基于核心素養下的高中物理教學實踐

阮偉文

摘? ?要：物理教學不僅僅是傳遞物理知識給學生，而是要在教學中培養學生的科學思維，從而提高學生的核心素養， 本文以“傳感器的應用”教學為例，探索在課堂教學中如何培養學生的核心素養。

關鍵詞：核心素養;傳感器;教學

物理核心素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質，是學生科學素養的關鍵成分。物理核心素養的四大要素：物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度和責任[ 1 ]。

物理是自然科學的一個分支，這門學科是以實驗為基礎的，它相比別的學科，更肩負著對學生培養核心素養的重任，而現在我們身處大數據和人工智能大爆炸的時代，如何在課堂教學中培養學生的科學思維呢，筆者以人教版3-2第六章“傳感器的應用”為例，對在課堂中如何培養學生的核心素養進行了初探，具體從以下幾個方面踐行。

1? 巧用人工智能引入，培養學生的信息素養

現在是人工智能大爆炸的時代，機器人在我們生活中有了廣泛的應用。教師播放：第一個具有公民身份的機器人索菲亞視頻。教師引導傳感器就是機器人重要的組成部分。人類是靠感覺器官來獲取外界信息，機器人也是依靠感覺器官來獲取外界信息的，不過機器人的感覺器官是各種各樣的傳感器。介紹如圖1機器人的組成部分：左邊是機器人的傳感器，中間是處理器，右邊是執行器。左邊與人的器官的對應的從上到下依次是煙霧傳感器，超聲傳感器（含收發），聲音傳感器和溫度傳感器右邊是喇叭和電機，作為輸出控制部件。左邊是4個是輸入（鼻子，眼睛，耳朵和皮膚），右邊2個是輸出（嘴巴（說話）和關節（動作）），由大腦對左邊輸入信號進行處理，控制右邊的輸出。煙霧傳感器模擬鼻子對氣體濃度的檢測，超聲傳感器模擬眼睛的測距（避障），聲音傳感器器模擬耳朵的音量的檢測，溫度傳感器模擬皮膚對周圍環境的感知，我們編程寫代碼，將要實現的流程寫入處理器中，處理器對傳感器采集的數據進行處理，然后控制輸出部件的動作。

老師再介紹生活中的機器人，比如搜救機器人、掃地機器人、生產線機器人等等，通過介紹機器人，把前沿科技引入我們的高中課堂，激發了學生的興趣和探究情感，提高了學生的素質。

2? 利用物理實驗，培養學生的思維素養

2.1? 實驗1： 模擬機器人

在對機器人有了初步的認識后，老師提出用數字實驗室和傳感器來模擬機器人的感覺器官。數字化信息系統實驗室（DIS實驗室），它是由傳感器、數據采集器和計算機軟件、顯示數據圖形的電腦組成。教師讓學生分組實驗使用溫度傳感器、聲音傳感器和測距傳感器，來模擬機器人的皮膚、嘴巴和眼睛。也可以請學生拿著傳感器高歌一曲，如圖2是學生使用聲傳感器的聲音頻率的圖象，教師指出聲音傳感器是能夠把聲信號變成電信號的器件。在愉悅的探究環境中模擬機器人，學生非常感興趣，既體驗了傳感器，又收獲了新知識。

通過DIS實驗的小組體驗式的探究，教師引導學生總結出傳感器是一類特別的元件，它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并能把它們按照一定的規律轉換為電壓、電流、電容等電學量或轉換為電路的通斷，簡單地說：傳感器就是把非電學量按一定的規律轉化為電學量的器件或裝置[ 2 ]。這樣由學生通過DIS實驗室體驗到傳感器的功能，而不是老師硬把知識灌輸給學生，真正體現了學生自主探究的精神，培養了科學思維。

2.2? 實驗2：光傳感器的音樂盒

教師拿出音樂盒，打開盒子，播放學生喜歡的音樂， 但是關上蓋子，音樂停止，教師提問：音樂的工作開關又在哪里？開啟的條件是什么？學生猜測：是由于光照強度的改變。教師拿出音樂卡片的集成塊，投到屏幕上，讓同學上來指出和光照強度有關的圖3傳感器光敏電阻。播放學生喜歡的音樂，激發學生學習的興趣，叫學生從音樂卡片的集成塊中自己指出光敏電阻，更體現了嚴謹的科學態度。

2.3? 實驗3：體驗干簧管

當把磁鐵靠近如圖4裝置蜂鳴器會響，把磁鐵移開，警報消除。教師提問：有怎樣的裝置，才能實現這樣的控制？師生探究：把裝置投影到大屏幕上，了解干簧管的結構特點。知道工作原理：干簧管核心部件是由兩個由磁性材料制成的彈性簧片，當把磁鐵靠近干簧管，磁性簧片被磁化后相互吸引，將電路接通，干簧管相當于一個開關。這個電路我們用到了面包板，讓電路變得更簡潔，同時也讓學生拓展了眼界，更好的理解了干簧管的原理。

通過教師總結了熱敏電阻、光敏電阻和干簧管的特點，引導學生傳感器其實就像一個開關，在以上的三個實驗中，學生不斷去探索去發現，不斷地創造驚喜，從而對傳感器有了更深的了解，體驗了科學的情感，培養了科學思維。

3? 實驗探究傳感器在生活中的應用，提高學生的科學素養

3.1? 實驗探究1：光控開關

（1）情景：使路燈天亮熄滅，天暗自動開啟。

（2）教師引導用光敏電阻來做光控開關，分組討論設計出電路并理論分析圖5光控開關電路的原理。

（3）學生根據電路以及給定的實驗器材：集成非門電路芯片、導線、定值電阻（220Ω）1個，面包板1塊;面包板電源模塊1個; 27KΩ定值電阻1個;光敏電阻二級管1個;公對公杜邦線若干。同學們進行分組實驗探究，成功探究出圖6（用手擋住光敏電阻時，二極管發光，實現天亮自動開啟）。

3.2? 實驗探究2：火災報警器

（1）情景：發生火災時，環境溫度升高，報警器發出警報。

（2）教師引導用熱敏電阻來做成火災報警器，分組討論設計出圖7電路并理論分析報警電路的原理。

（3）學生根據電路以及給定的實驗器材：集成門電路芯片、面包板、峰鳴器、熱敏電阻、導線、定值電阻（51Ω），熱水一杯，同學們進行分組實驗探究，成功探究出圖8的電路（當把熱敏電阻放入熱水中時，警報響了）。

這兩個自主討論設計的傳感器的實驗，對學生的要求很高，即有用到面包板，還要對集成塊邏輯電路有所了解，不過學生在學傳感器之前，已經學過了門電路，對非門電路已有所了解，體現了物理由生活走向課堂，再由課堂走向生活。學生主動探究報警電路和光控開路的過程中，當從實驗不成功，再到不斷的重新設計探究，期間培養了和同伴團結協作的精神，再到報警的峰鳴器響起和二極管發光實驗成功時，學生內心對科學的成就感由然而生，真正體現了自主學習，自主探究的精神，提高了學生的科學素養和科學品質。

核心素養還包括信息素養、思維素養、專業素養等等，核心素養的養成不是幾節實驗課就能完成的，需要老師不斷的學習新知識新理念，加強學生動手探究的能力，不斷探索，從而讓學生的素養得到提高。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.高中物理課程標準[S].北京：人民教育出版社，2017.

[2]孫莉. 從高考題看傳感器教學[J].物理教師，2011（8）： 35—37.