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【教学设计】信息技术与物理学科深度融合案例-打开“电学之门”

【教学设计】信息技术与物理学科深度融合案例-打开“电学之门” 蘑菇云创造
2022-12-16
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导读:跨学科融合教学案例

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电学案例

/ 打开“电学之门”/


门之路


实验材料清单


行空板 X1 (点击购买)

Gravity: I2C数字功率计 X1 (点击购买)

面包板 X1 (点击购买)

光敏电阻及发光二极管 X1


电路在初中的科学、高中的物理和通用技术学科中都有所涉及,如:初中的串并联电路,高中物理的小灯泡伏安特性曲线、闭合电路欧姆定律等。


高中通用技术的电子控制等都涉及到电压和电流,如何通过创客器材来给学生展示电流电压之间的关系,打开“电学之门”是我一直在思考的。


当然作为非信息教师使用,涉及的程序要尽量简单,器材尽量少,所以这扇门的打开不能太过复杂。在DF的创客商城找到了这个功率计,很好地解决了这个门的问题。


Gravity: I2C数字功率计


下面先简单介绍下它的使用方法:


连线图-测量灯泡电流和电压


将 in+和in- 串联到负载电路中去,将GND则连接到负载的负极,这样就可以测负载的电流和他两端的电压。如上图就是测量上面一个灯泡的电流和电压。


注意

具体介绍可以点击下方链接查看:


https://wiki.dfrobot.com.cn/_SKU_SEN0291__Gravity_I2C%E6%95%B0%E5%AD%97%E5%8A%9F%E7%8E%87%E8%AE%A1#.E6.9B.B4.E5.A4.9A


接下来就是电流电压两者之间的关系研究,这里我想到了使用行空板,它能较好地显示数据等信息,且能够将数据图形化,更加直观明朗。


本次实验以通用技术中二极管为例进行研究。


 门之程


 接线原理图


连接好电路图,为了让电路中电流电压能够发生变化,这里用了一个光敏电阻,这样通过改变光线亮暗就可以改变电路电流大小了。


接着就是用mind+进行编程。编程主要分为两块,一块是数据的采集,一块是数据的分析处理。


引入matplotlib库


可以通过下方链接进行学习:

https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313685-1-1.html


列表和变量


列表主要来收集数据,以便作图,变量B主要是进行切换界面。




门之测


按照电路图连接实物:


接线实物图


进行测试: 


门之析


实验的定性结果基本符合电子控制课本当中的U-I特性曲线,这也是做这个实验的目的。


二极管U-I特性


当然这个实验中的面包板知识也是高中通用技术学科需要掌握的一个内容。


面包板相关知识


通过这次尝试,我也发现了不少问题,有待后面的改进:


待改进点


1.实验前没有进行校准。


2.实验中光线变化不够连贯,导致数据不是非常连贯。


3.程序中还存在一定错误,比如实验后要想重新测需要重新开启过程序,这个后面程序需要适当修改下,同时还不够美观。


4.课本中的交流点实验没有尝试。


但无论结果如何,都给我打开了通过行空板等设备来探究初高中学科中的知识的一扇门,相信后面通过自己的不断探索,能够将信息技术更好地应用到学科教学中去。


门之码


向上滑动阅览

#  -*- coding: UTF-8 -*- # MindPlus# Pythonfrom matplotlib import pyplot as pltimport matplotlib from pinpong.libs.dfrobot_ina219 import INA219from pinpong.extension.unihiker import *from pinpong.board import Board,Pinfrom pinpong.board import Boardfrom unihiker import GUIimport time # 事件回调函数def u_thread1_function():    global B    while True:        if (button_a.is_pressed()==True):            B = (B + 1)            if (B == 1):                T.remove()                I.remove()                P=u_gui.draw_text(text="数据处理中",x=20,y=20,font_size=20, color="#0000FF")            else:                if (B == 2):                    P.remove()                    B = 0  u_gui=GUI()Board().begin()global xglobal yglobal BB = 0x = []y = []thread1=u_gui.start_thread(u_thread1_function)ina1 = INA219(i2c_addr=0x45)ina1.begin()u_gui.draw_image(image="R-C.png",x=40,y=150)u_gui.draw_text(text="二极管电压",x=0,y=0,font_size=20, color="#FF0000")u_gui.draw_text(text="二极管电流",x=0,y=60,font_size=20, color="#FF0000")T=u_gui.draw_text(text=ina1.get_current_ma(),x=20,y=30,font_size=20, color="#0000FF")I=u_gui.draw_text(text=ina1.get_bus_voltage_mv(),x=20,y=90,font_size=20, color="#0000FF") while True:    if (B == 0):        U = ina1.get_bus_voltage_mv()        i = ina1.get_current_ma()        T.config(text=U)        I.config(text=i)        x.append(U)        y.append(i)        print(ina1.get_current_ma())        print(ina1.get_bus_voltage_mv())        time.sleep(1)    else:        if (B == 1):            plt.clf()            plt.rcParams["font.sans-serif"] = ["HYQiHei"]            plt.subplots_adjust(left=20/100,bottom=10/100)            plt.title("电压电流",color='black',size="10")            plt.plot(x,y)            plt.pause(5)


本文来源:MAKELOG造物记

作者:      王尧坤 




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【声明】内容源于网络
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蘑菇云是DFRobot旗下专注于AI人工智能、创客、STEAM、劳动教育的科技创新教育品牌;以为中国培养下一代科技创新人才为使命,为学校提供k12全龄段科技创新教育解决方案。
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