4.3 传感器的发展趋势 教学设计-2023-2024学年高中通用技术粤科版（2019）选择性必修1 电子控制技术

普 通 高 中 教 科 书 《通用技术》选择性必修1 电子控制技术 第四章　传感器与继电器 第 三 节 传感器的发展趋势 教学设计 教学背景 党的二十大报告指出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略”。 通用技术是一门与科学技术息息相关的学科。回顾人类的发展历程，从石器时代、青铜时代、蒸汽机时代直到当今的信息时代，技术进步改变着人类的生活和生产方式。我们的生活、工作、生产处处都要用到技术，例如我们手中拿的圆珠笔和钢笔就是多次技术改造的结果，使我们足不出户就可以了解世界的电视机也是技术发明的成果。认识技术、善用技术，已成为现代人必须具备的素质。 教学目标： 知识与技能目标: 1.认识常见的传感器，如温度传感器、光传感器等。 2.了解传感器的发展趋势。 　　教学内容分析: 本章以电子控制系统的基本组成部分为主线，介绍常用电子元器件及晶体管、模拟电路和数字电路、传感器与继电器。 我们用眼睛观察多彩的世界，用耳朵聆听大自然美妙的声音。感觉器官使我们时刻感觉到外部世界的复杂变化，并通过大脑控制或调整自身的状态，以适应环境的变化。那么，电子控制系统又是通过什么来获取外部信息，最终完成控制任务的呢？ 学情分析: 　　作为高中生，对生活中的技术产品，依据已有的知识和生活经验有了一定的评价意识和评价标准；在学习过程中，学生也已经理解了技术，只是对这些技术的理解和运用是感性的、不全面的。 教学重难点: 认识常见的传感器，如温度传感器、光传感器等。 了解传感器的发展趋势。 教学策略: 本节课教学主要由教师通过实物和多媒体手段设置学习情境，并加以引导，让学生在过程中自主探究、自主建构设计原则知识并形成能力。以为主线案例，其他实物和图片为辅线案例，贯穿教学始终。 教学准备: 展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。 　　教学过程: 　　情景倒入: 老师：本节课我们学习《通用技术》选修1第四章第 三 节 传感器的发展趋势。 随着科学技术的迅猛发展及相关条件的日趋完善，传感器技术逐渐受到人们的重视。 当前传感器技术的研究与发展，特别是基于光电通信和生物学原理的新型传感器技术的发展，已成为推动国家乃至世界信息化产业进步的重要标志与动力。 根据对国内外传感器技术的研究现状分析及对传感器各性能参数的要求，现代传感器技术的发展趋势可以从四个方面分析与概括。 1．新材料的开发及应用 材料是传感器技术的重要基础和前提，是传感器技术升级的重要支撑。事实上由于材料科学的不断发展，传感器材料不断更新，品种不断丰富，目前除传统的半导体材料、陶瓷材料、光导材料、超导材料以外，新型纳米材料的诞生有利于传感器向微型方向发展。随着科学技术的不断进步将有更多的新型材料诞生（图4-35）（参见教材P63）。 2．实现传感器集成化、多功能及智能化 传感器的集成化分为传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。前者是在同一芯片上，将众多同一类型的单个传感器件集成为一维线型、二维阵列（面）型传感器，使传感器的检测参数由点到面到立体多维图像化；后者是将传感器与调理、补偿等电路集成一体化，使传感器由单一的信号变换功能，扩展为兼有放大、运算、干扰补偿等多功能，实现了横向和纵向的多功能化（图4-36）（参见教材P63）。 与传统的传感器相比，智能化传感器具有以下优点。 （1）智能化传感器不但能够对信息进行处理、分析和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断。 （2）智能化传感器具有自诊断和自校准功能，可以用来检测工作环境。 （3） 智能化传感器能够完成多传感器多参数混合测量，从而进一步拓宽了其探测与应用领域，而微处理器的介入使得智能化传感器能够更加方便地对多种信号进行实时处理。 （4）智能化传感器既能够很方便地实时处理所探测到的大量数据，也可以根据需要将它们存储起来。 3．实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化 微型传感器已经对大量不同应用领域，如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的信号探测系统产生了深远影响。目前开发并进入实用阶段的微型传感器已可以用来测量各种物理量、化学量和生物量，如位移、速度、加速度、压力、应力、声、光、电、磁、热、离子浓度及生物分子浓度等（图4-37、图4-38）（参见教材P64）。 4．通过传感器与其他学科的交叉整合，实现无线网络化 无线网络对我们来说并不陌生，如手机、无线上网、电视机。传感器对我们来说也不陌生，如温度传感器。把二者结合在一起作为无线传感器网络，这个网络的主要组成部分就是一个个传感器节点，这些节点可以感受温度的高低、湿度的变化、压力的增减、噪声的升降等。更让人感兴趣的是，