項目式學習在物理教學中的應用案例

■天津市第二十中學 侯 霞

一、概念界定

項目式學習是以學生為主體，在教師的引導下，由學生圍繞一個研究主題開展調查和研究，依靠集體的力量解決一系列復雜的問題。以下以PBL代表“項目式學習”。PBL 應用于中學物理教學，是將物理學科的課程目標、教學要求蘊含于項目學習當中，將物理學科知識嵌入不同項目之中，基于學生參與項目過程中的信息搜集能力、團隊合作能力和參與項目的情感態度、項目作品本身、成果匯報展示等五個方面，實現多維度輔助協同教學。

二、問題的提出

在班里用額溫槍測溫發現，有些學生的額溫、腕溫不一樣，在額溫槍顯示腕溫低于37.3℃的情況下，額溫已經超過了37.3℃。于是，我們開始探究額腕溫的差別。探究中發現目前的手持便攜測溫槍功能單一，僅可以對人體溫度進行一次性實時探測，不能編輯溫度測量報警范圍，不具備數據存儲功能，且不能在各種光強全天候環境下進行人體溫度測量。以上問題嚴重限制了紅外測溫槍的實際應用。

三、實施過程

（一）學生訪談公共場所測溫現狀

主任談學校測溫，學生在采訪過程中也發現大家普遍都說公共場所用額溫槍測腕溫。

（二）研究目標

1.額溫與腕溫的差別大小。2.額溫槍測腕溫的合理性。3.在何位置測溫更利于快速篩查體溫異常人群。4.設計更智能的紅外線測溫槍。

（三）研究方法

本研究主要采取訪談法和問卷調查法。問卷有以下內容：您平時在家測體溫的習慣是什么？您家中常用的是哪種溫度計？體溫計中，您覺得哪個使用更方便？您出入公共場所的測溫位置多是哪里？您認為溫度計對您最大的用處是什么？您知道測量哪個位置的溫度最接近人的真實體溫嗎？您了解不同體溫計的測溫原理嗎？特殊時期公眾場合用額溫槍測溫，您覺得這對您的生活有什么影響？你理想的篩查體溫計是什么樣的？

（四）研究內容

調查學生對額溫腕溫差別的看法。記錄樣本人群每日的額溫腕溫并進行數據分析。用哪個部位的體溫測量值作為體溫異常的上報依據。為了解決現有技術中存在的問題，設計一種兼具全天候測溫和數據存儲與數據分析功能的智能型紅外測溫槍。

（五）研究過程

1.探究額腕溫差別。編制問卷，統計結果，每日記錄體溫，整理數據，繪制圖線，訪談額腕溫差別。堅持在每日晨午檢測溫的時候進行排查，對35名學生準確記錄額腕溫的數值。然后把數據分為男生組和女生組，分別求取額溫、腕溫的平均值。

2.項目提出的智能型紅外測溫槍設計具有以下特點：

（1）測溫槍具有溫度傳感探頭、數據存儲與分析、環境光強感應探頭、顯示器、揚聲器、補光等功能模塊，且利用微處理器協調各功能模塊之間工作。

（2）可通過功能按鍵編輯測量溫度范圍，在被試者體溫超過設定溫度上限、低于設定溫度下限、或在設定溫度范圍之外的情況下報警，并可通過不同的報警音進行區分。

（3）通過溫度傳感探頭收集的溫度信號可傳送至數據存儲與分析功能模塊，根據被試者性別對樣本溫度數據進行存儲，計算平均值、方差等統計信息，并可根據需要隨時調用或傳送至外圍計算機。

（4）通過環境光強感應模塊可對環境光強進行實時測量，當外界光強偏離光強預設值超過一定范圍時可開啟自動補光功能，通過調整顯示器背光LED燈光強對顯示器發光強度進行動態補償。

（六）研究結果

1.額腕溫差別：為了分析男女生額溫與腕溫的差異性，我們對35名學生連續進行了七天的額腕溫測量和數據記錄。我們把數據分為男生組和女生組，分別求取額溫、腕溫的平均值。可以看到無論男生還是女生，額溫均高于腕溫。不同時間采集的男女生額溫與腕溫之差，表明男生額溫大多數情況下高于女生額溫，而男生女生的腕溫差別不明顯，女生腕溫有略高于男生腕溫的趨勢。為了進一步確定用平均值進行比較的科學性，我們又做出了標準差圖線，這里考慮到樣本數目有限，計算標準差用n-1 作為方差的分母。不同時間采集的男女生額溫與腕溫的標準差，可以看到而無論男女，多數情況下額溫標準差呈現比腕溫標準差大的趨勢，說明人群中額溫的個體差異比腕溫的個體差更為顯著。不同時間采集的男女生額溫與腕溫標準差之差，可以發現大多數情況下男生體溫標準差大于女生體溫的標準差，說明男生體溫個體差異比女生體溫個體差異明顯，可能與男生容易動作幅度大，情緒波動大有關。由以上結果可以看到，在7 天的采集時間內男女生的額溫與腕溫初步表現出規律性趨勢，未來通過延長采集天數和擴大樣本量，有望得到更為顯著的統計規律。

2.本項目設計的一種智能型紅外測溫槍，包括測溫槍本體、手持柄，所述測溫槍本體與手持柄之間通過轉動軸活動連接；所述測溫槍本體的一側設置有環境光強感應探頭、揚聲器以及帶有補光模塊的顯示功能區，另一側設置有溫度傳感探頭，所述測溫槍本體與手持柄相連接處還設置有用于調節手持柄折疊角度的定向旋鈕；所述測溫槍本體內還設置有微處理器，其與溫度傳感探頭、環境光強感應探頭、揚聲器、補光模塊、顯示功能區分別電性連接。本設計測溫槍兼具全天候測溫和數據存儲與數據分析功能。

智能型紅外測溫槍的工作原理是溫度傳感探頭收集的溫度數據一路傳送至數據存儲與分析模塊，完成溫度數據的存儲與平均值、方差等統計量的計算，在微處理器向數據存儲與分析模塊發出數據調用的指令時可通過選擇觸發器將調用數據傳送至顯示器顯示，溫度數據另一路傳送至微處理器，在通常狀態下經選擇觸發器將實時溫度測量數據輸送至顯示器顯示，當溫度數據與預設溫度值或溫度范圍相比出現異常時將觸發揚聲器播放相應報警音。環境光強感應模塊將環境光強信號傳送至微處理器并與預設值進行比較，當光強數據偏離預設光強值超過一定范圍時由微處理器向補光模塊發出指令，啟動顯示器的自動補光功能，根據環境光強實時調整LCD 顯示器背面LED補光燈光強，達到動態自適應補光的目的，能夠使各種環境光強場景下顯示器發光強度維持在適合的水平。

智能型紅外測溫槍整體結構示意圖，包括溫度傳感探頭，負責采集被試者的體溫；環境光強感應探頭，負責收集環境光強信息，并傳送至微處理器，在環境光強與正常值發生偏離的情況下啟動補光模塊；顯示功能區面板，包含顯示窗口和所有功能按鍵；揚聲器，在溫度數據異常的情況下可根據不同溫度測量工作模式發出相應報警聲；旋鈕，可將測溫槍的手柄90度折疊，使測溫槍便于攜帶；電池艙蓋，其內放置可充電電池，為測溫槍提供電力；手持區，采用波浪形人體工程學設計，使測溫槍便于手持；外接電源及輸出microUSB 接口，可經USB 數據線連接電源適配器為電池充電或連接外圍計算機設備導出測溫槍內存存儲的數據。

顯示功能區面板示意圖，包括LCD顯示窗口，用于顯示測溫數據；電源鍵，用于開啟或關閉電源；溫度測量模式功能鍵，用于開啟溫度測量模式；數據調用模式功能鍵，用于開啟數據調用模式；確認鍵，在開啟溫度測量模式或數據調用模式的情況下用于選擇顯示屏上相應的菜單項；方向鍵，用于移動顯示屏上的光標位置。

四、反思與展望

為了更加準確和便捷測量體溫以及完成數據統計，團隊開始設計一種智能紅外線測溫槍，一方面通過對人群中個體體溫的測量能夠及時發現溫度異常個體，達到早發現與早隔離，另一方面通過獲得人群個體體溫的大數據資源，可以得到人群體溫分布的統計規律。此設計已申請專利，希望盡快可以投入生產和使用。