學(xué)生實驗進(jìn)度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

□ 陳圓圓 李東康 馬一劍 周建偉

一、引言

在物理學(xué)教學(xué)中，因為物理學(xué)是研究物質(zhì)世界最基本的結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用、最一般的運動規(guī)律的學(xué)科，是一門以實驗為基礎(chǔ)，鍛煉學(xué)生動手能力和創(chuàng)新思維能力的學(xué)科，所以實驗教學(xué)就尤為重要。在實驗教學(xué)中要達(dá)到提高素質(zhì)、培養(yǎng)能力、重視應(yīng)用等目標(biāo)。在物理實驗教學(xué)的過程中，每個小組對實驗的完成情況的監(jiān)測是教學(xué)過程中的一個重要的環(huán)節(jié)。現(xiàn)階段，呼叫系統(tǒng)伴隨著先進(jìn)的通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在技術(shù)實現(xiàn)上有了質(zhì)的飛躍。通過研究，通過電路的合理配置，幫助教師記錄和監(jiān)測學(xué)生的實驗完成情況。通過對監(jiān)測到的實驗完成情況的分析，可以幫助實驗教師更加合理地布置每節(jié)實驗課程的內(nèi)容，以及其相應(yīng)的難度。

二、監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計描述

(一)創(chuàng)意背景。物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的教學(xué)學(xué)科，所以在學(xué)校學(xué)習(xí)的過程中，實驗課是必不可少的，但在實驗課的學(xué)習(xí)過程中，面對枯燥的學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生絲毫不能提起學(xué)習(xí)興趣，往往都是遇到問題就得排隊等候，因為老師正在其他小組進(jìn)行指導(dǎo)實驗，在有限的時間里不能學(xué)到相應(yīng)的教學(xué)知識，使學(xué)生很苦惱，所以決定應(yīng)用所學(xué)數(shù)字電路知識，改變這一現(xiàn)狀。在研究的過程中，既豐富了學(xué)生所學(xué)的理論知識，同時又增強了學(xué)生的動手實踐能力。

(二)設(shè)計的目的。在物理實驗教學(xué)的過程中，一名教師要同時指導(dǎo)多個學(xué)生分為多個小組共同進(jìn)行實驗。因此，對于學(xué)生學(xué)習(xí)的課堂內(nèi)容難易程度就變得格外重要，因為學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和掌握知識的程度不同，眾口難調(diào)，教師就很難布置相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，若是布置的學(xué)習(xí)內(nèi)容相對較為簡單，則學(xué)生很快就能完成實驗，教師和學(xué)生就能很快完成教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)任務(wù)，但若是布置的教學(xué)內(nèi)容較難，則學(xué)生問題重重，教師分身乏術(shù)，教師和學(xué)生就不能完成相應(yīng)的任務(wù)。為了避免遇到這樣的局面，引入學(xué)生實驗進(jìn)度監(jiān)測系統(tǒng)就變得額外重要。

(三)設(shè)計的工作原理。

1．計數(shù)器工作原理。應(yīng)用的計數(shù)器為中規(guī)模十進(jìn)制計數(shù)器——74LS192計數(shù)器集成塊，74LS192是同步十進(jìn)制可逆計數(shù)器，具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如圖1、2所示

圖1 74LS192引腳排列

圖2 74LS192邏輯符號

2．七段顯示譯碼器工作原理。七段顯示譯碼器的功能是將BCD代碼譯成七段字符顯示器驅(qū)動電路所需要的7位輸入代碼。采用CD4511BCD碼七段譯碼驅(qū)動器，驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管，即可顯示0～9數(shù)字，達(dá)到實驗效果。圖3為CD4511驅(qū)動一位LED數(shù)碼管的連接圖

圖3 CD4511驅(qū)動一位LED數(shù)碼管

三、監(jiān)測系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖與目的實現(xiàn)

監(jiān)測系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖見圖4。目的實現(xiàn):電路主要實現(xiàn)的是計時功能，元器件包括74LS192、CD4511和74LS00集成塊，其中74LS192集成塊用來實現(xiàn)加計數(shù)功能，CD4511集成塊用來驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管顯示數(shù)字0～9，74LS00實現(xiàn)與非門的交換。系統(tǒng)來說，就是學(xué)生小組做完實驗后，斷開操作臺開關(guān)(此為脈沖開關(guān))，教師觀察臺計時暫停，如此教師就可直觀比較出哪一組學(xué)生用時較短，同時也可知道學(xué)生大致知識掌握程度，方便下一節(jié)課的教學(xué)安排任務(wù)難度。

圖4 整體結(jié)構(gòu)圖

四、監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點與應(yīng)用前景

現(xiàn)階段，國內(nèi)外依舊沒有這樣的監(jiān)測系統(tǒng)來提高課堂效率，這無疑增強了研究的市場競爭性，面對這樣一個沒有競爭對手的市場，市場前景無疑是巨大的。

五、結(jié)語

在實驗探索與實驗制作中收獲巨大，并且在實驗操作平臺上成功地達(dá)到了預(yù)期效果，但由于閱覽文獻(xiàn)、查閱資料和自身能力的有限，不能對此有更加完善和獨到的思想，所以希望能借此拋磚引玉，來吸引相關(guān)專家的注意，進(jìn)行加獨到的研究解與完善，以此來提高教師與學(xué)生的課堂效率，使研究更有意義。

［1］高明倫，徐海輝，張多利．一種多位計數(shù)器的設(shè)計方法［J］．電子測量與儀器學(xué)報，2007

［2］閻石．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基本教程［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2007

［3］康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ):模擬部分［M］．北京:高等教育出版社，1999