培育學生實驗技能的核心素養

摘?要：隨著硬件、軟件的快速更新使得手機在生活中的應用更加廣泛和智能化.其中，傳感技術、攝像技術更是手機的一大亮點，iPhone6及華為Mote8搭載了一個特殊的慢動作拍攝功能，能使一些高頻、高速的運動物體進行慢動作的錄制和播放，運用手機這一功能“抓拍”，再加上KMPlayer視頻處理軟件和Excel擬合功能可以簡易直觀地建立彈簧振子的位移-時間圖象.從而突破了高中物理選修3-4第一章第一節重點難點知識，使學生能更好地理解簡諧振動概念，培育學生運用新科學、新技術來設計創新實驗的核心素養.

關鍵詞：智能手機; 簡諧振動; 創新實驗;核心素養

文章編號：1008-4134（2019）21-0021?中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B

作者簡介：葛永普（1985-），男，貴州畢節人，本科，中學一級教師，研究方向：中學物理學科教學.

智能手機搭載了很多特殊功能的傳感器，在物理教學中如果合理運用這些功能來研究物理問題，既可提高測量的精確度，又可以更好地探索物理規律.筆者以智能手機慢動作拍攝功能，加上軟鍵幀模式視頻處理和Excel進行實驗數據的處理，實驗誤差較小，能更好地說明簡諧振動的定義.基于培育學生核心素養，巧用智能手機的特殊功能，有助于物理規律探索與實驗教學的研究.

1?回歸教材，提煉章節重難點

在新課標高中物理選修3-4第一章第一節，本節重點、難點是彈簧振子的位移-時間圖象以及規定“如果質點的位移與時間的關系遵從正弦函數的規律，即它的振動圖象（x-t）是一條正弦曲線，這樣的振動叫簡諧運動”.簡諧運動是最簡單的、最基本的振動，彈簧振子的運動就是簡諧運動.教材中的“做一做欄目”運用的是數碼照相機和計算機繪制小球運動的x-t圖象，如圖1所示.

教材中實驗方法已說明，通過不同幀下的頻閃照片，按照先后順序在PPT中排列，可以得到鋼球在不同時刻的位置，但也未說明或者證明這樣的振動規律（位置與時刻的關系）符合什么樣的函數.那么，在后面定義彈簧振子的振動符合正弦函數變化規律.具有相應的難度，造成學生對實驗規律有一定的猜測性，無法完成新課標的要求，難以達到培育學生核心素養的目的.教材介紹了其他方法來繪制彈簧振子的位移-時間圖象，但是實驗需要先進的技術設備，技術性強.所以利用手機的慢動作拍攝功能，通過Excel軟件擬合數據，突破教學難點，達成實驗創新之核心素養.

2?實驗取材容易，效果明顯

（1）實驗器材：智能手機、帶磁性刻度尺、KMPlayer軟件、計算機、Excel軟件.

（2）科學方法和科學原理：將抽象的問題具體化，利用先進的視頻拍攝功能、視頻處理軟件、Excel數據擬合，更準確地反映位置與時間的關系.

（3）創新點：①取材容易，將帶有磁性的刻度尺吸附在橫梁上，在構成水平方向振動時，可以直接讀取位移數值;②巧用智能手機慢動作拍攝功能，將高頻振動低頻化;③巧用KMPlayer截取任意時刻的位置坐標;④運用Excel軟件進行數據擬合.

自制教具圖如圖2所示.

（4）實驗步驟

①將彈簧振子水平方向拉開一定距離（振幅約2cm長度）自由釋放;

②待振子振動穩定后（振幅約1.7cm）時，打開手機慢動作視頻錄制功能錄制視頻;

③將手機錄制的慢動作視頻發送至電腦;

④用KMPlayer視頻播放器播放視頻，并在幀模式設置截取數量為30張，時間設置300ms，如圖3所示;

⑤打開截取的文件夾，將截取圖片的位置讀入已設置的Excel函數表格中;

⑥通過數據對比圖象，擬合彈簧振子的位移時間圖象為正弦函數圖象.

（5）實驗結論

通過實驗數據分析，彈簧振子的位移-時間圖象在誤差允許極小條件下，實驗得到的函數圖象與標準函數圖象完全吻合.實驗數據對比如圖4所示.由此可以驗證運動是簡諧運動.

3?結束語

該創新實驗從初步設想到制作完成，經過多次的實驗驗證，應用于教學實踐，教學效果良好.基于核心素養背景之下運用智能手機特殊傳感器功能，培育學生創新實驗的設計能力.在此實驗中，需要學生具備能夠運用一定的軟件的基礎知識.如果今后能夠將讀數和Excel擬合數據通過位移傳感器直接與電腦連接，時時監控數據并分析數據，同步繪制出對比擬合圖象，將使實驗更加完美.

參考文獻：

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（收稿日期：2019-06-19）