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2019 人教版高中物理选修第二册《第五章 传感器》
大单元整体教学设计[2020 课标]
一、内容分析与整合
二、《普通高中物理课程标准(2017 年版 2020 年修订)》分解
三、学情分析
四、大主题或大概念设计
五、大单元目标叙写
六、大单元教学重点
七、大单元教学难点
八、大单元整体教学思路
九、学业评价
十、大单元实施思路及教学结构图
十一、大情境、大任务创设
十二、单元学历案
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十三、学科实践与跨学科学习设计
十四、大单元作业设计
十五、“教-学-评”一致性课时设计
十六、大单元教学反思
一、内容分析与整合
(一)教学内容分析
《第五章 传感器》是 2019 人教版高中物理选修第二册中的一章,该章节
内容紧密围绕传感器这一现代科技中的关键元件展开,旨在让学生了解传感器
的基本原理、种类、应用以及如何通过传感器制作简单的自动控制装置。传感
器作为现代信息技术的重要组成部分,广泛应用于工业生产、日常生活、航空
航天等各个领域,对于推动科技进步和社会发展具有重要意义。
本章内容主要分为三个部分:一是认识传感器,介绍传感器的基本概念、
功能及其在各个领域的应用;二是常见传感器的工作原理及应用,详细阐述几
种典型传感器(如光敏电阻、热敏电阻、电阻应变片、霍尔元件等)的工作原
理及其在实际生活中的应用;三是利用传感器制作简单的自动控制装置,通过
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动手实验,让学生体验传感器在自动控制系统中的作用。
(二)单元内容分析
认识传感器
传感器的基本概念:传感器是一种能够将非电学量(如力、温度、光、声
等)转换为电学量(如电压、电流等)的器件或装置。
传感器的功能:传感器相当于人的“五官”,能够感知外界信息并将其转
换为电信号,便于测量、传输、处理和控制。
传感器的应用:传感器广泛应用于工业生产、日常生活、航空航天、环境
监测等各个领域,是推动现代科技发展的重要力量。
常见传感器的工作原理及应用
光敏电阻:光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化,可用于制作光电计
数器、光控开关等。
热敏电阻和金属热电阻:热敏电阻和金属热电阻的阻值随温度的变化而变
化,可用于制作温度传感器、液位报警器等。
电阻应变片:电阻应变片的阻值随所受应力的变化而变化,可用于制作电
子秤、力传感器等。
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霍尔元件:霍尔元件能够检测磁场及其变化,可用于制作磁敏开关、位移
传感器等。
利用传感器制作简单的自动控制装置
门窗防盗报警装置:利用干簧管在磁场中的特性,制作门窗防盗报警装置,
实现自动提示报警的功能。
光控开关:利用光敏电阻对光照强度的敏感性,制作光控开关,实现路灯
的自动开启和关闭。
(三)单元内容整合
本章内容从认识传感器入手,逐步深入到常见传感器的工作原理及应用,
最后通过动手实验,让学生体验传感器在自动控制系统中的作用。这种由浅入
深、由理论到实践的教学方式,有助于激发学生的学习兴趣,培养学生的动手
能力和创新思维。本章内容还注重与实际生活的联系,通过介绍传感器在各个
领域的应用,让学生感受到物理学的实用性和魅力。
二、《普通高中物理课程标准( 2017 年版 2020 年修订)》分解
(一)物理观念
物质观念
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通过学习传感器的基本概念和种类,学生应理解传感器是一种能够将非电
学量转换为电学量的物质装置,这种转换过 程 是基于物质的基本属性和相 互 作
用 规律 实现的。
学生应认识到传感器在物质 世 界中的广泛应用,以及传感器在推动科技进
步和社会发展中的重要作用。
运 动与相 互 作用观念
虽然 传感器本 身不涉 及 宏 观物体的 运 动, 但 传感器的工作原理 却 与物质 间
的相 互 作用密 切 相关。 例 如,光敏电阻的工作原理是基于光子与物质( 半导 体
材料 )的相 互 作用,热敏电阻和金属热电阻的工作原理是基于温度(分子热 运
动)与物质(金属或 半导 体 材料 )的相 互 作用。
学生应理解这 些 相 互 作用 规律 在传感器工作中的应用,以及如何通过控制
这 些 相 互 作用 来 实现传感器的特 定 功能。
能量观念
传感器在工作过 程 中会 消耗 能量(如电能),并将非电学量(如光能、热
能、 机械 能等)转换为电学量(如电能)。学生应理解这种能量转换过 程 的基
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本原理和 效率问题 。
学生还应认识到传感器在能量管理和节 约 方 面 的 潜 力, 例 如通过 优 化传感
器的 设 计和 使 用方式 来降低 能 耗 。
(二)科学思维
模 型 建构
学生应能够 建构 传感器的物理 模 型,理解传感器的基本组成(敏感元件、
转换元件等)和工作原理(如光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化)。
通过 建构模 型,学生应能够 预 测传感器在 不同条 件 下 的 响 应特性,并解 释
传感器在实际应用中的工作原理。
科学推理
学生应能够 根据 传感器的工作原理和特性 参 数进 行 科学推理,解 决 与传感
器相关的实际 问题 。 例 如, 根据 光敏电阻的阻值随光照强度的变化特性,推理
出 光电计数器的工作原理和应用场 景 。
学生还应能够 运 用科学推理方 法 分析传感器在自动控制系统中的作用和 局
限 性,并提 出改 进方 案 。
科学论 证
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学生应能够通过实验数 据 和分析 结果来 论 证 传感器的性能和应用 效果 。 例
如,通过实验测量光敏电阻在 不同 光照强度 下 的阻值变化 来 论 证 光电计数器的
准确 性和可 靠 性。
学生还应能够 运 用科学论 证 方 法评估不同 传感器的 优缺点 和 适 用场 景 ,为
实际应用提 供 科学 依据 。
质 疑 创新
学生应具 备 质 疑精神 ,对传感器的工作原理和应用场 景 提 出 合理的 疑问 和
挑战 。 例 如,质 疑 光敏电阻在强光照 条 件 下 的 稳定 性和可 靠 性 问题 。
学生还应具 备 创新意识,能够提 出 新的传感器 设 计方 案 或 改 进方 案 ,以 满
足 实际应用的 需求 。 例 如, 设 计一种基于新型 材料 的传感器 来 提高其 灵 敏度和
稳定 性。
(三)科学 探究
问题 提 出
学生应能够从实际生活中提 出 与传感器相关的 问题 ,并 明确问题 的 研究目
的和意义。 例 如,提 出 如何利用传感器实现 智 能 家居 的自动控制 问题 。
学生还应能够 根据问题 的 复杂 性和 研究条 件制 定 合理的 研究 计 划 和方 案 。
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证据收集
学生应能够通过 查阅文献 、实验测量等方式 收集 与传感器相关的 证据 和信
息。 例 如, 查阅 光敏电阻的工作原理和应用 案例文献 ;通过实验测量光敏电阻
在 不同 光照强度 下 的阻值变化数 据 。
学生还应能够 运 用科学方 法 对数 据 进 行 分析和处理,提 取 有用的信息和 结
论。
解 释交 流
学生应能够 根据收集 到的 证据 和信息对传感器的工作原理和应用 效果 进 行
解 释 和 说明 。 例 如,解 释 光敏电阻在光电计数器中的工作原理和应用 效果 。
学生还应能够与 他 人 交 流 研究 成 果 和 经 验教 训 , 共同探讨 传感器的 改 进方
案 和应用 前景 。
反 思 评估
学生应对 研究 过 程 和 结果 进 行反 思和 评估 , 总结经 验和教 训 并提 出改 进方
案 。 例 如, 反 思光电计数器的 设 计过 程 和实验 结果 是 否达 到 预期目标 ; 评估 光
敏电阻的性能和 稳定 性是 否满足 实际 需求 并提 出改 进方 案 。
学生还应能够 根据反 思和 评估结果调 整 研究 计 划 和方 案 , 优 化实验 设 计和
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数 据 处理方 法 以提高 研究 质量和 效率 。
( 四 )科学 态 度与 责任
科学本质
学生应理解科学的本质是一种 探索 自 然规律 的实践活动, 需 要 运 用科学方
法 和思维 来 解 决问题 。通过学习传感器这一现代科技中的重要元件,学生应认
识到科学在推动社会进步和发展中的重要作用。
科学 态 度
学生应具 备严谨 认 真 的科学 态 度,对 待 实验数 据 和 结果 要实 事求 是、 客 观
公正 。 例 如,在实验测量光敏电阻的阻值变化 时 要 严格按 照实验步 骤 进 行操 作
并 记录准确 数 据 ;在解 释 实验 结果时 要基于数 据 和 事 实进 行客 观分析而 不 是主
观 臆断 。
学生还应具 备持之 以 恒 的科学 态 度,对 待困难 和 挑战 要有 耐心 和 毅 力 去克
服 。 例 如,在解 决 传感器 设 计或应用中的 难题时 要 不断尝试 和 探索 新方 法 新思
路而 不 是 轻易放弃 。
社会 责任
学生应认识到自 己 作为社会成 员 所 承担 的社会 责任 和义 务 。在学习传感器
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的过 程 中要关注其在实际应用中的 安全 性和环 保 性 问题 ,并 积极探索 可 持续 发
展的解 决 方 案 。 例 如,在 设 计 智 能 家居 控制系统 时 要 考虑 传感器的能 耗问题 和
环境 友好 性;在推广传感器技术 时 要注重其 安全 性和可 靠 性以 避免 对 公众造 成
危害 。
学生还应 积极参 与社会 公益 活动或科 研项目来履行 自 己 的社会 责任 和义 务 。
例 如, 参 与社 区 环 保 监测 项目来 利用传感器技术监测空 气 质量和 水 质等环境 指
标 ; 参 与科技创新 竞赛来 展示自 己 的 研究 成 果 和创新能力并为社会进步 做出贡
献 。
三、学情分析
(一) 已 知内容分析
在教 授 2019 人教版高中物理选修第二册《第五章 传感器》 之前 ,学生 已
经 具 备 了一 定 的物理基 础 知识,这 些 知识为学习传感器的工作原理和应用 奠定
了 坚 实的基 础 。具体 来说 ,学生在 先前 的学习中 已经掌握 了以 下 内容:
力学与 运 动学:学生 熟悉 质 点 、位移、 速 度、 加速 度等基本概念,能够理
解并 运 用 牛顿运 动 定律 解 决 简单的力学 问题 。这 些 知识在理解传感器中物体的