學生實驗進度監測系統的設計與開發

□ 陳圓圓 李東康 馬一劍 周建偉

一、引言

在物理學教學中，因為物理學是研究物質世界最基本的結構、最普遍的相互作用、最一般的運動規律的學科，是一門以實驗為基礎，鍛煉學生動手能力和創新思維能力的學科，所以實驗教學就尤為重要。在實驗教學中要達到提高素質、培養能力、重視應用等目標。在物理實驗教學的過程中，每個小組對實驗的完成情況的監測是教學過程中的一個重要的環節。現階段，呼叫系統伴隨著先進的通訊技術和網絡技術的發展，在技術實現上有了質的飛躍。通過研究，通過電路的合理配置，幫助教師記錄和監測學生的實驗完成情況。通過對監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實驗課程的內容，以及其相應的難度。

二、監測系統的設計描述

(一)創意背景。物理是一門以實驗為基礎的教學學科，所以在學校學習的過程中，實驗課是必不可少的，但在實驗課的學習過程中，面對枯燥的學習內容，學生絲毫不能提起學習興趣，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行指導實驗，在有限的時間里不能學到相應的教學知識，使學生很苦惱，所以決定應用所學數字電路知識，改變這一現狀。在研究的過程中，既豐富了學生所學的理論知識，同時又增強了學生的動手實踐能力。

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

(三)設計的工作原理。

1．計數器工作原理。應用的計數器為中規模十進制計數器——74LS192計數器集成塊，74LS192是同步十進制可逆計數器，具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數等功能，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動電路所需要的7位輸入代碼。采用CD4511BCD碼七段譯碼驅動器，驅動共陰極LED數碼管，即可顯示0～9數字，達到實驗效果。圖3為CD4511驅動一位LED數碼管的連接圖

圖3 CD4511驅動一位LED數碼管

三、監測系統的整體結構圖與目的實現

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

圖4 整體結構圖

四、監測系統的優點與應用前景

現階段，國內外依舊沒有這樣的監測系統來提高課堂效率，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到了預期效果，但由于閱覽文獻、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，來吸引相關專家的注意，進行加獨到的研究解與完善，以此來提高教師與學生的課堂效率，使研究更有意義。

［1］高明倫，徐海輝，張多利．一種多位計數器的設計方法［J］．電子測量與儀器學報，2007

［2］閻石．數字電子技術基本教程［M］．北京:清華大學出版社，2007

［3］康華光．電子技術基礎:模擬部分［M］．北京:高等教育出版社，1999