PHYduino在探究教學上的使用

在國中自然科的教學過程中，實驗操作和數據分析對於學生理解科學概念至關重要。我們設計的PHYduino儀器正是為了滿足這些教學需求。它集成了多種功能，能夠靈活應用於不同的教學場景中。以下，我將介紹這款儀器在不同課程中的實際應用。

光學實驗：

1.透過調節RGB LED的亮度，學生可以實際體驗色光混合，了解如何通過混合紅色、綠色、藍色光來產生白光。
2.利用RGB LED快速閃爍，製造出視覺暫留現象，進一步探究色彩分離。
3.使用光敏電阻和不同顏色的光源，觀察不同顏色光的反射特性，並通過數值變化深入理解。

(不同顏色的數值有所不同，白>紅>藍>黑)

聲音的頻率探索：

透過旋鈕調節，學生可以產生不同頻率的聲音，直觀感受高低音的區別。

溫度變化與比熱的實驗：

內置的ds18b20感測器能夠同時測量不同液體在相同熱源下的溫度變化，並通過螢幕直觀顯示數據，便於記錄和繪製折線圖。
在冰塊溶解實驗中，雖然測量溫度與理論值可能有所偏差，但這也為教學提供了寶貴的討論機會。

(學生使用儀器偵測狀況)

(學生學習單)

石灰水與二氧化碳反應的觀察：

利用LED照明和光敏電阻，可以檢測石灰水的混濁程度，當二氧化碳含量增加時，產生的碳酸鈣會使亮度降低，從而直觀顯示化學反應的進程。

(下圖:越混濁數值越低)

植物蒸散作用的研究：

結合塑膠袋和植物，利用DHT11感測器，可以在封閉環境下測量植物葉面的濕度變化，從而比較不同植物的蒸散速度。

(這是前一代的偵測儀器)

除了以上的應用，PHYduino還有潛力探究更多科學現象，如運動速率的偵測。雖然目前還在克服技術上的一些挑戰，但我應該會持續開發這個只要用一個旋鈕就能夠解決中學科學探究學習的實驗數據資料蒐集需求，未來也會結合霍爾感測器、靜電感測器等功能，持續開發這個儀器至更多課程的輔助教學中。

以下是chatGPT的日文翻譯

中学校の理科教育における実験操作とデータ分析は、学生が科学の概念を理解する上で非常に重要です。私たちが設計したPHYduino装置は、これらの教育ニーズを満たすために作られました。多機能を統合しており、様々な教育シーンで柔軟に応用できます。以下、この装置が異なる授業でどのように実際に使用されるかを紹介します。

光学実験：
1.RGB LEDの明るさを調整することで、学生は色の混合を実際に体験し、赤、緑、青の光を混ぜて白光を作る方法を理解できます。
2.RGB LEDを高速で点滅させ、視覚の残像現象を作り出し、色の分離をさらに探究します。
3.光敏抵抗器と異なる色の光源を使用して、異なる色の光の反射特性を観察し、数値の変化を通じて深く理解します。

（異なる色の数値は異なります。白＞赤＞青＞黒）

音の周波数の探求：
つまみを調整することで、学生は異なる周波数の音を生成し、高音と低音の違いを直感的に感じ取れます。

温度変化と比熱の実験：
内蔵されたds18b20センサーは、同じ熱源下で異なる液体の温度変化を同時に測定でき、モニター上でデータを表示し、記録や折れ線グラフの作成に便利です。
氷の溶解実験では、測定温度が理論値と異なる場合がありますが、これも教育のための貴重な議論の機会を提供します。

（学生が装置を使用して検出する状況）

（学生の学習シート）

石灰水と二酸化炭素の反応の観察：
LED照明と光敏抵抗器を使用して、石灰水の濁り度を検出できます。二酸化炭素の含有量が増加すると、生成される炭酸カルシウムが明るさを低下させ、化学反応の進行を直感的に示します。

（下図：濁りが強いほど数値が低くなります）

植物の蒸散作用の研究：
プラスチック袋と植物を組み合わせ、DHT11センサーを使用して、密閉環境で植物の葉の湿度変化を測定し、異なる植物の蒸散速度を比較します。

（これは前世代の検出器です）

以上の用途に加えて、PHYduinoにはさらに多くの科学現象を探求する潜在能力があります。例えば、運動速度の検出などです。現在はまだ技術的ないくつかの課題に取り組んでいますが、中学校の科学探求学習のための実験データ収集ニーズを、一つの旋钮で解決できるよう継続的に開発を進めていくつもりです。将来的には、ホールセンサーや静電気センサーなどの機能を組み合わせ、さらに多くの授業での補助教材としてこの装置を開発し続けます。