温度和温度计教学设计及反思
教材分析:
《温度与温度计》是教科版九年义务教育六年制小学科学三年级下册中的内容。教材由三个活动组成,活动一:观察温度计。先以学生们在“冷水与热水”中积累的经验为基础,引出温度和温度计的概念。活动二:摄氏温度的读和写。这个活动的重点是训练学生读和写摄氏温度。活动三:正确读出自己手中温度计的温度。这个活动是指导学生如何准确地使用温度计。
学情分析:
学生可能听说过温度计,也曾用体温计测量过体温,但真正使用温度计测量过其他物体的温度的学生估计极少。本课学习时,对许多学生来说还是第一次使用温度计。因此,本课的学习,重要的是要让学生们理解温度计是用来做什么的、它们是如何工作的,以及如何识读温度计,为以后的学习活动打好基础
教学目标: 科学概念:
1.物体的温度可以用温度计测量。
2.常用液体温度计是利用玻璃管内的液注随温度变化而上升和下降来测量温度的。过程与方法:
1.观察和研究作为测量工具的常用液体温度计的主要构造。2.识读温度计(模型)刻度上的数字,并能读和写。
情感、态度、价值观: 从温度计这种工具的精巧设计体验科学的魅力,并理解测量工具使用规定的意义,并愿意遵守这些规定。
教学重点:常用液体温度计的主要构造。教学难点:零下温度的识读。
教具准备:实验室温度计25支、毛巾25条、红墨水1瓶、细塑料管若干、青霉素瓶50只、烧杯3只、热水瓶3只、课件。
教学安排:1课时 教学过程:
一、魔术激趣 巧设悬念 教师双手戴着白色线手套,接着出示一个装置,教师右手捏着青霉素瓶这时塑料管中的红色液柱上升,教师换左手捏着小药瓶塑料管中的红色液柱下降。
师问:同学们发现了什么,你知道其中的奥秘吗?
几个学生回答后,师述:同学们有各自的观点,也有一定的道理,我们待新课后再来解决这个问题。
二.图片导入 实验感知 教师直接揭示课题后:
1.由二张图片让学生说出感受,引出温度概念。媒体出示:物体的冷热程度叫温度。(课件)
2.出示三杯水,一学生上台演示,让学生感受到只凭感觉判断温度是不可靠的基础上,提出有一种工具可以准确地知道物体的冷热程度——温度计。(课件)
三.引导观察 认识结构
出示实验室温度计,提示学生:我们要正确使用温度计,首先必须要认识这个温度计,了解它有哪几个部分构成。
1.两人一组进行观察。媒体出示:仔细观察后,你获得了哪些信息? 2.师生交流。根据学生回答,出示课件进行讲解,了解温度计的结构。教师要着重讲清:
(1)温度计上“C”的意义:表示摄氏温度,其单位是摄氏度,用符号“℃”表示,同时板书。
(2)刻度的由来及温度计上的每一个小刻度所表示的摄氏度数。
教师要点及温度计是由物体的热胀冷缩的原理制成的知识点及温度计的最高温度和最低温度。
四.课件模拟 学会读写
教师出示课件模拟温度计(FLASH)
1.根据指示刻度读数、写数。据课件模型中的显示提问学生。教师适时板书。2.展示学生信息掌握、反馈(请几个学生板演)。3.纠正、巩固学生的反馈信息。五.了解种类 正确使用 课件出示各种各样的温度计,然后说明温度计的使用方法是不一样的,导入玻璃温度计的使用方法。
1.读一读当前手中温度计刻度读数。2.学生交流读数情况
3.教师质疑并一起回顾学生的使用情况。(课件)4.提出使用规范。(课件)
5.再读手中温度计读数,同桌检查是否符合使用规范。六. 适时反馈 巩固提高 1.学生完成作业。
2.反馈,对于第三题要借助课件再次点拨。七.总结揭秘 拓展延伸 1.总结。
学了这一课,同学们有哪些收获?(抽4生回答,教师适时总结:认识了温度计的构造、学会了温度计的读法与写法、掌握了温度读数时的规范等。同时表扬表现出色的同学。)
2.揭开魔术奥秘。
①师问:为什么老师右手捏着青霉素瓶时塑料管中的红色液柱上升,换左手塑料管中的红色液柱下降?
②抽二生回答后,教师说明这个装置:青霉素瓶内滴上几点红墨水,橡皮盖上插上塑料管,塑料管要插入红墨水中。
③让一学生捏一捏手套,让学生道破真相:原来一只手套是干的,一只手套是湿的。④师述:老师右手戴着干手套,捏着青霉素瓶时瓶中的空气受热膨胀,将红墨水压入塑料管,并逐渐上升;老师左手戴着湿手套,捏着青霉素瓶时瓶中的空气受冷收缩,红墨水又慢慢回到瓶底,我们看到塑料管中的红色液柱下降。所以温度计就是根据物体热胀冷缩的性质制成的。
3.拓展:课外做一个简易温度计(教师按小组分发材料)。
教学反思:
《温度和温度计》是教科版三年级《科学》下册第三单元第一课,我认真研读了教科书及教学用书,比照了初中一年级的《温度计》一课的教学目标,将本课的教学内容主要分成四个层次:一是比较水的冷与热;二是观察温度计,认识其结构及原理;三是摄氏温度的读和写;四是读出温度计指示的温度。
教学中,我先做了一个魔术:老师双手戴着白色线手套,右手捏着青霉素瓶这时塑料管中的红色液柱上升,换左手捏着青霉素瓶塑料管中的红色液柱下降。然后设疑:你看到了什么现象,知道是为什么吗?当学生讲不清楚时教师就此打住并告知学生到上完课以后再来解决。这样的开头方式一下子吊起了学生的胃口,学生情绪高昂,兴趣很浓。
我用一张冰天雪地图片和一张炼钢车间图片让学生们说出感受并引出温度的概念——表示物体的冷热程度。然后,再通过这种感觉来比较三杯冷热不同的水(其中1号杯是热水,2号杯是冷水,3号杯是温水,要求是让浸在热水杯中的手指和浸在冷水杯中的手指同时浸入3号杯,叫学生说出感受),引出如何准确测量物体温度的问题,在这一过程中,学生的积极性都很高,都想上去试试。接着引出温度计的教学,我先让学生观察温度计,每两个学生为一组让他们进行仔细的观察,然后进行汇报、交流,总结出温度计的结构,对刻度的由来、刻度线的几种类型都进行了分析,学生学得较为轻松。由于三年级的学生没有学过有关“热胀冷缩”的知识,所以我是有意回避了温度计的设计原理。
利用课件形式教学摄氏温度的读写时,我先教学0摄氏度、6摄氏度、零下1摄氏度的读法和写法,并提醒:零下的温度越往下数字越大,但温度越低。同时结合FALSH模型来认读,比较形象和直观,学生掌握得较好。在怎样正确的读出温度计刻度上的数字教学时,我先让学生读手中的温度计,然后汇报读数。教师在学生汇报各不相同的情况下,告知学生是因为读的方法上有问题,然后出示了从仰视、平视和俯视三个角度来读数的ppt,让学生来判断哪种认读方法是正确的,分析了仰视、俯视两种读数方法的错误性,让学生更形象、更深刻地记住只有在平视时读出的数字才是正确的,同时还强调了手和口的要求,最后在小组内每人都读一读温度计上的温度,互相评价读数方法是否正确,以加深印象。
最后结束时又回到魔术揭秘上来,教师首先说明这个装置:青霉素瓶内滴上几点红墨水,橡皮盖上插上塑料管,塑料管要插入红墨水中。同时让一学生捏一捏手套,让学生来道破真相:原来一只手套是干的,一只手套是湿的。这时老师告诉学生老师右手戴着干手套,捏着青霉素瓶时瓶中的空气受热膨胀,将红墨水压入塑料管,并逐渐上升;老师左手戴着湿手套,捏着青霉素瓶时瓶中的空气受冷收缩,红墨水又慢慢回到瓶底,我们看到塑料管中的红色液柱下降,所以温度计就是根据物体热胀冷缩的性质制成的。我觉得此时来得出温度计的设计原理是比较合理且整节课在结构上也表现得紧凑、连贯。
【教学内容】北师大版小学数学四年级上册第七单元 (第87~88 页) 。
【教学目标】
1. 结合温度的实例, 探索零上温度和零下温度的表示方法, 体验用带符号 (“+”或“-”) 的数表示零上温度与零下温度的必要性, 理解用这样的数表示温度的实际意义。
2. 通过在“虚拟温度计”上标记零上温度和零下温度的活动, 体会零上温度、零摄氏度、零下温度在温度计上的位置与顺序关系, 会正确读出温度计上显示的温度。
3. 会用带“-”的数表示零下温度, 并能初步理解、体会两个零下温度的大小。
【教学过程】
一、引入正负数———在天气预报中创造零上温度和零下温度的表示方法
(一) 谈话导入
同学们, 这几天早上起来, 你们感觉天气怎么样啊?有哪些感受呢?有谁知道今天的温度?今天老师出门前也关注了一下我们衢州的气温。下面, 我来当播报员, 你们当记录员, 以最快的速度把听到的温度记录下来, 好吗?拿出作业纸!
(二) 创造温度表示方法
1. 天气播报:今天衢州的最高温度是9 摄氏度, 最低温度是零下2 摄氏度。
2. 学生自由记录听到的温度。
3. 同桌交流, 上台汇报。
二、理解意义———在温度计上理解带符号 (“+”或“- ”) 的温度的实际意义
(一) 认读找温度
1. 认读温度计上的0 摄氏度, 找到温度计上的9℃, 感受从0℃到9℃, 温度计的液面是往上升9 小格。
2. 分别比较温度是20℃、35℃时, 温度计上的液面变化、生活中季节的变化, 说说自己的体温感觉, 会做些什么事?
3. 回到0℃, 说说温度计上液面的变化。讨论为什么液面会往下降, 如果液面继续往下降, 感觉怎样?请找到今天衢州的最低温度。
通过以上环节, 学生感受到随着温度的上升, 温度计的液面会上升, 天气越来越热。
(二) 比较温度高低
在温度计上找到某个城市的最高温度是3℃和最低温度是-7℃, 比较两个温度的高低, 找到认读温度计的标准:0℃。
(三) 引出数轴教学
将温度计旋转变成数轴, 观察数轴和温度计之间的联系。
三、比较大小———在中国版图中进一步感受温度的高低, 比较大小
(一) 说城市温度
分别出示昆明6~15℃、北京-2~5℃、哈尔滨-12~3℃、拉萨-20~-3℃, 让学生播报, 并说说获取了哪些数学信息, 在此过程中重点找几个城市说说怎么判断哪个是最高温度, 哪个是最低温度, 说说判断的方法。重点借助温度计判断拉萨的最高和最低温度。
(二) 将温度标记在温度计图片上
在作业纸的温度计中找最高温度和最低温度。
(三) 比温度, 感受温度和地理位置之间的关系
1.接着出示青岛、台湾、海口的温度, 让学生感受同一天各个城市的温度是不一样的, 在观察探讨中发现温度的高低和地理位置有关系, 越往北, 温度越低;越往南, 温度越高。
2. 出示哈尔滨、北京、青岛、杭州这四个城市某天的平均气温。让学生比大小, 进一步理解地理位置和温度高低之间的关系。
3. 在温度计上标注四个城市的平均气温, 随后将温度计旋转变成近似的数轴, 体会理解温度刻度位置与温度高低及数值之间的联系。
四、课堂小结
这节课, 我们学习了什么?你有什么收获?
五、课堂练习
1. 比较-5℃和-20℃哪个温度低?
2.下面是同一天几个城市的最低气温, 看图回答问题。
(1) 上海与天津, 哪个城市气温高?5℃○-2℃
(2) 天津与青岛, 哪个城市气温高?
(3) 长春与天津, 哪个城市气温高?
(4) 把四个城市的气温从高到低排列出来, 并说一说你是怎么比较的。
【教学反思】
一、分析教材, 准确把握目标定位
(一) 紧扣目标, 教学要求不越位
本节课是认识正负数的起始课, 旨在让学生知道零上温度和零下温度可以用带符号 (“+”或“-”) 的数来表示;让学生比较两个零下温度的高低;初步感悟数的扩充。并不需要揭示正负数的概念, 也不需要让学生感受生活中很多的现实模型以及数的扩充的必要性。因此, 教师只要“立足本课”, 紧紧围绕温度对正负数有初步的认识即可。
(二) 承上启下, 后续教学有奠基
本单元是在学生认识了自然数、小数、分数的基础上, 学习生活中一些常见的正、负数。这节课是为下节课在很多的现实例子中, 进一步体会正、负数的意义以及自然数扩充到整数, 发展、完善对0 的认识做准备的。因此, 在教学中重在利用温度初步体会带符号 (“+”或“-”) 的数表示意义相反的量, 那么下节课在不同情境中体会表示两个相反意义的量就顺理成章了。这节课对0 表示零上温度和零下温度的分界点的学习, 也是为下节课“0 既不是正数也不是负数”的提炼打下基础。本节课通过研究正、负数的现实模型———温度, 为下一节课从具有相反意义的量中抽象出正、负数奠定基础。
二、题组式情境, 提高教学实效
(一) 情境的选择“专一”, 教学任务层层落实
温度是现实生活中的常识, 学生每天都有接触。。本节课的所有教学都围绕温度展开, 形成了题组式情境, 既减少了复杂情境对学生学习的干扰, 又能使教学任务层层落实。本节课学生通过记录听到的温度, 通过在温度计上认、读、找度数等, 直观认识正负数, 这种学习方式是学生乐于接受的。因此, 本设计紧紧围绕“温度”这一情境开展教学, 在完成教学任务的同时, 又能完成数学思维的训练和数学素养的提升。
(二) 情境的使用“多能”, 教学效果水到渠成
本课的情境都和温度有关, 分别是“天气预报、温度计、中国版图”。将这三个和温度有关的情境进行串联, 设计成三大板块, 每个板块的教学相得益彰, 教学效果水到渠成。
在“天气预报”情境中, 学生经历并创造了用符号或图形表示零上温度和零下温度, 并沟通了多种表示方法之间的联系, 优化了用符号表示的方法, 产生了用负数表示的现实需要。在温度计上认、读、找温度的过程中, 学生又能很直观地感受负数的意义, 比较零上温度和零下温度之间的高低, 初步扩充数的认识等。在中国版图中, 引导学生结合温度的生活经验, 对带符号 (“+”或“-”) 的温度进行比较。
借助温度这个教学载体, 学生更好地理解了正数和负数反映的是两个相反意义的量;利用“模拟温度计”模型, 更直观地感知了正数比负数大, 为后续学习做准备;同时以温度为载体, 更好地理解了0 这个分界点的意义。各个板块作用有机渗透又相互独立, 真正发挥了“专一”情境的多能作用。
(三) 情境的作用发挥巧妙, 数学思想无痕渗透
温度计作为数轴的现实模型, 在本节课的巧妙使用, 其作用可见一斑。
当温度计上出现了一些零上温度、零摄氏度和零下温度时, 利用PPT的功能, 将温度计慢慢隐去, 抽象成竖着摆放的数轴, 然后将竖着摆放的数轴进行顺时针旋转, 最后呈现在学生面前。在整个抽象的过程中, 数形结合思想和分类思想有机渗透, 在对数轴的探究中, 学生感悟到了数轴的现实原型, 为下一步的学习打下基础, 感悟到了正负数的大小比较, 更完善了对0 的认识。
在学习正负数前专门安排一节“温度”的教学, 是北师大版教材独有的编排。不论是从教材的角度还是从教学对象的角度考虑, 这样的安排都更有利于学生对正负数意义的理解, 有利于后续的进一步学习。
摘要:“温度”作为“生活中的负数”单元起始课, 在正负数的教学中具有举足轻重的地位, 本文从教材出发, 阐述了温度在教学中的地位和作用, 又从情境创设的角度具体反思了“专一”情境的“多能”作用。在温度的情境中, 既完成了知识教学的任务, 又使学生得到了数学思维训练和数学素养的提升。
关键词:温度,教学设计,反思
参考文献
一、关注教学细节。找准反思的角度
在日常教学中,教师们教学反思中的问题大致分两类,一类是不知道教学反思是什么,反思什么,属于糊涂型反思;另一类教学反思是讲课改大道理的,属于唱高调型反思。这两类教学反思既达不到诊断教学的目的,又无法给别人提供教学参考,只是为了反思而反思。那么,什么才是有效的小学数学教学反思呢?笔者认为,选择恰当的小学数学教学反思的“角度”,是实施有效教学反思最为重要的前提。而关注小学数学教学的细节,则就成为找准教学反思“角度”的关键所在。下面以“三角形特性”片段为例,谈谈如何寻找教学反思的角度。
[教学案例]
A老师的教学片段:
师:(用多媒体课件演示围的过程,之后又出现三组数据)如果小棒的长是4 cm、5 cm、9 cm,能围成三角形吗?
生1:(不假思索地说)能围成。
师:能吗?(赶紧用课件演示,如下图)
生2:我觉得能围成,(边说边用手势比画)每个角是180°,我用小棒试过的。
生3:行的,就是扁一点。(边说边比画)
师:(指着课件上的图,赶紧说明)两条边与第三条边都重合,怎么行呢?
生:(似懂非懂地看着大屏幕。)
B老师的教学片段:
出示:
师:这三条边能围成三角形吗?自己试一试。
(学生拿出小棒试了起来,很快有小组举手了。)
生1:我们组认为能围成。
生2:我觉得不能围成,因为4+6=10 cm,10 cm等于10 cm,重合了。
师:你们觉得生2说的有道理吗?能围成三角形吗?
生:(还有不少学生)能!我们试过的。
C老师的教学片段:
师:如果两条边的和与第三边相等时,能围成三角形吗?
(有一些学生开始动手用小棒摆了起来)
生1:能围成。(指着自己摆的说)
生2:不能。(却说不出理由)
师:能吗?课件演示。
师:大家看后,你们认为两边之和等于第三边时,能围成三角形吗?
生:(一部分学生赶紧说)不能。
师:所以,只有任意两边之和大于第三边时,才能围成三角形。
现象分析:
无论是A老师,还是B老师,抑或是C老师,教学中,为了更好地让学生直观形象观察三角形,归纳出数学规律,均采用了小棒作为围成三角形的操作工具。3位老师提供的小棒为两类,一类是圆柱形的另一类是长方体形的,无论是哪一类小棒,它们都有一个共同的特点,那就是小棒不仅有“长度”,还有一定的“厚度”。当发生“任意两边之和等于第三边”时,问题就会出现了,有人能搭建起三角形,有人不能。究其原因是什么呢?
一是学生年龄小,动手能力差,在动手操作的过程中,很难准确地把小棒摆到相应的位置上,有时一个不经意的小动作,让本不能摆成的图形,却摆成了。
二是思维定式的影响,学生刚摆过“任意两条之和大于第三边”情况下的三角形,此时再摆“任意两边之和等于第三边”时,思维定式影响他认为可以摆成。
三是缺乏严格意义上的规范操作。具体可见下图。
图1在操作过程中,没有注意到小棒与小棒连接之处必须是相同的端点对应相同的端点,即如果我们使用了小棒内侧的线段时,所有参与搭建的小棒,都以内侧所在面上的线段端点为连接点,只有这样按照统一规范的要求,才能真实地反映问题。图2在操作过程中没有问题,问题出在小棒上。我们搭建三角形时,都是使用小棒的某一个面,且使用的面是统一的。而在实际操作中,由于小棒有一定的“厚度”,当出现特殊情况“任意两边之和等于第三边”,往往无意识中会用到“长方体”内部的“斜边”,而两条短边内部的“斜边”长之和是大于第三条边的。这样一来,当“任意两边之和等于第三边”时,有一些学生自然就产生了认为能搭成三角形的错误现象。
应对策略:
1.“读懂”学生的心理是有效操作的前提。课堂教学的主体是学生,要想真正让每一个学生通过课堂学习,提高自身的数学素养,教师必须要对学生有一个全面、清晰的认识。3个教学片段中学生摆小棒出现的问题,从某一个角度折射出教师不是真正地了解学生,不知道这个年龄段儿童的心理特点,不了解他们在学习过程中的具体心理状态,更不知道这些学生的操作能力处在什么样的水平。这样一来,教学中一旦操作起来,面对不熟悉的学生群体,自然很难达成课前的预设效果。为此,课前,教师要深入了解教学对象各方面的特征,全面掌握他们的学习心理,根据学生已有的操作水平,设置有效的操作方案。这样,才能真正发挥直观教学的功能。
2.“读懂”学具的性能是有效操作的条件。日常教学中,教师往往把精力主要用在课堂教学设计上,忽视了对小棒这一类教具、学具的研究与思考,总认为这些常用的学具没有什么特殊的地方。从以上教学片段中可以看出,正是由于忽视了小棒的“厚度”,这一不起眼小细节的解读,酿成了无法说服学生认同“任意两边之和等于第三边不能围成三角形”的败笔。因而,教师课前钻研教材、研究教法与学法的同时,也应认真分析教学中所采用的教、学具,全面了解教、学具的特点,有效地整合教、学具与教学内容之间的关系,尽可能避免教、学具对教学产生的负作用。
3.“读懂”使用规则是有效操作的保证。
学生在使用小棒的过程中,由于没有明确的要求与规范,往往都按自己的理解进行操作。这样做的后果,一部分动手能力强一些的学生,通过模仿等活动,无意识中形成规范的操作方式。而那些动手能力稍弱一些的学生,在缺乏统一、规范的操作活动中,很难达成预设操作效果。因而,教师在每一次操作活动前,应对操作步骤、学具情况、注意事项等有一个清晰交代,学生在规范、有序地操作要求下的活动,针对性强,效率高,负迁移少。
4.“读懂”课堂变化是有效操作的根本。
教学中的机智,体现了教师驾驭课堂的能力与水平。面对学生操作小棒中出现的问题,教师不应回避它,而应冷静地分析,迅速地找出原因,快速地构建应对策略。这样做可能暂时偏离了教学的预设,花去了宝贵的教学时间,但却能有效地促进学生思维发展,真正帮助学生从操作中感悟,在感悟中发现,在发现中提升。切不可盲目或草草地打发学生在操作中出现的问题。
关注课堂“小棒”之类教学细节,不仅反映出教师对学生、教学的认识与理解水平,更体现出教师的教学智慧。为此,教师要经常从类似“摆小棒”的教学细节中观察、思考教学,反思教学中存在的问题与不足,提出更为合理的解决方案。这样一来,课堂教学才会越来越符合儿童学习实际,越来越符合数学自身的特点。同时,教师的专业素养也在不断地教学反思中得到提升。
二、落实人文关怀,呈现反思的温度
在小学数学教学反思过程中,教师更多地把注意力放在课堂、教材、教学过程上,容易忽视对教学对象——学生的关注,特别是对学生日常学习活动中一些现象抱怨多于思考,责备多于策略。众所周知,数学教学不仅只是数学知识学习,它还有一项更重要的功能——育人,离开了育人的数学教学,是无人的教学。为此,在日常教学中,应把育人与教学有机地融合起来,提升数学教学的温度,让学生在有温度的教学环境中成长。下面以“找回藏着的明天”为例,谈谈如何呈现反思的温度。
[教学案例]
“老师,我们组就小军没有交作业了。”第三组的小组长一边整理练习册,一边报告着。
“是吗?什么原因呀?”
“不知道。”
“你怎么会不知道呢?”
小组长很委屈地说:“老师,小军什么作业都是这样的。你问他要作业,他说明天带来,可到了第二天,他还是没有。”
确实,小军这孩子如小组长说的那样,各门学科的作业很少能及时完成,各科的老师面对他都头痛,你说他吧,他认认真真地听着,可一转身,什么也没有。如此,时间一长,好像他可以不做作业,他自己习惯了,同学们习惯了,连有些老师也习惯了。
与此同时,小军的学习也一天不如一天,有时甚至连上课也无所谓了。怎么办呢?这样下去总不是个办法。正好今天他的数学作业没有完成(平时数学作业虽然迟些交,但总能完成),得找个机会与他先聊聊。
第一节就是我的数学课,虽然,我没有正视小军,但眼睛的余光能感受到小军有点不自在,可能以为我会在上课时批评他。可一直到下课我都没有提及他作业的事,只是课间改好其他同学的随堂作业时,看他在座位上玩,就很随意地问小军。
“昨晚家里有什么事吗?”
“没有呀!”小军很轻松地说。
“作业怎么没有做呀?”
“不是的,我做了,在家里没有带来。”
小军在说这话的时候,我无意中瞟见他书包里有数学练习册。可能小军感到我发现了什么,本来很轻松的神态。一下子变得拘谨起来。
“老师,我明天一定带来。”小军很尴尬地说着。
我摸着小军的头,意味深长地说,“小军,这可是你说的话哟,明天可不要失信呀!”
“老师,我保证明天一定带来。”
第二天一早,我刚到办公室,小军一路小跑地跑了进来,“老师,我的作业本找到了。”
“是吗?真不错,你很守信用。”
小军不好意思地抓着头笑着。
“小军,老师有个事想向你调查一下。”
小军一听,又紧张起来,“什么事?”
“是这样,老师想了解一下最近大家对老师上的课有什么意见。课上得快不快?上课能学会吗?”
“老师,我喜欢你上课,好玩。”
“作业会做吗?多不多?”
“会呀!不多,做得快十几分钟就行了。就是你布置的思考题,我不怎么会。”
“那你可以把作业做好再做思考题呀!如果你能每天及时把作业交上来,我第一个改你的,如果做得又对又好的话,我给你打一个大红星,怎么样?”
“真的?”
“当然是真的哆!不过你不能告诉别人,其他人如果知道了都比你还早,那你可就没有机会了。”
“好!”小军兴奋地跳着跑出办公室。
小军平时经常拖拉作业,别说作业做得有多好了,能完成就很不错了,自然平时只能看着其他同学你一个,我一个红星,他从来没有得过一个。
在接下来几天里,数学作业一布置,小军再也不东追西跑了,总是利用课后的一点时间及时地把作业做完,并悄悄地拿给我改。我也悄悄地给他批改,对于出现的问题,及时帮他找出来,每次当他全部做对后,都给他画上一个大大的红五星。每天发作业本时,小军都把作业本翻开放在桌子上,让自己的红五星显露着,看着周围又怀疑又羡慕,那种得意劲别提了。
其他同学也在私下里问我:“老师,小军怎么一下子变了?”
“怎么,不好吗?说明小军自觉了,懂事了呀!”
虽然.这种办法不能从根本上改变小军拖拉作业的习惯,但如果平时多从一些不引人注目的小事着手,一点一滴地影响着他,相信用不了多长时间,小军会养成按时、按量、按质完成作业的好习惯。
活动目标:
1、知道每个人都会有开心与不开心的时候,要经常保持愉快的性情。
2、学习用“情绪温度计”的方法记录自己每天的心情。
3、感受情绪与色彩的关系。
4、体验同伴间友好的情感。
5、积极参与活动,能用简单的语言表达自己的感受。
活动准备:
1、温度计(实物)一个,一张画好刻度的温度计图片。
2、幼儿用书:《情绪温度计》。
3、人手一支彩笔
活动过程:
1、教师和幼儿观察温度计,了解温度计上的刻度。
●教师出示温度计。
教师:你知道这是什么吗?它有什么用途?
●幼儿结合自己的生活景仰说说温度计的用处。(知道温度计可以测量温度的高低,人们通过温度计可以知道天气的冷暖)。
●教师和幼儿一同观察温度计的刻度,分清不同的温度。如:零度一上温度越来越高,零度以下的温度越来越低。
2、教师和幼儿看幼儿用书,学习记录自己情绪的方法。
●教师引导幼儿看幼儿用书,讨论记录情绪的方法。
教师:温度计可以表示温度的变化,在温度计上怎样表示情绪的变化呢?开心时,可以用什么颜色表示?生气是,用什么颜色表示?
●教师组织幼儿自由交流。
教师:今天你的心情好吗?为什么?
●教师启发幼儿在书上记录自己今天的心情,幼儿可以用鲜艳的暖色(如红色)或自己喜欢的颜色在羚度以上记录自己愉快的心情,用冷色(如黑色或自己不太喜欢的颜色在零度以下记录自己的不开心;教师还可以启发幼儿在“温度计”上用不同的刻度表示开心与不开心的程度,如很开心、有一点儿开心、非常生气大呢感。
●教师小结:我们每个人都会有开心的时候和不开心的时候,“情绪温度计”可以帮助我们记录自己的心情。
3、教师引导幼儿讲述自己记录的内容。
●教师组织幼儿互相欣赏记录表。
教师:请你给小伙伴看一看自己记录的“情绪温度计”,并说一说为什么这样记录。
●教师请2~3名幼儿在集体面前讲述。
●教师引导幼儿讨论:你觉得在“情绪温度计”中,记录下红色刻度好,还是和色合度好?为什么?
●教师小结:我们可以用:“情绪温度计”记录自己每天不同的情绪变化。每个人要经常保持愉快的心情,这样才有利于身体的健康。
教学反思:
在活动中,孩子们根据自己的感受讲述了自己的情绪,有喜有悲,让我很感触。我告诉孩子,每个人都有开心与不开心的时候,它直接影响着一个人的情绪,温度计反映了一个人的内心,冷的时候温度下降,热的时候,急剧上升。但是不管怎样,我们每个人都要保持开心的心态,调节自己的情绪。我给孩子看了一些情绪图片,教孩子学会情绪管理的方法。让孩子认同自己,有情绪空间,能自由、开放地感受和表达自己的情绪,使某些园本正常的情绪感受不因压抑而变质。我和孩子一起看图片学习怎样适当宣泄自己的情绪,如:在愤怒的时候,不妨跑跑步、打球来释放;在悲伤时,不妨大哭一场等。只有驾驭自己的情绪,才能成为健康的孩子。
上课伊始,让学生进行游戏“猜一猜”1号杯和2号杯的冷热,就激发了学生的好奇心,从而引出了“温度”概念,以及℃的读写。本课学习时,对许多孩子们来说还是第一次使用温度计。因此,本课的学习,重要的是要让孩子们理解温度计是用来做什么的、它们是如何工作的,以及如何识读温度计。鉴于此教学目的,我安排了五个活动,猜测两个水杯里水的温度—观察比较四个水杯内水的温度,引出温度计—观察温度计—理解温度计的原理—掌握温度计的读写,让孩子们在活动中感悟、发现,基本达到了本课的教学目标。遗憾的是在引导孩子们学习识记温度计指示的零下刻度时,安排的读写时间不够,少数同学还没掌握零下温度的读法和写法。望下节课在复习巩固。
冷与热是学生的身体时刻能感受到的,和他们的生活有着密切的关系。学生触摸四杯冷热不同的水后,感受冷水和热水的温度差异,并结合生活经验,进行分析和概括。另一方面是考虑到学生好动,只知道冷热而不知道具体的温度有多高,引出温度计,满足学生的好奇心和探究欲。
温度计是探究自然事物和现象的常用测量器具。为了让学生自主探究,我设计了这样一个教学环节,发给每个学生一个温度计,让学生自己通过看一看、摸一摸、试一试、测一测等方法研究温度计的用法,为学生提供充分的亲自使用温度计测量温度的机会。希望使学生通过经历科学的“探究—发现—运用”的过程,在科学知识、科学方法、科学态度诸方面都得到协调和谐的提高和发展。通过实践我发现,这样的设计能使学生对周围事物的温度产生浓厚的兴趣,能真切的体会使用温度计认识事物特征的价值,在发现问题和解决问题的过程中形成了善于思考、勇于探索的品质,达到了良好的教学效果。
给学生探究的时间和空间。科学教学要以学生为主体,要以学生的主动探究为核心。课堂中第一个分组活动,学生小组分两次按不同顺序对四杯水进行测量,并将实验数据记录好,一共进行7分钟的测量。从时间上来说,保证了学生探究的时间,把课堂交给了学生,使探究的理念较好地落实在了课堂上。从学生的反映来看,学生对研究和描述各有自己独到的见解,学生有了自己的观察和思想。学生冷热的观察也不局限于课堂,结合自己生活中的积累,探究自然就延伸到了课外。
通过这节课的教学,本人悟得了一些体会和教训,现小结如下:
一、经验体会:
1、在生活经验中,学生都知道温度计可以测量物体的温度,但是很少有学生独自使用过温度计去测量物体的温度。为此,我准备了温度计让学生实际测量热水的温度,学生的兴趣还是很浓的,课堂气氛也比较活跃。
2、通过课件,也能比较清楚地讲授了摄氏温度。提高了课堂效率。
3、课堂练习设计针对性较强。本节的难点之一是温度计的读数,特点是负温度读数。以往几年的学生都在这个知识点上出错。可能是南方的`学生较少接触负温度。为此,本节课在这个方面投放了较大的时间和精力,但学生仍然出错,这有待于日后进一步巩固。
二、不足之外:
1、由于第一次接触温度计的读数,故很多学生分不清“示数”、“读数”、“读作”的区别,在此花了较多的时间,导致时间较紧。体温计部分的效果较差。
2、没有联系体温计的构造与凸透镜的关系。
1.1 方案一
可以采用温度传感器DS18B20, 在单片机温度检测应用电路设计中, 大多都是使用DS18B20温度传感器, 而且它可以直接读取被测非电量温度值, 进行转换, 达到设计要求。数字温度计由DS18B20传感器、时钟振荡电路、单片机、LED显示电路、单片机复位电路等电路组成。原理框图如图1所示。
1.2 方案二
通过温度传感器LM35采集到温度信号, 经过整形电路送到A/D转换器, 然后通过译码器驱动数码管显示温度。
1.3 方案比较
以上两种方案第一种方案电路设计上比较简单对于温度显示计的设计上也可以添加例如温度临界点报警功能, 但是使用单片机进行硬件电路焊接后, 还必须软件编程再进行调试。后续工作繁多。因此此设计选择第二种方案。虽电路复杂点但通过找资料、电路设计、硬件电路焊接后就可以实现温度测量。
2 系统设计总体思路及工作原理
2.1 系统设计总体思路
本设计模块划分为温度采集电路、A/D转换电路、译码驱动电路、温度显示电路构成。
ICL7107芯片是由A/D转换和译码器两部分构成, 可以直接驱动数码管, 省去了译码器的接线, 在硬件电路焊接上, ICL7107只需要少量外部元件就可以精确测量0到200mv电压, LM35温度采集传感器本身输出转换电压与输入非电量温度之间成线性关系。所以该电路核心是用ICL7107驱动数码管实现信号的显示。
2.2 数字温度计工作原理
LM35温度传感器先将感受到外界的非电量信号温度经传感器内部电路处理后, 输出一个电压信号, 该信号与外界摄氏温度成线性比例。然后该信号经过差动输入到A/D转换器, 转换成数字信号通过控制逻辑电路向数据锁存器发出一个锁存信号, 锁存器将计数器的数据锁存并经译码驱动电路, 驱动显示器LED工作, 显示出LM35温度传感器感应的温度数值。
3 基础知识介绍
3.1 LM35集成温度传感器
LM35属于NS公司生产的集成电路温度传感器系列产品, 它的特点是工作精度高和线性工作范围较宽。该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。这个特点符合我们日常对温度读书的习惯。对其精度的验证是用电烙铁直接靠近LM35温度传感器给其加热, 很快显示数数值来。方便实验数据测量。从使用者的习惯及方便性来说, LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更优越一些, 此外, LM35无需外部校准或微调, 可以提供±1/4℃的常用的室温精度, 方便实用。LM35集成温度传感器如图3所示。
3.1.1 引脚介绍
(1) 1引脚:电源正极V+;
(2) 2引脚:输出V;
(3) 3引脚:输出地/电源地GND。
3.1.2 LM35的主要参数
如表1所示。
3.1.3 LM35的工作原理
LM35输出电压与摄氏温标呈线性关系, 转换公式如下:
温度为0时输出为0V, 每升高1℃, 输出电压增加10m V。在静止温度中自热效应低 (0.08℃) , 单电源模式在25℃下静止电流约50µA, 工作电压较宽, 可在4—20V的供电电压范围内正常工作非常省电。
3.2 A/D模数转换电路 (ICL7107芯片)
ICL7107是一块应用非常广泛的高性能、低功耗集成电路。它包含三位半A/D转换器, 七段译码器, 显示驱动器外, 还设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、时钟系统、自动调零功能等。因此ICL7107是一款高精度、通用性和低成本结合很好的集成电路。
3.2.1 ICL7107的基本特点
(1) ICL7107是三位半位双积分型A/D转换器, 属于CMOS大规模集成电路, 它的最大显示值为士1999, 最小分辨率为100u V, 转换精度为0.05士1个字。
(2) 不需要另加驱动器件, 可直接驱动共阳极LED数码管。
(3) 芯片内部基准电源稳定性很高, 通过电阻分压器可得基准电压。
(4) 通过模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。
(5) 对输入信号无衰减作用, 输入阻抗高。
(6) 可靠性良好, 寿命长, 噪音低, 温漂小。
(7) 低功耗。芯片本身功耗小于15mw。
(8) 使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极接V+。
(9) 方便功能检查。
(10) 整机组装方便, 无需外加有源器件, 配上电阻、电容和LED共阳极数码管, 就能构成一只直流数字电压表头。
3.2.2 ICL7107A/D转换器的管脚排列
如图4所示。
3.2.3 ICL7107A/D转换器的管脚功能
如表2所示。
3.2.4 ICL7107的工作原理
ICL7107为A/D转换和译码器为一体的芯片, 是一种间接A/D转换器。它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分, 将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔, 然后利用脉冲时间间隔, 进而得出相应的数字性输出。它不需要的译码器直接驱动三个数码管工作。
3.3 LED数码管
LED数码管 (LED Segment Displays) 由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件, 引线已在内部连接完成, 只需引出它们的各个笔划, 公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的, 加上小数点就是8个。这些段分别由字母a, b, c, d, e, f, g, dp来表示。如图5所示为LED引脚定义图。
3.3.1 静态显示
静态驱动也称直流驱动。它是指在显示时段内对组成字形的发光二极管保持恒定地的导通或截止。静态驱动的优点是程序操作简单, 显示亮度高, 缺点是占用I/O端口多, 硬件电路的复杂性。CPU送出字形码后可以不再管理。
3.3.2 动态显示
LED数码管动态显示是单片机应用最广泛一种显示方式, 动态显示是指在显示时段内对组成字形的发光二极管实行间断或轮流 (多字符显示) 点亮。动态显示的效果和静态显示是一样的, 能够节省大量的I/O端口, 而且最大限度地降低显示功耗。但是占用了CPU的执行程序时间。
4 温度检测电路的制作与调试
温度检测电路制作:按照图6温度检测电路原理框图对相关元件进行焊接, 其中注意芯片各管脚的作用以及该如何进行接线。
调试包括调整和测试两部分。
调整:主要对电路参数的调整
测试:主要是对电路各项技术指标和功能进行测量和试验。
调试过程及步骤:
(1) 接通电源;
(2) 先静态后动态调试;
(3) 对复杂电路进行分级调试, 然后联调;
(4) 调试完成对照参数指标相符性;
(5) 记录整个调试过程及步骤;
(6) 调整完成后通电进行考机试验, 检测性能的稳定性。
5 结束语
在这次设计当中, 初步了解了A/D转换器的工作原理以及数码管的连接方法。在这个设计中, 信号采集电路比较重要, 要对电路中各个元件数值进行精确的计算, 防止电路输出变化太大, 对测量不利。
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关键词:温室大棚;温度采集;ARM-Linux操作系统;ZigBee无线收发模块;LCD信息显示
中图分类号: S625.5+1;TP274+.2 文献标志码: A 文章编号:1002-1302(2014)07-0416-04
收稿日期:2013-10-08
作者简介:胡衡(1988—),男,河南信阳人,硕士研究生,主要从事智能控制与嵌入式应用研究。E-mail:843392514@qq.com。作为新的农作物种植技术,温室大棚早已突破了传统农作物种植受地域、自然环境和气候等诸多因素的限制,对农业生产具有重大意义[1]。温室温度是影响温室内种植的农作物产量的重要因素之一,如何进行温室内温度的实时监测,以及如何降低运行成本、提高效率、实现环境的精确控制成为目前研究的关键问题[2]。
面对温室环境中较大面积的作物,大量的布线在设备的安装和维护方面会造成很多困难。因此无线温室采集系统的应用可以极大提高温室系统的可靠性、实时性,并且系统的开发价格较低廉,性价比高,组装维护方便[3-5]。温室大棚的大型化、集约化和规模化发展,使得传统的基于单片机技术的温度采集系统的局限性愈加显现。随着嵌入式ARM技术的不断发展和完善,其在实时批处理数据和网路功能方面的优势日益突出[6-7]。然而,目前基于ARM9体系结构的温度采集研究大多针对单点温度,对于多点温度,尤其是采用无线分布式的多点温度采集的研究却非常少,制约了嵌入式技术在温室大棚中的应用。为此,本研究设计了一种结合嵌入式技术和无线传感技术的多点温度采集系统,该系统具有高性能、低功耗、快速处理数据的特点。
1系统总体设计
无线多点温度采集系统主要由ARM控制核心、ZigBee无线通讯网路、终端采集单元3部分组成,其整体示意图如图1所示。
在无线多点温度采集系统中,终端检测单元部分通过分布在各处的温度传感器完成温度的实时采集,将温度参数进行检测和变送;ZigBee网关与从节点构成星型拓扑结构[8],网关汇总各从节点采集得到的温度数据,并且定时将其发送给ARM控制平台;最终所得到的温度数据实时同步显示在ARM控制平台的LCD触摸屏上。
2系统硬件设计
本系统的硬件电路框图如图2所示,主要由ARM9中央控制模块、ZigBee无线收发模块、温度采集模块、LCD显示模块、电源及复位模块等构成。
2.1ARM9中央控制模块
ARM9中央控制模块由ARM9处理器、FLASH、SDRAM、电源及复位模块、LCD触摸屏及相关外围电路组成。ARM9处理器是整个系统的核心部分,用来对ZigBee通讯模块进行相应的配置并接受和处理来自ZigBee终端节点的数据。综合性能、功耗、成本方面的考虑,本系统采用Samsung公司的32位ARM9处理器S3C2440作为主控制器,该处理器集成了LCD控制器、USBHost、NAND控制器、中断控制、功率控制、存储控制、UART、SPI和GPIO等丰富的外围资源,通过外扩存储器、串口、USB接口和JTAG调试接口等构成硬件平台[9]。系统采用64M的NAND型FLASH K29F2808来存放系统启动代码、内核代码及根文件系统;SDRAM选用2片HY57V561620CTP-H构成容量为64MB的高速动态随机存储器。由于主控芯片S3C2440没有实现ZigBee协议的功能,为了能与ZigBee设备进行通讯,需要通过串口UART与ZigBee协调器相连。
2.2ZigBee无线收发模块
ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、高灵敏度、具有出众的抗噪声及抗干扰能力的双向无线通信技术[10]。为了满足多点温度采集系统简洁、方便的要求,系统采用ZigBee无线通信技术组建无线网络。
ZigBee无线收发模块采用TI公司的基于IEEE802.15.4协议的CC2430芯片,通过Z-Stack协议栈实现带有网络自启动功能的星型ZigBee无线网络。星型网络配置由一个协调器节点和1个或多个终端节点组成,协调器节点是该网络的控制中心,负责创建维护网络,是无线网络与外界通信的出入口,终端节点负责采集信息发送至协调器,或接收控制命令完成相关功能。系统中所有的终端节点由协调器节点分配不同的网络地址,只与协调器节点进行无线通信,而协调器节点通过串口UART0与ARM9处理器S3C2440进行通信,S3C2440对接收到的ZigBee信息进行解析后,根据不同的网络地址判断信息来自哪个ZigBee终端节点。ZigBee网络中的所有节点都可以使用同一个电路,在ZigBee无线网络中的协调器功能和终端功能是由软件来区分的。CC2430使用SFD、FIFO、FIFOP和CCA 4个引脚表示收发数据状态:SFD引脚高电平表示处于接受状态,FIFO和FIFOP引脚表示接受FIFO缓冲区的状态,CCA引脚在信道有信号时输出高电平,只在接收状态下有效。CC2430是1个半双工芯片,在同一时刻只处于一种工作状态,有15个固定地址的命令寄存器,并且接收缓冲和发送缓冲是分开的。
2.3温度采集模块
温度采集模块的主要任务是负责温度采集,由温度传感器和CC2430终端节点构成,在溫室大棚中均匀分布若干个终端从节点用于采集各处的温度数据。
nlc202309020557
温度传感器选用Dallas半导体公司生产的应用可组网的单线式数字温度传感器DSl8B20,测量温度范围为-55 ℃至125 ℃,精度为0.5 ℃,用9bit数字量表示温度,每次将温度转换成数字量需200 ms。采用直接数字化输出,内部传感元件及转换电路集成在形如1只三极管的集成电路内,3个端口分别是地线(G N D)、数据线(DQ)、电源(VDD),从芯片CC2430的I/O 口上接入温度传感器DS18B20的DQ端。
3系统软件设计
本系统在RedHat9.0下创建嵌入式系统的Linux开发环境,使用arm-linux-gcc3.4.5作为交叉编译器,并采用yaffs类型的根文件系统和Linux2.6.29版本的内核来构建嵌入式系统。linux2.6.29内核具有强大的进程、中断和设备管理,支持各种文件系统。本系统软件设计部分主要包括:Linux操作系统移植、底层设备驱动程序设计和系统应用主程序设计三大部分。
3.1Linux操作系统移植
嵌入式Linux操作系统移植包括:移植U-boot、移植Linux内核以及制作根文件系统[11]。
3.1.1移植U-bootU-boot是在嵌入式操作系统运行前执行的一段Bootloader程序,其作用在于初始化硬件设备、建立内存空间的映射关系,将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,为最终调试操作系统内核准备好正确的环境。他的源代码是免费公开的,可从网站上直接下载获得,本系统所用版本为U-boot1.1.4。在U-boot目录下进行相关配置并执行#make CROSS_COMPILE=arm-linux编译成功后,可将其烧入到FLASH中运行。
3.1.2移植Linux内核首先从网站上下载免费开源的Linux2.6.29内核源代码,在编译前进入根目录,修改其目录下的Makefile文件,设置目标平台和交叉编译器。然后运行#make menuconfig进入配置菜单,选择需要配置的选项后保存退出,再执行内核编译命令#make uImage,编译成功后会得到编译好的内核镜像文件zImage。
3.1.3制作根文件系统首先编译安装Busybox,然后根据需要建立相应的根目录,并编辑好系统运行所需的配置文件,最后采用制作yaffs文件系统的软件来制作出文件系统镜像。最终用U-boot通过tftp服务器下载内核镜像和根文件系统镜像到NAND FLASH中,如果系统启动正常,则成功移植了Linux操作系统。
3.2底层设备驱动程序设计
底层设备驱动程序是操作系统和设备进行通信的特殊程序,一般集成在操作系统内核中,有直接编译到内核(静态编译)和模块(动态编译)2种方式,前者是将驱动作为内核的一部分,直接编译到内核中;后者则为动态链接:单独作为1个模块进行编译,按需加载到内核中[12],本设计使用动态编辑方式。本系统的底层设备驱动主要是DS18B20驱动和 ZigBee 无线收发模块驱动;另外LCD触摸屏、串口等的驱动已经按需编译到Linux内核中。
3.2.1DS18B20驱动程序设计DS18B20是在1根总线上读写数据的,因此对读写的数据位有着严格的时序要求,同一时刻单总线上只能有1个控制信号或数据,必须有严格的通信协议来保证各位数据的正确性和完整性。为保证数据可靠地传送,进行数据通信时一定要符合单总线协议[13]。为了读出所有DS18B20的温度值,利用DS18B20的相关ROM命令并结合相关子函数完成该驱动的设计,其流程如图3所示。
3.2.2ZigBee无线收发模块驱动设计本系统采用的是星形网络拓扑结构,网络中存在协调器和终端两种设备。上电后,协调器首先完成应用层初始化,然后初始化I/O端口并打开全局中断,接着协调器搜索选择合适的信道并组建一个ZigBee网络;温度采集节点上电后,初始化后先扫描信道并寻找协调器,与之建立连接,连接成功后,终端节点每隔一定时间采集1次温室内的温度信息,然后传输给协调器,协调器接受各个节点的温度值,最终将其传输给ARM9处理器。ZigBee协调器和终端节点程序流程图分别如图4和图5所示。
3.3系统应用主程序设计
本系统通过创建打开DS18B20、ZigBee模块的驱动进程,使得系统在操作系统打开后通过进程调度对驱动进行操作[14-15],从而实现无线多点温度采集的目的。系统应用主程序流程图见图6所示。
4结论与讨论
本研究介绍了一种基于ARM与ZigBee技术的温室大棚多点温度采集系统,并给出了详细的系统架构方案,从软硬件方面阐述了设计思路和实现方法。测试表明,将低成本、低功耗的无线ZigBee技术应用于多点分布式温度采集系统,不但能够实现对温室大棚内多处温度的自动实时采集,而且提高了系统的可靠性和灵活性,同时也减少了现场布线带来的各种问题。此外,ARM-Linux具有较强的批量数据处理能力和网络功能,因此本系统在大规模、大面积、监测节点数较多的温室大棚中具有极大的推廣应用价值。以后的研究可以进一步深入:软件扩展升级可以在操作系统中进行,使其具有更好的通用性以便于不同的用户通过简单的修改就可以成功添加不同种类和个数的传感器,甚至利用网络功能实现远程数据采集和监测;硬件扩展升级可以添加新的终端节点来采集其他环境参数如光照、湿度、CO2浓度等;此外还可以增加网络接口模块来实现远程数据传输。
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教学内容:北师大版义务教育课程标准数学四年级上册第七单元《生活中的负数》第一课时《温度》。教学目标:
1、通过情景了解零下温度的表示方法,感受引入负数的必要性,会
正
确
读写。
2、通过借助温度计或生活经验,学会比较两个零下温度的高低,并初步感知温度背景下的两个负数的比较方法。
3、通过读写温度,初步感受了解负数在生活中的应用。教学重点:能正确读写温度,难点是比较两个零下温度的大小。教学准备:多媒体课件,学生课前调查自己喜欢的城市的温度,简易温度计一支。教学过程:
一、以蒙城的天气情况,引入课题
师:今天冷不冷啊?同学们有没有看天气预报啊?老师百度了一下,今天的气温是-3℃-10℃。
师:你是从什么地方得到这些信息的?你知道℃是什么意思吗?对,℃叫摄氏度,是温度的单位。比如1摄氏度就可以写成:1℃。师:还有谁愿意来汇报一下你的调查结果? 生2:„„ 师:你是从哪里得到这些信息的?还有哪些不同的调查方法? 同学们通过上网,看电视,听广播,读报纸得到了许多温度的信息,这也是我们学习的一种方法和途径。这节课我们就来重点研究——温度中的数学。板书:温度中的数学
二、温度的读写
1、读写温度
【课件出示】一段电视天气预报。师:看课件,中国地图!
哈尔滨最高气温零上3℃,最低气温零下-12℃。板书:零上3℃,零下12℃
问:零上3℃和零下12℃的气温一样吗?不一样在哪儿? 你是怎么知道的?让学生讨论。北京最高气温5℃,最低气温-5℃ 青岛最高气温6℃,最低气温0℃ 台北最高气温10℃,最低气温5℃ 拉萨最高气温-3℃,最低气温-20℃
问:该怎么表示呢?请你用自己的方式写在练习本上。生活动,汇报展示时说含义
问:你的这个“-”在这里表示什么?(表示零下的温度)师引导生观察比较得出,用一个正负号就把零上和零下这两种相反的意思表达出来,这就是数学所特有的简洁美!
师:这里的“-”不是减号,叫负号,读作:零下12摄氏度或者负十二摄氏度。那零上3摄氏度该怎么表示?(在3℃前写+号)这个+号在这里叫做正号,它表示什么意思? 板书:+3℃
-3℃
正号
负号
师:3℃前面为什么没写“+”?归纳出:正数前面的“+”可以省略,但负数前面的“-”不能省略。
2、练习读写温度
师:老师这儿还有一些温度,谁能把这些温度读出来? 【课件出示各地天气预报图】让生读温度 师:那老师现在说两个温度,你能把它写出来吗? 零上17℃;零下8℃;负5℃
课后反思:孩子发现了规律并总结了出来:
1、如果两个温度都是零上温度,就用高温减低温。
2、如果是两个温度都是零下温度,就用低温减高温。
教学目标
知识与技能:
1、知道温度的概念和温度的常用单位及国际单位制单位。
2、能说出生活环境中常见的温度。
3、了解液体温度计的工作原理,会测量温度。
过程与方法:
对比三种温度计,比较异同
情感态度价值观:
1、了解环境温度对人们生活的影响。
2、培养学生关注科学技术对人类生存环境的影响的意识。
教学过程
一、引入:
师:在学习新课之前,我们先一起来观看好莱坞巨片《后天》的精彩片段,影片讲述的是由于温室效应造成地球气候突变,全球即将陷入第二次冰河世纪的故事。请欣赏。(播放影片)
伴随影片介绍:自由女神被淹没,冲天巨浪涌进纽约,转瞬间气温骤降,纽约速冻,茫茫冰原上,只留下了自由女神的头像。人类世界在大自然面前显现的如此渺小。
师:的确,温度的.变化对人类的影响会如此之大,今天我们就一起探讨一下有关温度的知识。
二、温度在生活中的例证:
师:温度与我们的生活是息息相关的。温度表示物体的冷热程度。你还能列举一些生活中与温度有关的实例或现象吗?
学生举例。
三、温度
师:温度与生活密切相关,就连我们出门该穿什么衣服都与温度有关。
师:明天的气温都是32度,如果你就在当地,那明天你会穿什么呢?要穿一件外套家一条围巾呢,还是只要穿件短袖衫或T恤就可以了?
学生回答,引导得出温标。
师:做决定前要先弄清楚这个温度的单位是什么,即温标。中国天气预报中32度指32摄氏度,世界各国一般都使用摄氏温标,有同学知道摄氏温标是如何规定的吗?
生:把水的冰点规定为0度,水的沸点规定为100度,0-100度之间等分100份,每份为1摄氏度。
师:什么是热力学温度呢?
生:在物理学中广泛使用的是开尔文温标,它也是温度的国际单位,它规定水的冰点为273.15K,水的沸点为373.15K。与摄氏温度关系:T=t+273.15K
四、常用温度值
师:生活中的一些常用温度值,你们熟悉吗?下面我们就通过一个小游戏来考察一下。想必同学们都看过央视正大综艺吧,其中有一个环节为《真真假假》。下面我们也来一回真真假假,我们分A、B、C、D四个团队,希望大家团结协作,共同完成这个环节。
五、温度计:
师:那我们怎样准确地得出它的温度呢?你能描述温度计的形状构造吗?
生:它是个玻璃管,下端有一玻璃泡,里面装有某种液体。
师:发温度计给大家,好好观察它的构造,看看还有什么要补充完善的?
学生进一步观察
生:玻璃泡大,玻璃管的管壁厚但内径细,管外有刻度。
师:内径细有什么好处?
学生思考,讨论
生:温度有微小变化,液体就有明显变化。
学生演示使用温度计测水的温度。
出示图片
引导:使用前观察:量程,分度值
使用时注意:玻璃泡浸入
读数时,稳定后读,玻璃泡不离开,视线相平。
师:生活中你还使用过什么温度计?看图区分并说明理由。
生:回答
师:体温计使用与实验用温度计有什么不同?
生:用前要甩一甩,读数时可以拿出来读。
师:请学生课下查阅资料了解体温计的缩口的作用。实验用温度计,寒暑表
体温计,他们虽然用途不同,但却有着共同的工作原理,谁能说说它们有什么共同特点?
生:利用了液体的热胀冷缩。
师:生活中还有其他类型的温度计,他们的工作原理就有所不同了,但是都是利用某种性质与温度的关系制成的,例如:数字式温度计就是根据物质导电性与温度关系制成的。随着科学技术的发展和现代工业技术的需要,测温技术也在不断地改进和提
高,测量范围越来越广,有的能测量到3000摄氏度以上的高温,而且测量结果也越来越精确,希望有兴趣的同学利用课余时间搜集这方面的科学技术信息,对于不同温度计进行分类,搜索,研究,写出研究计划如方案,设想,建议等。
板书:
一、温度表示物体的冷热程度。
二、温标
1、摄氏温标
把水的冰点规定为0度,水的沸点规定为100度,0-100度之间等分100份,每份为1摄氏度。
2、热力学温标
三、温度计
1、实验用温度计
(1)原理
(2)结构
(3)使用方法:使用前观察:量程,分度值
使用时注意:玻璃泡浸入
读数时,稳定后读,玻璃泡不离开,视线相平
(3)与体温计的区别
2、寒暑表
人际关系最为复杂,拿捏好哲学中所讲的那个“度”也着实不易。但是只要你的言行举止没有越过以下的最低值和最高值,相信你很容易就能找到和老人相处的最佳度数。
大松心VS不放心
大松心:
把孩子往老人身边一搁,或者忙工作,或者踏踏实实地回归了二人世界,不管不顾。不是一两个星期都不来看看孩子和老人,就是每天早出晚归地连孩子的面都见不着。久而久之,老人也有累了、倦了的时候,心里难免对你这个不负责任的母亲或父亲有了些意见。若是和亲戚、邻居唠叨你的不是的话又被你知道,关系也就不那么融洽了。
不放心:
对老人喂养、照看宝宝是不是科学、卫生总是持怀疑态度,什么事都不放心。怎么冲牛奶、怎么做辅食每天要千叮咛万嘱咐。上班的时候经常电话跟踪:宝宝睡了多久啊?今天喝了多少毫升的水?千万别抱他进厨房……就算是自己的亲闺女,在这么没完没了地“教导”下,老人也得生气。
点评:
不管不顾的做法,别的不说,首先就没把老人的身体健康放在心上。万一要是他们累病了,有你愁的。还是自己下了班多费费心,让他们多休息吧。就算是你请了保姆帮着老人,老人累不着,可孩子还是咱自己的啊! 0 ~ 3 岁,无论是宝宝良好依恋关系的形成,还是智力开发,都很重要哦!
中国有句古话叫“用人不疑,疑人不用”。既然咱们请老人来帮忙,就要充分地相信他们。怕孩子生病?没关系,小孩儿不病个三冬三夏成不了“人”。老人肯定已经很精心了,只是还没达到你“精致”的要求。不过,孩子带得越皮实,将来上幼儿园、上学,以至长大了出国,适应能力都比一般的孩子强。
太冷漠VS过度热心
太冷漠:
排斥对方的大家族成员,在家庭聚餐、亲戚的生日宴等活动中,总是一副冷冰冰、被强迫而来的样子。对亲友热情地嘘寒问暖或者攀谈爱搭不理,完全不给老公和对方父母面子。
过度热心:
喜欢在对方父母面前评价其家族里的成员。比如指出马上要订婚的小姑子的男朋友挣得是多么少,职位是多么低下;某个因买房来借钱的亲戚是如何虚伪,只是不想卖掉正在飙涨的股票……
点评:
每个家庭都有不同的文化背景。有的家庭可能非常看重家族关系,有的家庭可能亲友之间的关系就淡一些。尊重对方的家族文化是基本的礼貌,也是和对方父母相处融洽的关键。
每次的聚会不过几个小时,既然去了,索性表现得好一些,博得个好名声。实在不喜欢陪着聊天、应酬,就借抱着宝宝东看西看的机会经常离开座位。
每个家庭还有自己的生活态度和原则,因此也不要生把自己的人生观和处事态度强加给老人。更何况这些都与你的利益无关,只需做个旁观者就行了。
说实话VS不说话
说实话:
在遇到养育冲突时, 话说得太直接:“ 尿不湿没尿也不能再用了! 怎么一点儿都不讲卫生!”“总给孩子穿这么多,他能不生病嘛!”“您总是这么顺着他,这是溺爱!是害他!”……这些都是实话,但会说得老人心里不是滋味,也会不高兴。
不说话:
你回家了,饭桌上肯定有一两样你爱吃的菜。老人赶紧把宝宝带开,让你吃顿踏实饭。你陪着宝宝在床上嬉戏,老人赶紧把宝宝换下来的衣服都洗了……天天如此,你大概已经习惯了安心享用这样的生活。你关心着宝宝的成长,每天会问老人:“他今天说什么了?”“他吃得多吗?”却常常想不起来问老人一句:“您的腿疼好点儿了吗?”或者在临睡前说一句:“您辛苦了,好好休息吧。”
点评:
隔代育儿肯定矛盾重重,但是怎么沟通可有技巧。有时需要旁敲侧击,有时需要迂回战术,有时需要私下谈心,有时可能还得请个“外援”。总之,怎么说,并不是小事,得多动脑筋才行。如果你们的育儿理念越来越一致,孩子的成长也会越来越顺利。
有时老人生气并不是你给的钱少,而是你说的话不够。如果遇上那种领导型的老人,或者“理儿”多的老人,还真得练就一张“甜”嘴。他们不稀罕金银,也不在乎多累,要的就是你一句关怀、肯定的话。这么简单的要求,你还满足不了吗?
管钱松VS管家严
管钱松:
给宝宝买东西, 不求最好, 但求最贵。每个月的钱所剩无几, 从不考虑未来。家里的东西坏了或者过时了从没想过修理,马上就想换新的,甚至没想过要经过老人的同意。有时候,你真的很孝顺,总是买来价格不菲的保健品或者衣服给老人当礼物。可为什么老人还是不高兴呢?
管家严:
每个月给了老人多少买菜钱总是斤斤计较。逢年过节给双方亲戚买东西或者给小孩儿压岁钱也要算个谁多谁少。埋怨老人不会给孩子买东西还瞎买。一个精明主妇确实是持家的好手,但是过于“精明”也让人吃不消。
点评:
钱的问题肯定是两代人相处的矛盾焦点。精明人遇上糊涂人,话不投机半句多。但是日子还要过,观念就得慢慢磨合。
钱并不是生活的全部。在感情和亲情的天平上,你应该知道如何衡量。失去了钱还可以再挣,失去了感情和人心却难以弥补。
但是生活没有钱也寸步难行。所以老人好心地节省和提醒也很必要。可以和老人一起研究研究理财,学学投资,生活质量不会下降,还能让老人放心你们的未来。
心眼多VS没心眼
心眼多:
总觉得老人的话里有话,甚至一些好心的提议也好像是在讽刺自己。觉得对方的父母对自己没诚意,总是不拿自己当家里人。或者一些好意的做法被误解,比如收你们大笔的生活费,无非是想帮你们给孩子存点儿钱。心眼多、太敏感使你不快乐,也使全家的关系都很古怪,和老人怎么也相处不好。
没心眼:
大大咧咧,完全不顾老人看不惯你行为举止的表情,该怎么着还怎么着。照样每天在婆婆面前把老公支使得忙乱不迭,或者在丈母娘正津津有味地看戏剧频道的时候拿起遥控器就换台。
点评:
老人对自己的孩子永远是宽容的,也包括孩子的另一半。然而在很多时候,他们正是由于有顾虑,说话做事才会更小心。所以千万别用小人之心度君子之腹。
婆媳论坛上有句话堪称真理:婆婆不是妈。同样,丈母娘也不是妈。所以,在对方的父母面前行为举止要有分寸。其实在自己的父母面前也不是百无禁忌,尊重也是相处融洽的关键。
温度是工业生产中最基本的测量参数之一, 任何化学反应和物理变化的进程都与温度密切相关, 在各种领域中温度控制占有重要比例。被广泛应用于电力、石油、化工、造纸、酿造和食品等工业自动化领域。采用单片机进行的温度控制可以大大提高控制质量和自动化水平, 从而实现自动化和智能化。被广泛应用到各个领域。
2 总体方案设计
选用A T 8 9 S 5 1单片机为中央处理器, 通过温度传感器进行温度采集, 将采集到的温度信号传送给单片机, 再由单片机控制显示器, 并比较采集温度与设定温度是否一致, 然后驱动加热或降温。
总体方案结构如图1所示:
实现方案的技术路线为:用按钮输入标准温度值, 用L C D实时现实环境温度, 用驱动电路控制压缩机完成加热或制冷调节, 用汇编C语言完成软件的编程。
2.1硬件各单元方案设计
2.1.1温度传感部分
采用集成温度传感器DS18B20.此传感器是电流型温度传感器。这种器件以电流作为输出量指示温度, 其典型的电流温度灵敏是1uA/K。为一种高阻电流源, 他不需要严格考虑传输线上的电压信号损失和噪音干扰问题, 因此特别适合作为远距离测量或控制用。另外, DS18B20也特别适用于多点温度测量系统, 而不必考虑选择开关所引起的附加电阻造成的误差。由于采用了一种独特的电路结构, 并利用做新的薄膜电阻激光微调控技术校对, 使得DS18B20具有很高的精度。并应有电路简单, 无需调试, 与A/D连接方便。
电压输出灵敏度为1 0 m v/k, 温度0摄氏度时输出为0v, 温度25摄氏度时为2.982v。电流灵敏度为1uA/k.
2.1.2 A/D转换部分
运用逐次逼近A/D转换器A D C 0 8 0 4, 其特点是转换速度快, 精度高, 输出为二进制码, 直接接I/O接口, 软件设计方便。ADC0804芯片内容包含8位模/数转换器、8通道多路转换器与微控制器兼容的控制逻辑。8通道多路转换器能直接连通8个单端输入信号中的任何一个。由于ADC0804设计时考虑带若干种模/数转换技术的优点, 所以该芯片非常适合用于过程控制、微控制输入通道的结合口电路、只能仪器和机床控制等应用场合, 并且价格便宜, 降低设计成本。
设计A/D转换器的设计参数为:电压2.56v, 即一位数对应量为10mv为1摄氏度。
2.1.3温度显示部分
通过1602LCD液晶显示器, 及解决了静态显示占用I/O口多的问题, 也解决了动态显示的不稳定, 容易闪烁, 占用C P U资源过多的问题。
1602LCD主要技术参数:显示容量:16×2个字符
芯片工作电压:4.5—5.5V
工作电流:2.0mA (5.0V)
模块最佳工作电压:5.0V
字符尺寸:2.95×4.35 (W×H)
3 电路调试
首先调试温度检测部分, 实验中测得AD590实际输出电压跟理论输出电压有明显的差别, 实际输出电压高于理论算得的电压值, 经不断分析测试可作如下总结:由于系统本身工作产生热量, 有可能显示的温度与实际温度不相符。根据元件性能值, 算出其中的误差, 当然也可以对元件做出更好的性能元件。
其次, C语言编辑程序的摄入, 必须对其进行调试, 使其在一定的软件模式下能正常运行, 并且能达到所要的目的, 但是还应该注意, 如果还有其他器件的组成, 而且有一定的程序摄入, 那么在调试时, 必须对其他的程序进行调用。以便达到所要的全部功能。当将程序输入到单片机后, 并未达到自己想要的结果, 那么就必须对程序继续进行调试, 查漏补缺, 看是否有什么功能的任务呗遗漏。再次编程, 继续调试, 策划成功后输入。
此外, 根据自己所设置的温度, 在液晶显示频上所显示的温度进行对照, 看是否有太多的差距, 在根据所有的数据, 分析其中的原因, 并且做出合理的处理, 达到最终的功能。
在整个电路设计中, 始终都有电压的参与, 所以我们必须都电压进行控制, 以免都电路有所影响, 甚至对整个电路够成破坏。
4 结语
本设计采用了现在广泛使用的单片机技术为核心, 软硬件结合, 使硬件部分大为简化, 提高了系统稳定性, 并采用L C D液晶显示器显示、键盘设定温度值装置使人机交互简便易行, 能够精确的显示温度并且现实便捷的设定目标温度达到自动控制的功能。在对温度检测方面, 本电路初步设置的温度存在下限, 外界温度不得低于-10℃。若需要检测低于-10℃的温度, 则要调整V R 2大小使其改变输入到O P A 2的电压值来实现。本设计也存在不足之处, 例如硬件电路在长时间工作会产生热量, 使得DS18B20所测温度与环境温度不相等, 所以要及时调节电路中滑动变阻器减小误差。
摘要:本文介绍的电路由单AT89S51片机控制实现对温度信号的检测与数据处理。该电路主要由下面三部分组成:温度检测、信号处理、信号转换与温度控制。温度检测电路的核心是温度传感器DS18B20、单片机AT89S51。温度显示部分采用液晶显示模块1602。该电路完全能够实现温度检测和控制的功能, 同时还可以根据实际需要输入设定值。
关键词:传感器,单片机,温度控制,A/D转换器
参考文献
[1]谭浩强.C语言程序设计[M].北京:清华大学出版社.2006.3:15-23.
[2]李建忠.单片机原理及运用[M].西安:西安电子科技大学出版社.2007.6:25-36.
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