基于核心素養(yǎng)下的高中物理教學(xué)實(shí)踐

阮偉文

摘? ?要：物理教學(xué)不僅僅是傳遞物理知識(shí)給學(xué)生，而是要在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，從而提高學(xué)生的核心素養(yǎng)， 本文以“傳感器的應(yīng)用”教學(xué)為例，探索在課堂教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);傳感器;教學(xué)

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵成分。物理核心素養(yǎng)的四大要素：物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任[ 1 ]。

物理是自然科學(xué)的一個(gè)分支，這門學(xué)科是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，它相比別的學(xué)科，更肩負(fù)著對(duì)學(xué)生培養(yǎng)核心素養(yǎng)的重任，而現(xiàn)在我們身處大數(shù)據(jù)和人工智能大爆炸的時(shí)代，如何在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維呢，筆者以人教版3-2第六章“傳感器的應(yīng)用”為例，對(duì)在課堂中如何培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)進(jìn)行了初探，具體從以下幾個(gè)方面踐行。

1? 巧用人工智能引入，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)

現(xiàn)在是人工智能大爆炸的時(shí)代，機(jī)器人在我們生活中有了廣泛的應(yīng)用。教師播放：第一個(gè)具有公民身份的機(jī)器人索菲亞視頻。教師引導(dǎo)傳感器就是機(jī)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(jī)器人也是依靠感覺器官來獲取外界信息的，不過機(jī)器人的感覺器官是各種各樣的傳感器。介紹如圖1機(jī)器人的組成部分：左邊是機(jī)器人的傳感器，中間是處理器，右邊是執(zhí)行器。左邊與人的器官的對(duì)應(yīng)的從上到下依次是煙霧傳感器，超聲傳感器（含收發(fā)），聲音傳感器和溫度傳感器右邊是喇叭和電機(jī)，作為輸出控制部件。左邊是4個(gè)是輸入（鼻子，眼睛，耳朵和皮膚），右邊2個(gè)是輸出（嘴巴（說話）和關(guān)節(jié)（動(dòng)作）），由大腦對(duì)左邊輸入信號(hào)進(jìn)行處理，控制右邊的輸出。煙霧傳感器模擬鼻子對(duì)氣體濃度的檢測(cè)，超聲傳感器模擬眼睛的測(cè)距（避障），聲音傳感器器模擬耳朵的音量的檢測(cè)，溫度傳感器模擬皮膚對(duì)周圍環(huán)境的感知，我們編程寫代碼，將要實(shí)現(xiàn)的流程寫入處理器中，處理器對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后控制輸出部件的動(dòng)作。

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

2? 利用物理實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的思維素養(yǎng)

2.1? 實(shí)驗(yàn)1： 模擬機(jī)器人

在對(duì)機(jī)器人有了初步的認(rèn)識(shí)后，老師提出用數(shù)字實(shí)驗(yàn)室和傳感器來模擬機(jī)器人的感覺器官。數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（DIS實(shí)驗(yàn)室），它是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)軟件、顯示數(shù)據(jù)圖形的電腦組成。教師讓學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)使用溫度傳感器、聲音傳感器和測(cè)距傳感器，來模擬機(jī)器人的皮膚、嘴巴和眼睛。也可以請(qǐng)學(xué)生拿著傳感器高歌一曲，如圖2是學(xué)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(hào)變成電信號(hào)的器件。在愉悅的探究環(huán)境中模擬機(jī)器人，學(xué)生非常感興趣，既體驗(yàn)了傳感器，又收獲了新知識(shí)。

通過DIS實(shí)驗(yàn)的小組體驗(yàn)式的探究，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)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(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流、電容等電學(xué)量或轉(zhuǎn)換為電路的通斷，簡(jiǎn)單地說：傳感器就是把非電學(xué)量按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的器件或裝置[ 2 ]。這樣由學(xué)生通過DIS實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)到傳感器的功能，而不是老師硬把知識(shí)灌輸給學(xué)生，真正體現(xiàn)了學(xué)生自主探究的精神，培養(yǎng)了科學(xué)思維。

2.2? 實(shí)驗(yàn)2：光傳感器的音樂盒

教師拿出音樂盒，打開盒子，播放學(xué)生喜歡的音樂， 但是關(guān)上蓋子，音樂停止，教師提問：音樂的工作開關(guān)又在哪里？開啟的條件是什么？學(xué)生猜測(cè)：是由于光照強(qiáng)度的改變。教師拿出音樂卡片的集成塊，投到屏幕上，讓同學(xué)上來指出和光照強(qiáng)度有關(guān)的圖3傳感器光敏電阻。播放學(xué)生喜歡的音樂，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，叫學(xué)生從音樂卡片的集成塊中自己指出光敏電阻，更體現(xiàn)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

2.3? 實(shí)驗(yàn)3：體驗(yàn)干簧管

當(dāng)把磁鐵靠近如圖4裝置蜂鳴器會(huì)響，把磁鐵移開，警報(bào)消除。教師提問：有怎樣的裝置，才能實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)。知道工作原理：干簧管核心部件是由兩個(gè)由磁性材料制成的彈性簧片，當(dāng)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(dāng)于一個(gè)開關(guān)。這個(gè)電路我們用到了面包板，讓電路變得更簡(jiǎn)潔，同時(shí)也讓學(xué)生拓展了眼界，更好的理解了干簧管的原理。

通過教師總結(jié)了熱敏電阻、光敏電阻和干簧管的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生傳感器其實(shí)就像一個(gè)開關(guān)，在以上的三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生不斷去探索去發(fā)現(xiàn)，不斷地創(chuàng)造驚喜，從而對(duì)傳感器有了更深的了解，體驗(yàn)了科學(xué)的情感，培養(yǎng)了科學(xué)思維。

3? 實(shí)驗(yàn)探究傳感器在生活中的應(yīng)用，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

3.1? 實(shí)驗(yàn)探究1：光控開關(guān)

（1）情景：使路燈天亮熄滅，天暗自動(dòng)開啟。

（2）教師引導(dǎo)用光敏電阻來做光控開關(guān)，分組討論設(shè)計(jì)出電路并理論分析圖5光控開關(guān)電路的原理。

（3）學(xué)生根據(jù)電路以及給定的實(shí)驗(yàn)器材：集成非門電路芯片、導(dǎo)線、定值電阻（220Ω）1個(gè)，面包板1塊;面包板電源模塊1個(gè); 27KΩ定值電阻1個(gè);光敏電阻二級(jí)管1個(gè);公對(duì)公杜邦線若干。同學(xué)們進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)探究，成功探究出圖6（用手擋住光敏電阻時(shí)，二極管發(fā)光，實(shí)現(xiàn)天亮自動(dòng)開啟）。

3.2? 實(shí)驗(yàn)探究2：火災(zāi)報(bào)警器

（1）情景：發(fā)生火災(zāi)時(shí)，環(huán)境溫度升高，報(bào)警器發(fā)出警報(bào)。

（2）教師引導(dǎo)用熱敏電阻來做成火災(zāi)報(bào)警器，分組討論設(shè)計(jì)出圖7電路并理論分析報(bào)警電路的原理。

（3）學(xué)生根據(jù)電路以及給定的實(shí)驗(yàn)器材：集成門電路芯片、面包板、峰鳴器、熱敏電阻、導(dǎo)線、定值電阻（51Ω），熱水一杯，同學(xué)們進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)探究，成功探究出圖8的電路（當(dāng)把熱敏電阻放入熱水中時(shí)，警報(bào)響了）。

這兩個(gè)自主討論設(shè)計(jì)的傳感器的實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生的要求很高，即有用到面包板，還要對(duì)集成塊邏輯電路有所了解，不過學(xué)生在學(xué)傳感器之前，已經(jīng)學(xué)過了門電路，對(duì)非門電路已有所了解，體現(xiàn)了物理由生活走向課堂，再由課堂走向生活。學(xué)生主動(dòng)探究報(bào)警電路和光控開路的過程中，當(dāng)從實(shí)驗(yàn)不成功，再到不斷的重新設(shè)計(jì)探究，期間培養(yǎng)了和同伴團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，再到報(bào)警的峰鳴器響起和二極管發(fā)光實(shí)驗(yàn)成功時(shí)，學(xué)生內(nèi)心對(duì)科學(xué)的成就感由然而生，真正體現(xiàn)了自主學(xué)習(xí)，自主探究的精神，提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)品質(zhì)。

核心素養(yǎng)還包括信息素養(yǎng)、思維素養(yǎng)、專業(yè)素養(yǎng)等等，核心素養(yǎng)的養(yǎng)成不是幾節(jié)實(shí)驗(yàn)課就能完成的，需要老師不斷的學(xué)習(xí)新知識(shí)新理念，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手探究的能力，不斷探索，從而讓學(xué)生的素養(yǎng)得到提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2017.

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