用micro：bit檢測小車速度

狄勇 謝作如

速度是表示物體運動快慢的物理量，是小學科學中物質科學領域的重要概念。《小學科學課程標準》中規(guī)定：在3～4年級，學生要知道測量距離和時間的常用方法，知道用速度的大小來描述物體運動的快慢，知道自行車、火 車、飛機等常用交通工具的速度范圍。

在實際教學中，教師一般用肉眼觀察或者結合秒表之類的工具來測量物體的運動速度。在信息化時代，這種科學課堂教學工具是需要更新的。如果學生能夠搭建簡單的測速工具，真實測量常見物體的運動速度，則能大大激發(fā)學習興趣。而利用開源硬件micro：bit，結合紙板、鋁箔等材料，搭建出一個小型測速平臺其實非常簡單。

● 利用micro：bit測速的原理

在動手搭建測速平臺前，我們先梳理一下制作思路。速度是由時間和路程兩個量來決定的，公式很簡單，即速度×時間=路程。只要確定了路程，得到物體通過這一路程的時間，就可以求出速度。

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

檢測到物體通過，很多傳感器都可以實現(xiàn)，如激光對射傳感器、紅外對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驗中“檢測線”的直觀性，用鋁箔做一個類似開關的通斷路裝置，效果也是很不錯的。

● 檢測裝置的硬件搭建

首先，要確定速度檢測實驗中的常量——路程。出于課堂空間限制及裝置制作、搬運便利性的考慮，根據(jù)手頭紙板的尺寸，我們把“路程”設定在了25cm。這一尺寸也方便使用實物展臺、攝像頭等設備在課堂直播實驗過程。micro：bit負責記錄小車通過檢測線1和檢測線2的時間，由此便可計算出小車速度。

本項目所需材料包括：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。

實驗裝置的關鍵是做一個檢測開關，如上頁圖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，粘貼有鋁箔A、C的紙臺上翹，檢測線處于斷路狀態(tài)；當有車輛壓線，檢測線將依次處于通路狀態(tài)。兩次壓線的時間差即為小車通過25cm路程耗費的時間。

將兩個檢測開關和micro：bit連接，實驗裝置就做好了，如圖3、圖4、圖5所示。

● 檢測裝置的程序設計

檢測裝置的程序，使用了微軟的makecode平臺來編寫。為了鍛煉學生的計算能力，我們沒有讓micro：bit做除法的運算，僅僅在點陣屏上顯示了物體通過的時間，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，兩個運行時間指令的單位均標注為（ms），但在英文版中，則分別為（ms）和（micros）（如圖7）。我們的實驗要求時間精度并不高，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“運行時間”指令外，還可以使用“事件時間戳”指令（如圖8）?！笆录r間戳”指令可以記錄事件觸發(fā)時的系統(tǒng)時間，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)測試

我們采用玩具小車作為實驗對象，通過實際檢測幾輛不同類型的小車，來看看實驗效果（如圖9）。

通過實驗，我們獲得小車的時間數(shù)據(jù)，并計算出速度如上表。

通過多次測試后，我們得出如下結論：

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

②如在信息技術課堂嘗試，可讓學生通過Excel自行設計實驗記錄表。讓學生進行紙筆計算，再比賽計算速度和準確率，也是很有意思的數(shù)學活動。