项目式学习在物理教学中的应用案例

侯霞

一、概念界定

项目式学习是以学生为主体，在教师的引导下，由学生围绕一个研究主题开展调查和研究，依靠集体的力量解决一系列复杂的问题。以下以PBL代表“项目式学习”。PBL应用于中学物理教学，是将物理学科的课程目标、教学要求蕴含于项目学习当中，将物理学科知识嵌入不同项目之中，基于学生参与项目过程中的信息搜集能力、团队合作能力和参与项目的情感态度、项目作品本身、成果汇报展示等五个方面，实现多维度辅助协同教学。

二、问题的提出

在班里用额温枪测温发现，有些学生的额温、腕温不一样，在额温枪显示腕温低于37.3℃的情况下，额温已经超过了37.3℃。于是，我们开始探究额腕温的差别。探究中发现目前的手持便携测温枪功能单一，仅可以对人体温度进行一次性实时探测，不能编辑温度测量报警范围，不具备数据存储功能，且不能在各种光强全天候环境下进行人体温度测量。以上问题严重限制了红外测温枪的实际应用。

三、实施过程

（一）学生访谈公共场所测温现状

主任谈学校测温，学生在采访过程中也发现大家普遍都说公共场所用额温枪测腕温。

（二）研究目标

1.额温与腕温的差别大小。2.额温枪测腕温的合理性。3.在何位置测温更利于快速筛查体温异常人群。4.设计更智能的红外线测温枪。

（三）研究方法

本研究主要采取访谈法和问卷调查法。问卷有以下内容：您平时在家测体温的习惯是什么？您家中常用的是哪種温度计？体温计中，您觉得哪个使用更方便？您出入公共场所的测温位置多是哪里？您认为温度计对您最大的用处是什么？您知道测量哪个位置的温度最接近人的真实体温吗？您了解不同体温计的测温原理吗？特殊时期公众场合用额温枪测温，您觉得这对您的生活有什么影响？你理想的筛查体温计是什么样的？

（四）研究内容

调查学生对额温腕温差别的看法。记录样本人群每日的额温腕温并进行数据分析。用哪个部位的体温测量值作为体温异常的上报依据。为了解决现有技术中存在的问题，设计一种兼具全天候测温和数据存储与数据分析功能的智能型红外测温枪。

（五）研究过程

1.探究额腕温差别。编制问卷，统计结果，每日记录体温，整理数据，绘制图线，访谈额腕温差别。坚持在每日晨午检测温的时候进行排查，对35名学生准确记录额腕温的数值。然后把数据分为男生组和女生组，分别求取额温、腕温的平均值。

2.项目提出的智能型红外测温枪设计具有以下特点：

（1）测温枪具有温度传感探头、数据存储与分析、环境光强感应探头、显示器、扬声器、补光等功能模块，且利用微处理器协调各功能模块之间工作。

（2）可通过功能按键编辑测量温度范围，在被试者体温超过设定温度上限、低于设定温度下限、或在设定温度范围之外的情况下报警，并可通过不同的报警音进行区分。

（3）通过温度传感探头收集的温度信号可传送至数据存储与分析功能模块，根据被试者性别对样本温度数据进行存储，计算平均值、方差等统计信息，并可根据需要随时调用或传送至外围计算机。

（4）通过环境光强感应模块可对环境光强进行实时测量，当外界光强偏离光强预设值超过一定范围时可开启自动补光功能，通过调整显示器背光LED灯光强对显示器发光强度进行动态补偿。

（六）研究结果

1.额腕温差别：为了分析男女生额温与腕温的差异性，我们对35名学生连续进行了七天的额腕温测量和数据记录。我们把数据分为男生组和女生组，分别求取额温、腕温的平均值。可以看到无论男生还是女生，额温均高于腕温。不同时间采集的男女生额温与腕温之差，表明男生额温大多数情况下高于女生额温，而男生女生的腕温差别不明显，女生腕温有略高于男生腕温的趋势。为了进一步确定用平均值进行比较的科学性，我们又做出了标准差图线，这里考虑到样本数目有限，计算标准差用n-1作为方差的分母。不同时间采集的男女生额温与腕温的标准差，可以看到而无论男女，多数情况下额温标准差呈现比腕温标准差大的趋势，说明人群中额温的个体差异比腕温的个体差更为显著。不同时间采集的男女生额温与腕温标准差之差，可以发现大多数情况下男生体温标准差大于女生体温的标准差，说明男生体温个体差异比女生体温个体差异明显，可能与男生容易动作幅度大，情绪波动大有关。由以上结果可以看到，在7天的采集时间内男女生的额温与腕温初步表现出规律性趋势，未来通过延长采集天数和扩大样本量，有望得到更为显著的统计规律。

2.本项目设计的一种智能型红外测温枪，包括测温枪本体、手持柄，所述测温枪本体与手持柄之间通过转动轴活动连接；所述测温枪本体的一侧设置有环境光强感应探头、扬声器以及带有补光模块的显示功能区，另一侧设置有温度传感探头，所述测温枪本体与手持柄相连接处还设置有用于调节手持柄折叠角度的定向旋钮；所述测温枪本体内还设置有微处理器，其与温度传感探头、环境光强感应探头、扬声器、补光模块、显示功能区分别电性连接。本设计测温枪兼具全天候测温和数据存储与数据分析功能。

智能型红外测温枪的工作原理是温度传感探头收集的温度数据一路传送至数据存储与分析模块，完成温度数据的存储与平均值、方差等统计量的计算，在微处理器向数据存储与分析模块发出数据调用的指令时可通过选择触发器将调用数据传送至显示器显示，温度数据另一路传送至微处理器，在通常状态下经选择触发器将实时温度测量数据输送至显示器显示，当温度数据与预设温度值或温度范围相比出现异常时将触发扬声器播放相应报警音。环境光强感应模块将环境光强信号传送至微处理器并与预设值进行比较，当光强数据偏离预设光强值超过一定范围时由微处理器向补光模块发出指令，启动显示器的自动补光功能，根据环境光强实时调整LCD显示器背面LED补光灯光强，达到动态自适应补光的目的，能够使各种环境光强场景下显示器发光强度维持在适合的水平。

智能型红外测温枪整体结构示意图，包括温度传感探头，负责采集被试者的体温；环境光强感应探头，负责收集环境光强信息，并传送至微处理器，在环境光强与正常值发生偏离的情况下启动补光模块；显示功能区面板，包含显示窗口和所有功能按键；扬声器，在温度数据异常的情况下可根据不同温度测量工作模式发出相应报警声；旋钮，可将测温枪的手柄90度折叠，使测温枪便于携带；电池舱盖，其内放置可充电电池，为测温枪提供电力；手持区，采用波浪形人体工程学设计，使测温枪便于手持；外接电源及输出microUSB接口，可经USB数据线连接电源适配器为电池充电或连接外围计算机设备导出测温枪内存存储的数据。

显示功能区面板示意图，包括LCD显示窗口，用于显示测温数据；电源键，用于开启或关闭电源；温度测量模式功能键，用于开启温度测量模式；数据调用模式功能键，用于开启数据调用模式；确认键，在开启温度测量模式或数据调用模式的情况下用于选择显示屏上相应的菜单项；方向键，用于移动显示屏上的光标位置。

四、反思与展望

为了更加准确和便捷测量体温以及完成数据统计，团队开始设计一种智能红外线测温枪，一方面通过对人群中个体体温的测量能够及时发现温度异常个体，达到早发现与早隔离，另一方面通过获得人群个体体温的大数据资源，可以得到人群体温分布的统计规律。此设计已申请专利，希望尽快可以投入生产和使用。

注：本文系天津市教育学会“十四五”教育科研重点课题“项目式学习在中学物理教学中的应用研究”（课题编号：KT-【十四五】-001-ZD-2101）的研究成果。

（徐德明）