談談傳感器教學中隨堂實驗的設計與思考

崔衛國 薛仁芳

(1.南京市金陵中學,江蘇 南京 210005;2.江蘇教育學院附屬高級中學,江蘇 南京 210036)

本節課在實施新課程的理念方面進行了較為深入的實踐,特別是學生的“隨堂實驗”活動,在達成課堂教學的感性與理性的交融上得到了同行的一致認可,本人對此感悟的層次也在不斷提升中.現就本節課中設計和開發的隨堂實驗展示如下.

1 將干簧管與開關并聯,在對比中初識傳感器的一般特點

元件來源:在電子市場中發現有這樣的內置干簧管的元件(如圖1).由于干簧管密封在不透明的塑料內部,因此在認識它的功能時就具有了一定的神秘感,在教學中將它用于激發疑問,觸發學生迫切探究的愿望便能夠達成.

實驗設計:安排學生進行隨堂實驗1(設計電路如圖2),將開關和干簧管并聯,閉合開關,燈亮;斷開開關,燈不亮,但將磁鐵靠近干簧管,燈又亮了.

圖1

圖2

這種學生隨堂實驗的設計目的是借助并聯引發的對比達到認識干簧管的“磁開關”作用,從而展示磁傳感器的一個特點:能感受磁的信息并轉換成電路的通斷.教者在強調“感”和“傳”的含義的同時展示實物(如圖3),讓學生及時體會到這個傳感器并不神秘,結構竟如此簡單.

接下來演示并討論干簧管的應用——“水位控制開關”.如圖 4所示,當水位上升到一定位置時,燈就亮起(圖4中左圖,豎直管中內置干簧管,浮子中安有磁環).目的是向學生傳遞一種創新、應用的意識:“干簧管雖小,作用挺大,我們也能將它用在某個地方”.

圖3

圖4

效果反饋:圖2中的實驗電路的最初設想是將干簧管與開關串聯,在課堂中有不少學生因為連接線的接觸不良燈泡不能亮起,學生探究興趣頓失.改用干簧管與開關并聯后,不但線路故障少了,干簧管的磁開關的作用在對比中更得到彰顯.

2 設計輸出霍爾電壓的電路,在對比中關注霍爾傳感器的廣泛應用

元件來源:在電子市場購得兩類霍爾元件,開關型和線性型,兩種元件在傳感器的應用中都有廣泛的使用.從讓學生獲得實踐感受的教學理念出發,教學中很有必要讓學生充分了解這兩種輸出電壓的存在.

圖5

圖6

實驗設計:輸出線性電壓的電路如圖5,輸出的開關電壓的電路如圖6,根據相應電路制作成隨堂實驗電路板(教者自己制作)如圖7(左端輸入10 V,右端接示波裝置),實驗電路板中選用的霍爾元件,里面已經集成了放大等功能,外形多為三腳.其中的分壓電阻的大小按當時實驗室能提供的最大電壓為10 V配置,可以保證輸入電壓在10 V以內兩個元件均不易損壞.

在課堂中兩位學生為一組,利用這種開關型和線性型霍爾元件的電路(見圖8)可以采集輸出電壓的數據或波形,學生能切實體會到傳感器在快速反應、精確測量方面的功能.課堂中,學生既感受到霍爾電壓的生成,又在交換測量和觀察中得到比較,從而將平時學習的理論與實際的電路圖景進行有效結合,給學生提供了一種可以留下深刻回憶或隨時提取的信息“源”.

圖7

圖8

效果反饋:輸出電壓的數據或波形建議用DIS實驗系統的電壓傳感器采集.當學生改變手中磁棒與霍爾元件的距離或角度時(如圖9),學生手中磁棒的控制節奏與輸出的電壓波形一一對應(如圖10),那種感覺是美的,就是所謂的感性與理性的交融吧.隨后介紹的轉速傳感器的應用、電子羅盤的原理等等,學生既有強烈的興趣,又能很好地借鑒這兩種電壓輸出的波形作出合理恰當的解答.

從上面課堂教學中實施的幾個隨堂實驗可以感受到這節課所期待的教育教學目標已經達成,那就是深化課堂實踐的理念,力求感性與理性的交融.

圖9

圖10