基于核心素养下的高中物理教学实践

阮伟文

摘   要：物理教学不仅仅是传递物理知识给学生，而是要在教学中培养学生的科学思维，从而提高学生的核心素养， 本文以“传感器的应用”教学为例，探索在课堂教学中如何培养学生的核心素养。

关键词：核心素养;传感器;教学

物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，是学生科学素养的关键成分。物理核心素养的四大要素：物理观念、科学思维、实验探究、科学态度和责任[ 1 ]。

物理是自然科学的一个分支，这门学科是以实验为基础的，它相比别的学科，更肩负着对学生培养核心素养的重任，而现在我们身处大数据和人工智能大爆炸的时代，如何在课堂教学中培养学生的科学思维呢，笔者以人教版3-2第六章“传感器的应用”为例，对在课堂中如何培养学生的核心素养进行了初探，具体从以下几个方面践行。

1  巧用人工智能引入，培养学生的信息素养

现在是人工智能大爆炸的时代，机器人在我们生活中有了广泛的应用。教师播放：第一个具有公民身份的机器人索菲亚视频。教师引导传感器就是机器人重要的组成部分。人类是靠感觉器官来获取外界信息，机器人也是依靠感觉器官来获取外界信息的，不过机器人的感觉器官是各种各样的传感器。介绍如图1机器人的组成部分：左边是机器人的传感器，中间是处理器，右边是执行器。左边与人的器官的对应的从上到下依次是烟雾传感器，超声传感器（含收发），声音传感器和温度传感器右边是喇叭和电机，作为输出控制部件。左边是4个是输入（鼻子，眼睛，耳朵和皮肤），右边2个是输出（嘴巴（说话）和关节（动作）），由大脑对左边输入信号进行处理，控制右边的输出。烟雾传感器模拟鼻子对气体浓度的检测，超声传感器模拟眼睛的测距（避障），声音传感器器模拟耳朵的音量的检测，温度传感器模拟皮肤对周围环境的感知，我们编程写代码，将要实现的流程写入处理器中，处理器对传感器采集的数据进行处理，然后控制输出部件的动作。

老师再介绍生活中的机器人，比如搜救机器人、扫地机器人、生产线机器人等等，通过介绍机器人，把前沿科技引入我们的高中课堂，激发了学生的兴趣和探究情感，提高了学生的素质。

2  利用物理实验，培养学生的思维素养

2.1  实验1： 模拟机器人

在对机器人有了初步的认识后，老师提出用数字实验室和传感器来模拟机器人的感觉器官。数字化信息系统实验室（DIS实验室），它是由传感器、数据采集器和计算机软件、显示数据图形的电脑组成。教师让学生分组实验使用溫度传感器、声音传感器和测距传感器，来模拟机器人的皮肤、嘴巴和眼睛。也可以请学生拿着传感器高歌一曲，如图2是学生使用声传感器的声音频率的图象，教师指出声音传感器是能够把声信号变成电信号的器件。在愉悦的探究环境中模拟机器人，学生非常感兴趣，既体验了传感器，又收获了新知识。

通过DIS实验的小组体验式的探究，教师引导学生总结出传感器是一类特别的元件，它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流、电容等电学量或转换为电路的通断，简单地说：传感器就是把非电学量按一定的规律转化为电学量的器件或装置[ 2 ]。这样由学生通过DIS实验室体验到传感器的功能，而不是老师硬把知识灌输给学生，真正体现了学生自主探究的精神，培养了科学思维。

2.2  实验2：光传感器的音乐盒

教师拿出音乐盒，打开盒子，播放学生喜欢的音乐， 但是关上盖子，音乐停止，教师提问：音乐的工作开关又在哪里？开启的条件是什么？学生猜测：是由于光照强度的改变。教师拿出音乐卡片的集成块，投到屏幕上，让同学上来指出和光照强度有关的图3传感器光敏电阻。播放学生喜欢的音乐，激发学生学习的兴趣，叫学生从音乐卡片的集成块中自己指出光敏电阻，更体现了严谨的科学态度。

2.3  实验3：体验干簧管

当把磁铁靠近如图4装置蜂鸣器会响，把磁铁移开，警报消除。教师提问：有怎样的装置，才能实现这样的控制？师生探究：把装置投影到大屏幕上，了解干簧管的结构特点。知道工作原理：干簧管核心部件是由两个由磁性材料制成的弹性簧片，当把磁铁靠近干簧管，磁性簧片被磁化后相互吸引，将电路接通，干簧管相当于一个开关。这个电路我们用到了面包板，让电路变得更简洁，同时也让学生拓展了眼界，更好的理解了干簧管的原理。

通过教师总结了热敏电阻、光敏电阻和干簧管的特点，引导学生传感器其实就像一个开关，在以上的三个实验中，学生不断去探索去发现，不断地创造惊喜，从而对传感器有了更深的了解，体验了科学的情感，培养了科学思维。

3  实验探究传感器在生活中的应用，提高学生的科学素养

3.1  实验探究1：光控开关

（1）情景：使路灯天亮熄灭，天暗自动开启。

（2）教师引导用光敏电阻来做光控开关，分组讨论设计出电路并理论分析图5光控开关电路的原理。

（3）学生根据电路以及给定的实验器材：集成非门电路芯片、导线、定值电阻（220Ω）1个，面包板1块;面包板电源模块1个; 27KΩ定值电阻1个;光敏电阻二级管1个;公对公杜邦线若干。同学们进行分组实验探究，成功探究出图6（用手挡住光敏电阻时，二极管发光，实现天亮自动开启）。

3.2  实验探究2：火灾报警器

（1）情景：发生火灾时，环境温度升高，报警器发出警报。

（2）教师引导用热敏电阻来做成火灾报警器，分组讨论设计出图7电路并理论分析报警电路的原理。

（3）学生根据电路以及给定的实验器材：集成门电路芯片、面包板、峰鸣器、热敏电阻、导线、定值电阻（51Ω），热水一杯，同学们进行分组实验探究，成功探究出图8的电路（当把热敏电阻放入热水中时，警报响了）。

这两个自主讨论设计的传感器的实验，对学生的要求很高，即有用到面包板，还要对集成块逻辑电路有所了解，不过学生在学传感器之前，已经学过了门电路，对非门电路已有所了解，体现了物理由生活走向课堂，再由课堂走向生活。学生主动探究报警电路和光控开路的过程中，当从实验不成功，再到不断的重新设计探究，期间培养了和同伴团结协作的精神，再到报警的峰鸣器响起和二极管发光实验成功时，学生内心对科学的成就感由然而生，真正体现了自主学习，自主探究的精神，提高了学生的科学素养和科学品质。

核心素养还包括信息素养、思维素养、专业素养等等，核心素养的养成不是几节实验课就能完成的，需要老师不断的学习新知识新理念，加强学生动手探究的能力，不断探索，从而让学生的素养得到提高。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.高中物理课程标准[S].北京：人民教育出版社，2017.

[2]孙莉. 从高考题看传感器教学[J].物理教师，2011（8）： 35—37.