項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在物理教學(xué)中的應(yīng)用案例

侯霞

一、概念界定

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是以學(xué)生為主體，在教師的引導(dǎo)下，由學(xué)生圍繞一個(gè)研究主題開展調(diào)查和研究，依靠集體的力量解決一系列復(fù)雜的問題。以下以PBL代表“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”。PBL應(yīng)用于中學(xué)物理教學(xué)，是將物理學(xué)科的課程目標(biāo)、教學(xué)要求蘊(yùn)含于項(xiàng)目學(xué)習(xí)當(dāng)中，將物理學(xué)科知識(shí)嵌入不同項(xiàng)目之中，基于學(xué)生參與項(xiàng)目過程中的信息搜集能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和參與項(xiàng)目的情感態(tài)度、項(xiàng)目作品本身、成果匯報(bào)展示等五個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)多維度輔助協(xié)同教學(xué)。

二、問題的提出

在班里用額溫槍測溫發(fā)現(xiàn)，有些學(xué)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(jīng)超過了37.3℃。于是，我們開始探究額腕溫的差別。探究中發(fā)現(xiàn)目前的手持便攜測溫槍功能單一，僅可以對(duì)人體溫度進(jìn)行一次性實(shí)時(shí)探測，不能編輯溫度測量報(bào)警范圍，不具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，且不能在各種光強(qiáng)全天候環(huán)境下進(jìn)行人體溫度測量。以上問題嚴(yán)重限制了紅外測溫槍的實(shí)際應(yīng)用。

三、實(shí)施過程

（一）學(xué)生訪談公共場所測溫現(xiàn)狀

主任談學(xué)校測溫，學(xué)生在采訪過程中也發(fā)現(xiàn)大家普遍都說公共場所用額溫槍測腕溫。

（二）研究目標(biāo)

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(shè)計(jì)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(diào)查法。問卷有以下內(nèi)容：您平時(shí)在家測體溫的習(xí)慣是什么？您家中常用的是哪種溫度計(jì)？體溫計(jì)中，您覺得哪個(gè)使用更方便？您出入公共場所的測溫位置多是哪里？您認(rèn)為溫度計(jì)對(duì)您最大的用處是什么？您知道測量哪個(gè)位置的溫度最接近人的真實(shí)體溫嗎？您了解不同體溫計(jì)的測溫原理嗎？特殊時(shí)期公眾場合用額溫槍測溫，您覺得這對(duì)您的生活有什么影響？你理想的篩查體溫計(jì)是什么樣的？

（四）研究內(nèi)容

調(diào)查學(xué)生對(duì)額溫腕溫差別的看法。記錄樣本人群每日的額溫腕溫并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。用哪個(gè)部位的體溫測量值作為體溫異常的上報(bào)依據(jù)。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，設(shè)計(jì)一種兼具全天候測溫和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)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(tǒng)計(jì)結(jié)果，每日記錄體溫，整理數(shù)據(jù)，繪制圖線，訪談?lì)~腕溫差別。堅(jiān)持在每日晨午檢測溫的時(shí)候進(jìn)行排查，對(duì)35名學(xué)生準(zhǔn)確記錄額腕溫的數(shù)值。然后把數(shù)據(jù)分為男生組和女生組，分別求取額溫、腕溫的平均值。

2.項(xiàng)目提出的智能型紅外測溫槍設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：

（1）測溫槍具有溫度傳感探頭、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析、環(huán)境光強(qiáng)感應(yīng)探頭、顯示器、揚(yáng)聲器、補(bǔ)光等功能模塊，且利用微處理器協(xié)調(diào)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(shè)定溫度上限、低于設(shè)定溫度下限、或在設(shè)定溫度范圍之外的情況下報(bào)警，并可通過不同的報(bào)警音進(jìn)行區(qū)分。

（3）通過溫度傳感探頭收集的溫度信號(hào)可傳送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析功能模塊，根據(jù)被試者性別對(duì)樣本溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，計(jì)算平均值、方差等統(tǒng)計(jì)信息，并可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)用或傳送至外圍計(jì)算機(jī)。

（4）通過環(huán)境光強(qiáng)感應(yīng)模塊可對(duì)環(huán)境光強(qiáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，當(dāng)外界光強(qiáng)偏離光強(qiáng)預(yù)設(shè)值超過一定范圍時(shí)可開啟自動(dòng)補(bǔ)光功能，通過調(diào)整顯示器背光LED燈光強(qiáng)對(duì)顯示器發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

（六）研究結(jié)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(duì)35名學(xué)生連續(xù)進(jìn)行了七天的額腕溫測量和數(shù)據(jù)記錄。我們把數(shù)據(jù)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(shí)間采集的男女生額溫與腕溫之差，表明男生額溫大多數(shù)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(shì)。為了進(jìn)一步確定用平均值進(jìn)行比較的科學(xué)性，我們又做出了標(biāo)準(zhǔn)差圖線，這里考慮到樣本數(shù)目有限，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差用n-1作為方差的分母。不同時(shí)間采集的男女生額溫與腕溫的標(biāo)準(zhǔn)差，可以看到而無論男女，多數(shù)情況下額溫標(biāo)準(zhǔn)差呈現(xiàn)比腕溫標(biāo)準(zhǔn)差大的趨勢(shì)，說明人群中額溫的個(gè)體差異比腕溫的個(gè)體差更為顯著。不同時(shí)間采集的男女生額溫與腕溫標(biāo)準(zhǔn)差之差，可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)情況下男生體溫標(biāo)準(zhǔn)差大于女生體溫的標(biāo)準(zhǔn)差，說明男生體溫個(gè)體差異比女生體溫個(gè)體差異明顯，可能與男生容易動(dòng)作幅度大，情緒波動(dòng)大有關(guān)。由以上結(jié)果可以看到，在7天的采集時(shí)間內(nèi)男女生的額溫與腕溫初步表現(xiàn)出規(guī)律性趨勢(shì)，未來通過延長采集天數(shù)和擴(kuò)大樣本量，有望得到更為顯著的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

2.本項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(zhuǎn)動(dòng)軸活動(dòng)連接；所述測溫槍本體的一側(cè)設(shè)置有環(huán)境光強(qiáng)感應(yīng)探頭、揚(yáng)聲器以及帶有補(bǔ)光模塊的顯示功能區(qū)，另一側(cè)設(shè)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(shè)置有用于調(diào)節(jié)手持柄折疊角度的定向旋鈕；所述測溫槍本體內(nèi)還設(shè)置有微處理器，其與溫度傳感探頭、環(huán)境光強(qiáng)感應(yīng)探頭、揚(yáng)聲器、補(bǔ)光模塊、顯示功能區(qū)分別電性連接。本設(shè)計(jì)測溫槍兼具全天候測溫和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)一路傳送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析模塊，完成溫度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與平均值、方差等統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算，在微處理器向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析模塊發(fā)出數(shù)據(jù)調(diào)用的指令時(shí)可通過選擇觸發(fā)器將調(diào)用數(shù)據(jù)傳送至顯示器顯示，溫度數(shù)據(jù)另一路傳送至微處理器，在通常狀態(tài)下經(jīng)選擇觸發(fā)器將實(shí)時(shí)溫度測量數(shù)據(jù)輸送至顯示器顯示，當(dāng)溫度數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)溫度值或溫度范圍相比出現(xiàn)異常時(shí)將觸發(fā)揚(yáng)聲器播放相應(yīng)報(bào)警音。環(huán)境光強(qiáng)感應(yīng)模塊將環(huán)境光強(qiáng)信號(hào)傳送至微處理器并與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，當(dāng)光強(qiáng)數(shù)據(jù)偏離預(yù)設(shè)光強(qiáng)值超過一定范圍時(shí)由微處理器向補(bǔ)光模塊發(fā)出指令，啟動(dòng)顯示器的自動(dòng)補(bǔ)光功能，根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)實(shí)時(shí)調(diào)整LCD顯示器背面LED補(bǔ)光燈光強(qiáng)，達(dá)到動(dòng)態(tài)自適應(yīng)補(bǔ)光的目的，能夠使各種環(huán)境光強(qiáng)場景下顯示器發(fā)光強(qiáng)度維持在適合的水平。

智能型紅外測溫槍整體結(jié)構(gòu)示意圖，包括溫度傳感探頭，負(fù)責(zé)采集被試者的體溫；環(huán)境光強(qiáng)感應(yīng)探頭，負(fù)責(zé)收集環(huán)境光強(qiáng)信息，并傳送至微處理器，在環(huán)境光強(qiáng)與正常值發(fā)生偏離的情況下啟動(dòng)補(bǔ)光模塊；顯示功能區(qū)面板，包含顯示窗口和所有功能按鍵；揚(yáng)聲器，在溫度數(shù)據(jù)異常的情況下可根據(jù)不同溫度測量工作模式發(fā)出相應(yīng)報(bào)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(nèi)放置可充電電池，為測溫槍提供電力；手持區(qū)，采用波浪形人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，使測溫槍便于手持；外接電源及輸出microUSB接口，可經(jīng)USB數(shù)據(jù)線連接電源適配器為電池充電或連接外圍計(jì)算機(jī)設(shè)備導(dǎo)出測溫槍內(nèi)存存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

顯示功能區(qū)面板示意圖，包括LCD顯示窗口，用于顯示測溫?cái)?shù)據(jù)；電源鍵，用于開啟或關(guān)閉電源；溫度測量模式功能鍵，用于開啟溫度測量模式；數(shù)據(jù)調(diào)用模式功能鍵，用于開啟數(shù)據(jù)調(diào)用模式；確認(rèn)鍵，在開啟溫度測量模式或數(shù)據(jù)調(diào)用模式的情況下用于選擇顯示屏上相應(yīng)的菜單項(xiàng)；方向鍵，用于移動(dòng)顯示屏上的光標(biāo)位置。

四、反思與展望

為了更加準(zhǔn)確和便捷測量體溫以及完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，團(tuán)隊(duì)開始設(shè)計(jì)一種智能紅外線測溫槍，一方面通過對(duì)人群中個(gè)體體溫的測量能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度異常個(gè)體，達(dá)到早發(fā)現(xiàn)與早隔離，另一方面通過獲得人群個(gè)體體溫的大數(shù)據(jù)資源，可以得到人群體溫分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。此設(shè)計(jì)已申請(qǐng)專利，希望盡快可以投入生產(chǎn)和使用。

注：本文系天津市教育學(xué)會(huì)“十四五”教育科研重點(diǎn)課題“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用研究”（課題編號(hào)：KT-【十四五】-001-ZD-2101）的研究成果。

（徐德明）