创造性思维来源于轻松的教学环境

创造性思维来源于轻松的教学环境——“传感器的应用”教学案例

梅州市梅州中学　郭展明

寒假里,毕业了三年的学生邀请我们这些中学老师参加他们的同学聚会,在谈及高中学习和生活时,现就读于华南理工大学自动控制与机电一体化专业大三的学生黄凯文对我说,正是由于我的一个“传感器的应用”演示实验,使他喜欢上了物理,喜欢上了传感器技术,从而报考了现在的专业。于是,师生一起回忆起当时的那堂课。

高中物理选修3-2模块中的第三章是有关传感器的内容,广东高考考试大纲对“传感器”的内容不作要求,而教学大纲对该部分内容的要求是:知道非电学量转化为电学量的意义；通过实验,知道常见传感器的工作原理；列举传感器在生活和生产中的应用。所以,本部分的内容没有考试的压力。正是由于这个原因,我的教学和学生的学习都显得比平时轻松了许多、活跃了许多。我在教学中并没有按教学大纲的要求来介绍各种传感器的原理、材料、特性等,而是把“传感器的应用”作为教学的重点,就地取材地从一些废旧电器上拆下诸如PTC(正温系数热敏器件)、NTC(负温系数热敏器件)、磁敏器件、光敏器件、压力传感器等,以丰富的演示实验和探究实验开展“传感器的应用”的教学。

以下是这节课的一些教学片段:

在探究了光敏、磁敏等传感器后,我拿起一个从电视机消磁电路中拆下来的PTC热敏电阻进行演示实验。由于有了前面的几个实验,课堂气氛已经相当活跃,学生完全被调动起来了。

老师:让学生配合将PTC热敏器件与一个25W的白炽灯泡串联,再用一条插头线将它连接起来。将这一装置插入插座,会有什么现象？

学生:灯泡会亮。(整个课室充满期待的目光。)

老师:将该装置插入电源插座后,灯泡正常发光。(表扬同学们判断正确。)如果用火焰加热PTC器件,又会看到什么现象呢？

学生:灯泡熄灭!灯泡会更亮!(出现了两种截然不同的答案。)

老师让配合实验的同学点燃打火机,并将火焰靠近PTC器件,灯泡很快熄灭。(许多同学已经站起,面对实验现象发出好奇声,刚才判断熄灭的同学则在鼓掌。)

老师:移开火焰后灯泡又会怎样？

学生:重新亮起来!(异口同声。)

老师示意同学将火焰移开PTC器件,同学们睁大眼睛,期待现象的出现,可是灯泡并没有亮起,等待大约过了五分钟,灯泡始终没有亮起。

老师:(取走了火焰并过了一段时间)灯泡为什么不亮呢？

(有学生在讨论思考,短时间内没人回答。)过了一会,黄凯文同学站起来回答:“是刚才加热太久了,热敏电阻可能被烧坏了!”(也有同学表示同意。)

老师:(表示有可能,但要用实验验证传感器是否被烧坏了。)好的,看看热敏电阻是不是烧坏了。

将该装置从电源插座上拔下来,两分钟后又重新插入插座中,此时灯光又重新亮起来。

学生对实验现象感到新奇,议论纷纷,试图找到答案。

黄凯文同学突然站起来说:“我知道!”

老师示意黄凯文同学回答。

黄凯文:灯泡不亮并不说明没有电流流过,只是电流很小,灯泡不能发光,但由于PTC电阻的阻值很大,很小的电流也能让它维持在较高的温度上,从而保持有较大的电阻值和较小的电流,所以灯泡一直不能发光。当断开电源后,PTC的温度由于散热而降低,电阻又再次变小,重新接通电源后灯泡又能重新发光。灯泡发光后,通过PTC器件的电流也不是很大(25W灯泡),由于PTC的电阻值较小,发热也小,温度不高,所以灯泡能一直正常发光。

老师:很好,回答完全正确。(全班同学报以热烈掌声。黄凯文同学因受到大家的鼓励也很高兴。)

老师:现在我们所演示的传感器的应用还很有限,同学们可以发挥自己的想象力,从本节课所介绍的传感器中进一步开发它们的应用,说不定会有自己的发明创造……

课后,黄凯文同学对我说他有一个想法:利用PTC热敏电阻制作一个“防短路插座”,并向我描述了他的制作设想。我表示赞赏并将PTC器件交给他做实验。

第二天,黄凯文同学兴奋地把做好的“防短路插座”交到我手上。课堂上,我要求黄凯文同学亲自演示他的“防短路插座”。只见他把“防短路插座”插入墙上的电源插座上,然后把白炽灯泡插入“防短路插座”上,灯泡正常发光。然后,他用准备好的短路线将“防短路插座”的两极相碰触,灯泡马上熄灭,拔掉电源两分钟后,重新接入电源,灯泡又重新点亮,制作很成功(全班同学报以热烈掌声),黄凯文同学感受到了成功的喜悦。

本项制作除了有防短路功能外,还有限流功能,当电流超过某一较大的值时会自动截断电源,将它安装在学校实验室作为学生电源使用,有一定的使用和推广价值。经过修改完善后,该小发明被送去参加“青少年科技创新大赛”,获得创造发明组“梅州市二等奖”。黄凯文同学也从此喜欢上物理,更加热衷于研究传感器的应用,常常从网上查找各种传感器的资料,后来报考了自动控制和机电一体化专业。

如果我的教学还是按照教科书的要求,简单地介绍传感器的基本概念,要学生记住常见的几种传感器的特性或拿出几个传感器给学生看看,然后布置作业给学生练习,这将是一节很乏味的课。若我在教学过程中不想方设法做实验,不给学生自由的空间,不给学生思考和讨论的时间,也许就不会有“防短路插座”的产生,黄凯文同学也就不一定会报考自动控制专业。据了解,不少教师在教学“传感器”内容时,只让学生自学,其中的原因之一是由于没有考试压力,因此教师不重视,另一个原因是由于找不到合适的传感器,无法做实验。

反思现在大部分时间的教学,在高考和升学的双重压力下,大部分教师和学生都不敢放开,还是进行常规性的教学,以提高学生的基础知识和解题能力为重,以提高学生的考试成绩为重,至于学生的创造性能力,就看学生自身的造化了。应试教育把教师、家长、学生逼进了“死胡同”,各种实验班、快慢班、提高班层出不穷,尽管教育部坚决取缔,但它们还是有滋生的土壤。注入式、填鸭式教学阻碍和压抑了学生的创造性思维。难怪有外国人说:“中国的教育比我们的扎实,考的分数比我们高,但你们还是要买我们的产品。”学生创造性思维的发展不是一个自然而然的过程,而是一个需要精心培养的过程。只有创造性教育,才能促进学生创造性思维的发展。轻松的教学环境是创造性思维发展的源泉,没有轻松的环境,就没有学生思考的空间,也就没有自己的发现,也就更不可能有创造发明了。