R2+R3）=500/11Ω，所以P1/P2=（R1+R并）/R并=12.

3.进行探究式学习，培养创新思维

在教学实验中，我们注重通过实验再现科学发现的过程，从而让学生体验到“猜想-验证-归纳”的科学探究过程，传感器的应用大大提高了这种探究过程的实效.

在学生了解了一些传感器元件的特性、掌握了一些传感器在实际生活中的应用以后，可以让学生自己设计实验，探究一些感器元件的特性，还可以利用这些传感器来制作一些简单的自动控制装置.比如让学生设计电路来探究热敏电阻的特性，可以先让学生自行设计并设计表格，通过数据和图像的方法探究热敏电阻的阻值随温度而变化的情况.作出R-T的图像后，从图像中可以很直观的看出热敏电阻的阻值随温度的变化关系.

通过这种探究式的学习，可以激发学生兴趣，从而确立学生的学习动机.教师也可以为学生准备一系列以传感器为实验手段的趣味实验，让学生亲自动手操作，观察实验现象.通过学生自己设计实验，可以激发学生的学习兴趣，能亲身感受到传感器的作用.