談?wù)剛鞲衅鹘虒W(xué)中隨堂實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與思考

崔衛(wèi)國(guó) 薛仁芳

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

本節(jié)課在實(shí)施新課程的理念方面進(jìn)行了較為深入的實(shí)踐,特別是學(xué)生的“隨堂實(shí)驗(yàn)”活動(dòng),在達(dá)成課堂教學(xué)的感性與理性的交融上得到了同行的一致認(rèn)可,本人對(duì)此感悟的層次也在不斷提升中.現(xiàn)就本節(jié)課中設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的隨堂實(shí)驗(yàn)展示如下.

1 將干簧管與開(kāi)關(guān)并聯(lián),在對(duì)比中初識(shí)傳感器的一般特點(diǎn)

元件來(lái)源:在電子市場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)有這樣的內(nèi)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(nèi)部,因此在認(rèn)識(shí)它的功能時(shí)就具有了一定的神秘感,在教學(xué)中將它用于激發(fā)疑問(wèn),觸發(fā)學(xué)生迫切探究的愿望便能夠達(dá)成.

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):安排學(xué)生進(jìn)行隨堂實(shí)驗(yàn)1(設(shè)計(jì)電路如圖2),將開(kāi)關(guān)和干簧管并聯(lián),閉合開(kāi)關(guān),燈亮;斷開(kāi)開(kāi)關(guān),燈不亮,但將磁鐵靠近干簧管,燈又亮了.

圖1

圖2

這種學(xué)生隨堂實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)目的是借助并聯(lián)引發(fā)的對(duì)比達(dá)到認(rèn)識(shí)干簧管的“磁開(kāi)關(guān)”作用,從而展示磁傳感器的一個(gè)特點(diǎn):能感受磁的信息并轉(zhuǎn)換成電路的通斷.教者在強(qiáng)調(diào)“感”和“傳”的含義的同時(shí)展示實(shí)物(如圖3),讓學(xué)生及時(shí)體會(huì)到這個(gè)傳感器并不神秘,結(jié)構(gòu)竟如此簡(jiǎn)單.

接下來(lái)演示并討論干簧管的應(yīng)用——“水位控制開(kāi)關(guān)”.如圖 4所示,當(dāng)水位上升到一定位置時(shí),燈就亮起(圖4中左圖,豎直管中內(nèi)置干簧管,浮子中安有磁環(huán)).目的是向?qū)W生傳遞一種創(chuàng)新、應(yīng)用的意識(shí):“干簧管雖小,作用挺大,我們也能將它用在某個(gè)地方”.

圖3

圖4

效果反饋:圖2中的實(shí)驗(yàn)電路的最初設(shè)想是將干簧管與開(kāi)關(guān)串聯(lián),在課堂中有不少學(xué)生因?yàn)檫B接線的接觸不良燈泡不能亮起,學(xué)生探究興趣頓失.改用干簧管與開(kāi)關(guān)并聯(lián)后,不但線路故障少了,干簧管的磁開(kāi)關(guān)的作用在對(duì)比中更得到彰顯.

2 設(shè)計(jì)輸出霍爾電壓的電路,在對(duì)比中關(guān)注霍爾傳感器的廣泛應(yīng)用

元件來(lái)源:在電子市場(chǎng)購(gòu)得兩類(lèi)霍爾元件,開(kāi)關(guān)型和線性型,兩種元件在傳感器的應(yīng)用中都有廣泛的使用.從讓學(xué)生獲得實(shí)踐感受的教學(xué)理念出發(fā),教學(xué)中很有必要讓學(xué)生充分了解這兩種輸出電壓的存在.

圖5

圖6

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):輸出線性電壓的電路如圖5,輸出的開(kāi)關(guān)電壓的電路如圖6,根據(jù)相應(yīng)電路制作成隨堂實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)電路板中選用的霍爾元件,里面已經(jīng)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(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)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(nèi)兩個(gè)元件均不易損壞.

在課堂中兩位學(xué)生為一組,利用這種開(kāi)關(guān)型和線性型霍爾元件的電路(見(jiàn)圖8)可以采集輸出電壓的數(shù)據(jù)或波形,學(xué)生能切實(shí)體會(huì)到傳感器在快速反應(yīng)、精確測(cè)量方面的功能.課堂中,學(xué)生既感受到霍爾電壓的生成,又在交換測(cè)量和觀察中得到比較,從而將平時(shí)學(xué)習(xí)的理論與實(shí)際的電路圖景進(jìn)行有效結(jié)合,給學(xué)生提供了一種可以留下深刻回憶或隨時(shí)提取的信息“源”.

圖7

圖8

效果反饋:輸出電壓的數(shù)據(jù)或波形建議用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電壓傳感器采集.當(dāng)學(xué)生改變手中磁棒與霍爾元件的距離或角度時(shí)(如圖9),學(xué)生手中磁棒的控制節(jié)奏與輸出的電壓波形一一對(duì)應(yīng)(如圖10),那種感覺(jué)是美的,就是所謂的感性與理性的交融吧.隨后介紹的轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用、電子羅盤(pán)的原理等等,學(xué)生既有強(qiáng)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(dāng)?shù)慕獯?

從上面課堂教學(xué)中實(shí)施的幾個(gè)隨堂實(shí)驗(yàn)可以感受到這節(jié)課所期待的教育教學(xué)目標(biāo)已經(jīng)達(dá)成,那就是深化課堂實(shí)踐的理念,力求感性與理性的交融.

圖9

圖10