狄勇 謝作如

速度是表示物體運(yùn)動(dòng)快慢的物理量，是小學(xué)科學(xué)中物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的重要概念?！缎W(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定：在3～4年級(jí)，學(xué)生要知道測(cè)量距離和時(shí)間的常用方法，知道用速度的大小來描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢，知道自行車、火 車、飛機(jī)等常用交通工具的速度范圍。

在實(shí)際教學(xué)中，教師一般用肉眼觀察或者結(jié)合秒表之類的工具來測(cè)量物體的運(yùn)動(dòng)速度。在信息化時(shí)代，這種科學(xué)課堂教學(xué)工具是需要更新的。如果學(xué)生能夠搭建簡(jiǎn)單的測(cè)速工具，真實(shí)測(cè)量常見物體的運(yùn)動(dòng)速度，則能大大激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。而利用開源硬件micro：bit，結(jié)合紙板、鋁箔等材料，搭建出一個(gè)小型測(cè)速平臺(tái)其實(shí)非常簡(jiǎn)單。

● 利用micro：bit測(cè)速的原理

在動(dòng)手搭建測(cè)速平臺(tái)前，我們先梳理一下制作思路。速度是由時(shí)間和路程兩個(gè)量來決定的，公式很簡(jiǎn)單，即速度×?xí)r間=路程。只要確定了路程，得到物體通過這一路程的時(shí)間，就可以求出速度。

micro：bit支持對(duì)時(shí)間的測(cè)量。在makecode編程平臺(tái)中有個(gè)“運(yùn)行時(shí)間”函數(shù)，可以返回系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。只要將物體通過起點(diǎn)的時(shí)間記下，再和通過終點(diǎn)的時(shí)間相減，就能夠得到通過時(shí)間，除以路程后即得到速度，具體流程如圖1所示。

檢測(cè)到物體通過，很多傳感器都可以實(shí)現(xiàn)，如激光對(duì)射傳感器、紅外對(duì)射傳感器和超聲波傳感器等，甚至可以用最常見的光敏電阻?？紤]到取材的便利性以及實(shí)驗(yàn)中“檢測(cè)線”的直觀性，用鋁箔做一個(gè)類似開關(guān)的通斷路裝置，效果也是很不錯(cuò)的。

● 檢測(cè)裝置的硬件搭建

首先，要確定速度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中的常量——路程。出于課堂空間限制及裝置制作、搬運(yùn)便利性的考慮，根據(jù)手頭紙板的尺寸，我們把“路程”設(shè)定在了25cm。這一尺寸也方便使用實(shí)物展臺(tái)、攝像頭等設(shè)備在課堂直播實(shí)驗(yàn)過程。micro：bit負(fù)責(zé)記錄小車通過檢測(cè)線1和檢測(cè)線2的時(shí)間，由此便可計(jì)算出小車速度。

本項(xiàng)目所需材料包括：BBC micro：bit×1、硬紙板×1、面包板×1、鱷魚夾若干、杜邦線若干、鋁箔若干。

實(shí)驗(yàn)裝置的關(guān)鍵是做一個(gè)檢測(cè)開關(guān)，如上頁(yè)圖2所示，鋁箔A疊放于鋁箔B之上，鋁箔C疊放于鋁箔D之上。車輛未壓線時(shí)，粘貼有鋁箔A、C的紙臺(tái)上翹，檢測(cè)線處于斷路狀態(tài)；當(dāng)有車輛壓線，檢測(cè)線將依次處于通路狀態(tài)。兩次壓線的時(shí)間差即為小車通過25cm路程耗費(fèi)的時(shí)間。

將兩個(gè)檢測(cè)開關(guān)和micro：bit連接，實(shí)驗(yàn)裝置就做好了，如圖3、圖4、圖5所示。

● 檢測(cè)裝置的程序設(shè)計(jì)

檢測(cè)裝置的程序，使用了微軟的makecode平臺(tái)來編寫。為了鍛煉學(xué)生的計(jì)算能力，我們沒有讓micro：bit做除法的運(yùn)算，僅僅在點(diǎn)陣屏上顯示了物體通過的時(shí)間，參考代碼如圖6所示。

需要注意的是，目前makecode中文版翻譯有誤。在中文版中，兩個(gè)運(yùn)行時(shí)間指令的單位均標(biāo)注為（ms），但在英文版中，則分別為（ms）和（micros）（如圖7）。我們的實(shí)驗(yàn)要求時(shí)間精度并不高，推薦使用ms（毫秒）。只要將代碼切換到JavaScript界面，就能查看指令積木選擇是否正確。

除了用“運(yùn)行時(shí)間”指令外，還可以使用“事件時(shí)間戳”指令（如圖8）。“事件時(shí)間戳”指令可以記錄事件觸發(fā)時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間，單位為微秒，如果覺得數(shù)字太大，可以先除以1000后再顯示。

● 系統(tǒng)測(cè)試

我們采用玩具小車作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過實(shí)際檢測(cè)幾輛不同類型的小車，來看看實(shí)驗(yàn)效果（如圖9）。

通過實(shí)驗(yàn)，我們獲得小車的時(shí)間數(shù)據(jù)，并計(jì)算出速度如上表。

通過多次測(cè)試后，我們得出如下結(jié)論：

①橫向比較各型小車的速度并排序，與觀察到的實(shí)際情況相符，證明了這一速度檢測(cè)裝置的有效性。

②如在信息技術(shù)課堂嘗試，可讓學(xué)生通過Excel自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表。讓學(xué)生進(jìn)行紙筆計(jì)算，再比賽計(jì)算速度和準(zhǔn)確率，也是很有意思的數(shù)學(xué)活動(dòng)。