对传感器类科学玩具课程化的研究.docVIP

PAGE PAGE 5 对“传感器类科学玩具”课程化的研究 ——科学玩具物理教育功能开发和研究系列八 （浙江义乌中学 王丹凤 322000） 随着玩具功能的不断开发和设计，市场上越来越多地出现了高新科技类玩具产品，比如声控恐龙、光控娃娃、遥控飞机、机器人等，不仅能给使用者带来玩的乐趣，更有助于激发求知欲望，开发儿童智力，前景一片看好。 图1声控恐龙玩具（如图1）形态逼真、反应灵敏、表情丰富，它还具有逼真的声音和多姿的动作，通过指令可以踱步前进，头部可以大幅度上下左右摆动、张开大口发出咆哮、嚎叫，它会介绍自己的身世、习性等，它融知识性、趣味性、教育性于一体，是恐龙爱好者爱不释手的玩具， 图1 图2电子鸟羽毛鲜艳、形态逼真，放置在形状各异的盒子里，打开盒盖时，它就会“啾啾”地叫个不停，声音婉转，非常可爱，当合上盒盖或者是晚间时，鸟儿就安心地“睡眠”了；晨鸣电子鸟（如图2）于此类似，它可以放置在窗台上，在晚上临睡前合上电源开关，第二天清晨，鸟鸣器便会自动发出鸟叫声，直到主人起床后断开电源为止 图2 这类玩具都是很好地利用了各式各样的传感器，达到电路自动控制的目的。大致有光控、声控、磁控、振动控制、红外线控制等，这为中学物理教学提供了丰富的教育资源，在提高学生的科学素养和技术素养上起到了积极作用。 一、玩具走进课堂，渗透STS教育 19世纪英国著名的教育家斯宾塞先生说：“教学是为了完美的生活。”陶行知先生也说：“生活即教学”。《课程标准》将“传感器”列为选修3-2模块的二级主题，也正集中体现了对科学、技术和社会相互关系的关注，正是有了传感器，现代信息技术才能实现电路的自动化控制。“传感器”这个主题富有浓厚的时代气息，在教学中更应不失时机地加以渗透。 图3在“传感器及其工作原理”中，我课前先把一个光控玩具（如图3）挂在门口，当有人走进来时，它会很热情地说“欢迎光临”，虽然以前在一些商店门口经常见到，但突然出现在课堂上，还是引起了同学们强烈的好奇与关注。紧接着，又拿出玩具猫头鹰放在讲台上，用电筒光去照射它时，它吓得跑开了，跑了半圈后又自动停下来，等再把光照到它脸上，它又会跑半圈，很好地模拟了猫头鹰怕见阳光通常在夜间活动的特性。同学们似乎马上就领悟了其中的奥妙：光在起着控制作用。 图3 然后我拿出婴幼儿特别喜爱的仿真娃娃，拍打它或者拍打桌面，它就开始挥舞着小手和大家说话，如果猛烈地把它摔倒，它会哭着喊救命，一下子让课堂气氛高涨到了极点，体会了玩的乐趣后，学生陆续开始提出这样一个核心问题：谁在指挥着它？通过大家的讨论慢慢把矛头转向了內部藏有的震动感应器。通过这些实物来理解“传感器”概念，初步了解传感器的基本功能。 紧接着，带领同学们探究两个问题： （1）光是如何控制玩具发光发声和动作的？ （2）光传感器在生活中还能有哪些应用？ 图5图4为了能让学生更好地理解电路原理，我们提供给每组学生光敏二极管和发光二极管各一只，干电池2节，导线电键等，首先让学生认识光敏电阻，然后如图4所示连接电路，当闭合电键时就能看见二极管发光，当用手或者黑布遮盖光敏电阻时，发光二极管变暗，有几组同学还在线路中串联上生日贺卡的音乐片，玩的很有趣味性。学生通过动手制作简单的光控电路来深入 图5 图4 图6对于光传感器的应用，同学除了说到晨鸣鸟和怕光猫头鹰等玩具外，还说到了光控大门，电路结构如图5所示，把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方，把带动大门的电动机接在干簧管的电路中，夜间汽车开到大门前，灯光照射光敏电阻时，电路导通，使干簧继电器接通电动机电路，电动机带动大门打开；由此将该原理推广，将电动机装在玩具猫头鹰中，就做成会走动的怕光猫头鹰；将电动机换成蜂鸣器，就做成一个晨鸣电子鸟了，让学生举一反三。说明工作原理后，我再拿出实物电路进行演示，不仅了解了光传感器，知道了电路的结构以及原理 图6 +5V0VRXRt电铃PDAY1图7同学又举例了生活中火灾报警器，在此我就不失时机地提出了火灾报警器的两种典型类型：温度火灾报警器和烟雾火灾报警器，如图6是烟雾散射式火灾报警器，带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板，正常时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。当火灾发生时，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，使其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报； +5V 0V R X Rt 电铃 P D A Y 1 图7 图8霍尔元件作为新型磁敏元件对学生而言颇为生疏，而实际上在电子电路中经常能见到，例如在一些智能玩具、电动自行车的调速手柄、汽车上测量发动机转速等都能找到，在课堂中我们从智能电子恐龙玩具上拆卸下霍尔元件用于“霍尔效应”的教学，如图8所示，