單片機在物理教學中應(yīng)用的策略研究

俞如東

摘 要：如果在物理教學中，根據(jù)教學要求，自行設(shè)計基于單片機的電路板，利用各類感應(yīng)芯片和輸出設(shè)備，實現(xiàn)各種感應(yīng)輸出和交互體驗，從而可以極大地提升教學的效果。

關(guān)鍵詞：單片機；物理教學；策略

單片機又稱單片微控制器。它把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上，相當于一個微型的計算機。單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如手機、平板、機器人、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型電飯煲、智能型洗衣機等。如果在物理教學中，根據(jù)教學要求，自行設(shè)計基于單片機的電路板，利用各類感應(yīng)芯片和輸出設(shè)備，實現(xiàn)各種感應(yīng)輸出和交互體驗，從而可以極大地提升教學的效果。下面我從自己的教學實際出發(fā)，談?wù)勛灾茊纹瑱C技術(shù)在物理教學中應(yīng)用的幾點認識。

一、利用自制單片機電路板改進實驗器材，提高物理實驗教學的有效性

初中物理實驗教學中普遍存在實驗展示效果不明顯、測量精度不高、實驗操作繁瑣等問題。例如在初中物理教學中，涉及測量不同顏色色光的熱效應(yīng)實驗，具體操作是用三棱鏡將太陽光分解成七種單色光，然后用玻璃泡涂黑的溫度計進行溫度測量。但是由于普通實驗溫度計，只能精確到1攝氏度，且無法將溫度測量的結(jié)果放大展示出來，造成實驗的精確度、展示性、效果性都大打折扣。如果將單片機用在溫度計的改進上，即用單片機為核心，配以溫顯探頭和數(shù)碼管顯示屏，自制一塊數(shù)碼管顯示的溫度計。不但測量精確且展示效果好，還可以應(yīng)用在普通溫度計很難直接測量的場合。

二、利用自制單片機電路板制作實驗器材，提升物理教學的趣味性

人們常說興趣是最好的老師。隨著信息時代的發(fā)展，學生的眼界和知識面越來越開闊，在物理教學中要實現(xiàn)趣味性，需要花更多心思優(yōu)化實驗的設(shè)計和實驗器材的選擇。

根據(jù)多年的教學經(jīng)驗，我認為要讓物理教學具有一定的趣味性，一定要緊跟時代的潮流，貼進學生的生活。只有實現(xiàn)以上兩點，學生才能對實驗的設(shè)計和器材產(chǎn)生親切感，激發(fā)好奇心和求知欲。而利用單片機技術(shù)制作的實驗器材，由于其天生具有智能化、科技感等特點，在提升實驗教學趣味性上有其明顯優(yōu)勢。例如在講解串并聯(lián)電路設(shè)計實例時，會提到十字路口的紅綠燈電路設(shè)計。這個設(shè)計需要學生利用多個開關(guān)控制紅燈、綠燈、黃燈的切換，而很多學生對紅綠燈的切換原理并不清楚，且該實驗設(shè)計相對復(fù)雜，學生自行設(shè)計的難度較大。而現(xiàn)實中，十字路口的紅綠燈是通過單片機編程后實現(xiàn)自動切換的。如果利用自制單片機電路板，編寫簡單的切換代碼，并外加四面紅、綠、黃LED燈，可以非常直觀地展示紅綠燈的工作原理。當學生看到一塊小小的單片機電路板竟然可以實現(xiàn)紅綠燈切換，在驚訝和好奇中，踴躍嘗試用多個開關(guān)實現(xiàn)單片機的自動控制作用。學生的學習興趣被充分調(diào)動起來，取得非常好的教學效果。

再比如初中物理教學中，一定會有復(fù)習課和習題講評課。而這兩種教學課型，由于主要是知識的再回顧和習題的講評，學生的興趣度不高，學生的注意力遠不及新授課。我在教學中總結(jié)出，可能通過知識競賽搶答的方式提高學生的學習興趣。即把全班學生分成多個搶答小組，老師用PPT展示習題，各搶答小組舉手搶答。實踐證明，學生在這種競賽搶答中，注意力高度集中，小組內(nèi)各成員通力合作，各小組間你爭我搶，學生的學習熱情高漲，教學效果顯著。但是在競賽過程中，也出現(xiàn)諸多技術(shù)問題，比如小組搶答先后無法判斷，各小組分數(shù)統(tǒng)計和分數(shù)記錄耗時且容易出錯等。而所以這些問題的解決，完全可以靠一套用單片機設(shè)計的搶答器系統(tǒng)來實現(xiàn)。只要在單片機電路板上加裝紅外線接收器和LED點陣顯示，各小組拿紅外線遙控器對準電路板上的紅外線接收器進行搶答，單片機全程自動識別小組名，自動統(tǒng)計記錄各小組分數(shù)。當學生在用這套富含科技感的競賽搶答系統(tǒng)時，能全身心投入到答題競賽中，充分享受答題競賽的樂趣。

三、合理使用單片機技術(shù)，切不可全盤否定傳統(tǒng)實驗教學的重要性

單片機技術(shù)以其智能化、交互性、展示性等優(yōu)點，在物理實驗教學中有著極大的技術(shù)優(yōu)勢和真切的教學提升效果。但是，我們在利用單片機技術(shù)時，也要處理好單片機技術(shù)與傳統(tǒng)實驗教學的關(guān)系，千萬不能將所有實驗教學都用單片機技術(shù)替代。比如初中物理實驗中要求學生會用彈簧測力計進行力的測量。學生拿到一個彈簧測力計，不僅要會對彈簧測量計進行調(diào)零，還要掌握彈簧測力計的使用方法和讀數(shù)方法等，甚至要能判斷和排除一些故障。而如果用單片機技術(shù)，將所有實驗中出現(xiàn)的彈簧測力計換成力傳感器進行測量，看似實驗結(jié)果測量既準確又快速，卻失去以上對彈簧測力計的充分認識，更無法理解彈力與形變的關(guān)系，造成學科知識的巨大空洞。再比如初中物理實驗中經(jīng)常涉及溫度和時間的測量，雖然利用單片機技術(shù)制作的數(shù)顯溫度計和數(shù)顯秒表，測量準確、顯示好，但是也存在無法直觀解釋工作原理和忽略使用方法的問題。如果只用數(shù)顯溫度計、數(shù)顯秒表，學生就不能充分理解傳統(tǒng)實驗教學中用到的實驗器材的工作原理，也不能很好地掌握實驗器材的使用方法。

綜上所述，合理有效地使用自制單片機技術(shù)才是物理教學應(yīng)用的宗旨。

參考文獻：

邢東波.利用單片機對內(nèi)燃機演示器的改進[J].陜西教育（高教版），2008（5）.

編輯 高 瓊