单片机在物理教学中应用的策略研究

俞如东

摘 要：如果在物理教学中，根据教学要求，自行设计基于单片机的电路板，利用各类感应芯片和输出设备，实现各种感应输出和交互体验，从而可以极大地提升教学的效果。

关键词：单片机；物理教学；策略

单片机又称单片微控制器。它把一个计算机系统集成到一个芯片上，相当于一个微型的计算机。单片机的使用领域已十分广泛，如手机、平板、机器人、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型电饭煲、智能型洗衣机等。如果在物理教学中，根据教学要求，自行设计基于单片机的电路板，利用各类感应芯片和输出设备，实现各种感应输出和交互体验，从而可以极大地提升教学的效果。下面我从自己的教学实际出发，谈谈自制单片机技术在物理教学中应用的几点认识。

一、利用自制单片机电路板改进实验器材，提高物理实验教学的有效性

初中物理实验教学中普遍存在实验展示效果不明显、测量精度不高、实验操作繁琐等问题。例如在初中物理教学中，涉及测量不同颜色色光的热效应实验，具体操作是用三棱镜将太阳光分解成七种单色光，然后用玻璃泡涂黑的温度计进行温度测量。但是由于普通实验温度计，只能精确到1摄氏度，且无法将温度测量的结果放大展示出来，造成实验的精确度、展示性、效果性都大打折扣。如果将单片机用在温度计的改进上，即用单片机为核心，配以温显探头和数码管显示屏，自制一块数码管显示的温度计。不但测量精确且展示效果好，还可以应用在普通温度计很难直接测量的场合。

二、利用自制单片机电路板制作实验器材，提升物理教学的趣味性

人们常说兴趣是最好的老师。随着信息时代的发展，学生的眼界和知识面越来越开阔，在物理教学中要实现趣味性，需要花更多心思优化实验的设计和实验器材的选择。

根据多年的教学经验，我认为要让物理教学具有一定的趣味性，一定要紧跟时代的潮流，贴进学生的生活。只有实现以上两点，学生才能对实验的设计和器材产生亲切感，激发好奇心和求知欲。而利用单片机技术制作的实验器材，由于其天生具有智能化、科技感等特点，在提升实验教学趣味性上有其明显优势。例如在讲解串并联电路设计实例时，会提到十字路口的红绿灯电路设计。这个设计需要学生利用多个开关控制红灯、绿灯、黄灯的切换，而很多学生对红绿灯的切换原理并不清楚，且该实验设计相对复杂，学生自行设计的难度较大。而现实中，十字路口的红绿灯是通过单片机编程后实现自动切换的。如果利用自制单片机电路板，编写简单的切换代码，并外加四面红、绿、黄LED灯，可以非常直观地展示紅绿灯的工作原理。当学生看到一块小小的单片机电路板竟然可以实现红绿灯切换，在惊讶和好奇中，踊跃尝试用多个开关实现单片机的自动控制作用。学生的学习兴趣被充分调动起来，取得非常好的教学效果。

再比如初中物理教学中，一定会有复习课和习题讲评课。而这两种教学课型，由于主要是知识的再回顾和习题的讲评，学生的兴趣度不高，学生的注意力远不及新授课。我在教学中总结出，可能通过知识竞赛抢答的方式提高学生的学习兴趣。即把全班学生分成多个抢答小组，老师用PPT展示习题，各抢答小组举手抢答。实践证明，学生在这种竞赛抢答中，注意力高度集中，小组内各成员通力合作，各小组间你争我抢，学生的学习热情高涨，教学效果显著。但是在竞赛过程中，也出现诸多技术问题，比如小组抢答先后无法判断，各小组分数统计和分数记录耗时且容易出错等。而所以这些问题的解决，完全可以靠一套用单片机设计的抢答器系统来实现。只要在单片机电路板上加装红外线接收器和LED点阵显示，各小组拿红外线遥控器对准电路板上的红外线接收器进行抢答，单片机全程自动识别小组名，自动统计记录各小组分数。当学生在用这套富含科技感的竞赛抢答系统时，能全身心投入到答题竞赛中，充分享受答题竞赛的乐趣。

三、合理使用单片机技术，切不可全盘否定传统实验教学的重要性

单片机技术以其智能化、交互性、展示性等优点，在物理实验教学中有着极大的技术优势和真切的教学提升效果。但是，我们在利用单片机技术时，也要处理好单片机技术与传统实验教学的关系，千万不能将所有实验教学都用单片机技术替代。比如初中物理实验中要求学生会用弹簧测力计进行力的测量。学生拿到一个弹簧测力计，不仅要会对弹簧测量计进行调零，还要掌握弹簧测力计的使用方法和读数方法等，甚至要能判断和排除一些故障。而如果用单片机技术，将所有实验中出现的弹簧测力计换成力传感器进行测量，看似实验结果测量既准确又快速，却失去以上对弹簧测力计的充分认识，更无法理解弹力与形变的关系，造成学科知识的巨大空洞。再比如初中物理实验中经常涉及温度和时间的测量，虽然利用单片机技术制作的数显温度计和数显秒表，测量准确、显示好，但是也存在无法直观解释工作原理和忽略使用方法的问题。如果只用数显温度计、数显秒表，学生就不能充分理解传统实验教学中用到的实验器材的工作原理，也不能很好地掌握实验器材的使用方法。

综上所述，合理有效地使用自制单片机技术才是物理教学应用的宗旨。

参考文献：

邢东波.利用单片机对内燃机演示器的改进[J].陕西教育（高教版），2008（5）.

编辑 高 琼