5.2 设计制作：用传感器制作自控装置教学设计高中物理上海科教版选修2-1-沪教版2007

5.2设计制作：用传感器制作自控装置教学设计高中物理上海科教版选修2-1-沪教版2007科目XX授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师Xx老师授课班级、授课课时2025年授课题目（包括教材及章节名称）5.2设计制作：用传感器制作自控装置教学设计高中物理上海科教版选修2-1-沪教版2007教学内容一、教学内容本节课选自上海科教版选修2-1第五章“传感器及其应用”，对应沪教版2007教材第5.2节“设计制作：用传感器制作自控装置”。内容包括：常用传感器（光敏、热敏、声控等）的工作原理；自控装置的基本组成（传感器、控制电路、执行机构）；以光控路灯、温控报警器为例，引导学生设计电路方案、选择元件、组装调试，理解传感器在自动控制中的应用，培养实践能力与工程思维。核心素养目标二、核心素养目标物理观念：理解传感器（光敏、热敏等）的工作原理，建立物理模型；科学探究：经历自控装置设计、组装、调试过程，提升实验探究能力；科学思维：分析自控装置中传感器与控制电路的逻辑关系，培养创新思维；科学态度与责任：体会传感器技术在自动控制中的应用价值，增强实践意识与责任担当。重点难点及解决办法重点：自控装置设计制作流程（传感器选型、电路设计、组装调试），源于实践环节的核心要求。

难点：传感器工作原理理解（如光敏电阻特性曲线）及电路调试故障排查，源于理论到实践的转化障碍。

解决方法：原理部分用类比法（如光敏电阻比作“电子眼”）；调试采用分步验证法（先测传感器输出，再连控制电路）。

突破策略：小组合作设计，教师巡回指导关键节点（如继电器触发电压匹配），结合光控路灯案例强化应用逻辑。教学资源准备1.教材：确保每位学生配备上海科教版选修2-1教材，重点标注第5.2节内容。

2.辅助材料：准备传感器工作原理示意图、光控路灯电路图、温控报警器组装视频。

3.实验器材：分组配备光敏电阻、热敏电阻、继电器、面包板、导线、电源及安全防护用具。

4.教室布置：设置6个实验操作台，每组配备基础工具；预留多媒体展示区用于电路图演示。教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对传感器自控装置的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“同学们，生活中哪些设备能自动实现控制？比如天黑自动亮的路灯、温度过高就响的报警器，它们是如何感知并做出反应的？”

展示智能路灯自动启闭、电饭煲保温系统的视频片段，让学生直观感受自动控制的便捷性。

简短介绍传感器作为“电子感官”的核心作用，强调其在现代科技中的基础地位，为后续学习奠定认知基础。

2.传感器基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生掌握传感器的基本概念、类型及工作原理。

过程：

讲解传感器的定义：能将非电学量（光、热、声等）转化为电学信号的元件。

结合教材图示，分类介绍光敏电阻（光照变化→阻值变化）、热敏电阻（温度变化→阻值变化）、声控传感器（声波→电信号）的结构与特性。

以教室窗帘自动调节为例，说明光敏电阻如何通过阻值变化控制电机转动，建立“感知-信号-控制”的逻辑链。

3.自控装置案例分析（20分钟）

目标：通过典型装置拆解，深化对传感器应用的理解。

过程：

案例1：光控路灯（教材P78）

-展示电路图：光敏电阻与继电器串联，路灯接在继电器常开触点。

-分析原理：光照弱→光敏电阻阻值增大→继电器吸合→路灯亮；反之则灭。

案例2：温控报警器（教材P79）

-演示热敏电阻分压电路：温度升高→热敏电阻阻值减小→输出电压升高→触发蜂鸣器。

小组讨论：“如何改进光控路灯使其在雨天也能正常工作？”引导思考环境干扰因素及补偿方案。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：培养工程思维与协作能力。

过程：

分组（4人/组）发放任务卡：

-任务1：设计一个能检测土壤湿度的自动浇水装置（选用湿度传感器）。

-任务2：优化温控报警器的灵敏度（调整分压电阻阻值）。

小组绘制电路草图，标注关键元件参数，记录设计难点（如传感器阈值设定）。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：提升表达与批判性思维能力。

过程：

每组派代表展示方案：

-土壤湿度组：湿度传感器→比较器→继电器→水泵电路，强调防腐蚀措施。

-温控优化组：通过串联可调电阻实现温度阈值自定义，演示电路仿真结果。

师生互评：

-教师指出湿度传感器需注意电源稳定性；

-学生提问：“如何避免水泵频繁启停？”引出滞后电路设计概念。

6.课堂小结（5分钟）

目标：巩固核心知识，强化实践意识。

过程：

梳理本节课主线：传感器原理→信号转换→控制逻辑→装置实现。

强调传感器技术是智能化的基础，鼓励学生观察生活中的自动控制现象（如电梯门感应）。

布置作业：

-基础题：绘制光控路灯完整电路图，标注各元件作用。

-拓展题：设计一个基于声音传感器的教室灯光节能装置，说明工作流程。学生学习效果六、学生学习效果

一、知识体系的系统化构建

学生能够准确阐述传感器的基本概念，区分光敏电阻、热敏电阻、声控传感器等不同类型传感器的特性及其工作原理。例如，学生能结合教材P78内容，说明光敏电阻在光照强度变化时阻值的变化规律，并解释其在光控路灯电路中如何通过阻值变化控制继电器吸合与断开。对于温控报警器（教材P79），学生能分析热敏电阻分压电路中温度升高导致输出电压变化，进而触发蜂鸣器的逻辑过程。在自控装置组成方面，学生能清晰描述传感器作为“感知层”、控制电路作为“处理层”、执行机构（如继电器、电机）作为“执行层”的协同关系，形成完整的知识框架。

二、实践操作能力的显著提升

学生在小组讨论与实验操作中，展现出较强的动手设计与问题解决能力。例如，在设计土壤湿度自动浇水装置时，学生能根据教材中湿度传感器的特性，选择合适的传感器型号，并绘制包含湿度传感器、比较器、继电器和水泵的电路草图，标注关键参数（如传感器阈值电压、继电器工作电流）。在装置调试环节，学生能运用分步验证法排查故障：如发现路灯不亮时，先测量光敏电阻阻值是否随光照变化，再检查继电器两端电压是否达到吸合阈值，最后验证触点是否正确连接负载。这一过程不仅强化了学生的实验技能，还培养了其严谨的科学态度。

三、科学思维的深度发展

学生通过案例分析，逐步建立起从“现象-原理-应用”的逻辑推理能力。以光控路灯案例为例，学生能主动思考环境干扰因素（如雨天光照变化），提出改进方案（如增加雨敏传感器或光照补偿电路），体现批判性思维与创新意识。在温控报警器优化讨论中，学生通过调整分压电阻阻值，理解灵敏度与阈值设定的关系，学会运用控制变量法分析电路参数变化对系统性能的影响。此外，学生在展示环节能清晰阐述设计思路，如“土壤湿度组”通过对比不同湿度传感器的线性度，选择更适合长期使用的电容式传感器，展现出对技术选型的理性分析能力。

四、科学态度与责任意识的强化

学生深刻体会到传感器技术在现代生活中的广泛应用价值，如智能路灯的节能作用、温控报警器的安全保障功能，增强了科技服务社会的责任感。在实验过程中，学生严格遵守安全规范，如使用低压电源、避免短路操作，培养了严谨的实验习惯。小组合作中，学生分工明确（如电路设计、元件选型、数据记录），主动分享成果、倾听他人意见，提升了团队协作意识。课后作业中，学生能结合教材知识设计创新装置，如“声音传感器的教室灯光节能装置”，说明其工作流程（“检测到声音→传感器输出信号→继电器吸合→灯光亮；延迟后自动灭”），体现了知识迁移与应用能力。

五、分层学习目标的达成

基础层次学生能掌握传感器基本原理和简单装置（如光控路灯）的设计组装；能力较强学生能完成复杂装置设计（如土壤湿度浇水系统），并优化性能参数；拔尖学生能结合多传感器技术（如光敏+雨敏）提出创新方案，如“智能环境调节系统”，实现光照、湿度、温度的协同控制，体现了分层教学的有效性。

综上，本节课的学习使学生在知识掌握、实践能力、科学思维和责任意识等方面均达到预期目标，为后续传感器技术的深入学习奠定了坚实基础，充分体现了物理学科核心素养的培养要求。板书设计①核心概念

-传感器定义：非电学量→电学信号的转换元件

-类型：光敏电阻（光照→阻值）、热敏电阻（温度→阻值）、声控传感器（声波→电信号）

-自控装置组成：感知层（传感器）、处理层（控制电路）、执行层（继电器/电机）

②案例分析

-光控路灯：光照弱→光敏电阻阻值↑→继电器吸合→路灯亮

-温控报警器：温度↑→热敏电阻阻值↓→分压电压↑→蜂鸣器触发

③应用与拓展

-小组设计方向：土壤湿度装置（湿度传感器→比较器→继电器→水泵）、温控优化（调整分压电阻）

-课后延伸：声音传感器灯光节能装置（声波→信号→继电器→灯光亮灭）典型例题讲解例题1：光控路灯电路中，光敏电阻R与定值电阻R0串联接在电源两端，路灯接在继电器常开触点。当光照减弱时，光敏电阻阻值如何变化？路灯状态如何？

答：光照减弱→光敏电阻阻值增大→分压增大→继电器吸合→路灯亮。

例题2：温控报警器采用热敏电阻Rt与电阻R1分压，当温度升高时，Rt阻值减小，输出电压如何变化？触发蜂鸣器的条件是什么？

答：Rt阻值减小→分压减小（若Rt在下方则输出电压增大）→当输出电压达到蜂鸣器触发电压时报警。

例题3：设计一个声控台灯装置，需包含声控传感器、继电器和台灯。简述声音信号如何控制台灯亮灭。

答：声控传感器接收声音→输出电信号→经放大电路驱动继电器→继电器吸合时台灯亮，断开时灭。

例题4：光控路灯不亮，可能的原因有哪些？（写出两点）

答：①光敏电阻损坏，阻值不随光照变化；②继电器线圈断路，无法吸合；③路灯灯丝断路。

例题5：温控报警器需在60℃时触发，已知热敏电阻在60℃时阻值为100Ω，电源电压6V，蜂鸣器触发电压需≥3V，求串联电阻R1的阻值。

答：分压公式：U蜂=Rt/(R1+Rt)×U，代入3V=100/(R1+100)×6，解得R1=100Ω。教学反思这节课围绕传感器自控装置的设计制作展开，整体效果符合预期。学生在光控路灯和温控报警器的案例分析中，能快速建立“传感器-信号-控制”的逻辑链，但实践环节暴露出两个问题：部分小组在调试光控电路时，对继电器触点常开/常闭的连接理解模糊，导致路灯无法正常亮灭；温控报警器的分压计算中，基础较弱的学生对公式应用不够熟练。下次可增加继电器触点连接的实物演示，并设计分层练习题巩固分压原理。小组讨论时，土壤湿度装置的设计方案普遍缺乏对传感器抗干扰的考虑，需在案例中强化环境适应性分析。课后作业反馈显示，学生能准确复述课本原理，但创新设计较少，后续可引入多传感器协同案例（如光敏+雨敏）拓展思维。整体而言，本节课实现了知识向能力的转化，但需在工程思维培养上进一步深化。教学评价与反馈1.课堂表现：学生能主动响应传感器原理提问，如光敏电阻“光照弱→阻值大”的规律回答准确率达90%，但对继电器常开触点控制逻辑理解较浅，需实物演示辅助。

2.小组讨论成果：土壤湿度装置组能结合教材湿度传感器特性设计“传感器→比较器→继电器→水泵”电路，标注阈值电压；温控优化组通过调整分压电阻实现60℃