Phyphox軟件與物理教學深度融合的案例研究

伊曉紅

摘 要：信息技術與物理教學的融合，是落實物理學科核心素養的重要載體。本文以“探究勻速圓周運動中向心加速度與角速度的關系”為例，詮釋信息技術如何與高中物理教學深度融合，力圖實現融合信息技術下的物理課堂教學方式的改進。

關鍵詞：物理教學模式;信息技術融合;Phyphox軟件

在當今社會信息技術的發展形勢下，調整和改進人才培養目標和模式是基礎教育課程的方向。目前我國增強國力，積蓄未來國際競爭實力需要把基礎教育課程改革作為戰略措施加以推行[1]。

課標背景下的“互聯網+教學”模式也成為教育改革的新模式。傳統教學模式已經無法達到新的教學目標，在新的教學模式中要求引入更多元化的教學方法，更多資源融合的教學模式，使教學效果達到最優化[7][1]。

本文從物理教學與信息技術深度融合的內涵、案例和反思等三個方面陳述。

一、內涵和意義

（一）什么是信息技術與教學的深度融合

“深度融合”的確切內涵包含三個基本屬性：一、營造信息化教學環境;二、實現新型教與學方式;三、變革傳統的課堂教學結構[3]。踐行把信息技術與學科教學“深度融合”的實質，需要我們深刻理解深度融合的三個屬性，正確掌握信息技術與學科教學深層次整合的確切內涵。

信息化教學環境應該包括以下幾個屬性：可以創設真實情境、支持學生自主探究、可以獲取網絡資源信息、多重交互協作學習等的用于支持新的教與學方式的教學環境。信息技術深度融合的課堂目標就是可以實現學生“自主、探究、合作”，突出學生課堂的主體地位。改變傳統課堂以教師為主導的教學結構，從教授、啟發轉變為學生自主探究、創新的學習過程，變革傳統的課堂教學結構。新的教與學方式為學生提供認知探究工具、協作交流工具和情感體驗與內化的工具，在這些信息化資源的支持下和以培養學生核心素養為指導的觀念下實現人才培養目標。

（二）信息技術融合的意義

有趣的知識更有傳播力，形象的知識更有吸引力，有用的知識更有生命力。能不能讓物理知識也變得更生動、形象、有趣。

隨著信息技術的發展，目前各種智能教育產品和智慧課堂推動探索未來學習模式。讓信息技術成為課堂的有機組成部分，無縫銜接課堂教學內容，滲透教學重、難點。比如：網上視頻的應用、慢鏡頭拍攝實現實驗現象的可視化、延時拍攝的應用、同屏儀、一些網站（門口）測評技術、DIS傳感器實驗教學軟件、自制微視頻、思維導圖的應用等。信息技術對圖形、圖像、動畫等的綜合處理及強大交互式特點，充分培養學生的問題解決能力和模型建構能力。信息技術下的課堂能充分創造一個圖文并茂的、生動逼真的教學環境，使學生突破認知屏障和壁壘。并且在學習過程中始終保持興奮、愉悅的好奇心，激發學習興趣[6]。

二、案例

以使用Phyphox軟件探究向心加速度與角速度關系為例

（一）Phyphox軟件

Phyphox軟件內置傳感器包括加速度傳感器、磁力傳感器、旋轉傳感器、光傳感器、壓力傳感器以及GPS等，可根據手機所處的環境和運動情景調用內置傳感器，將相關參數通過傳感器測量數據以圖形或數字的形式呈現。例如：研究勻變速運動中加速度大小，可以讓手機放在小車上在斜面上做勻加速運動。例如：研究光電效應可以用手機測量光照強度。研究多普勒效應可以用多普勒效應傳感器測量小范圍頻率偏移等。力學方面包括有向心加速度、彈簧振子周期和頻率、單擺，彈性碰撞。聲學包括聲音振幅和頻譜、聲吶等。工具類有測斜面傾斜角度、磁場譜、磁性標尺等。日常工具還有測量掌聲的時長與幅度，還有利用氣壓計測量電梯速度等29種內置功能[2]。

（二）使用Phyphox軟件探究向心加速度與角速度關系

物理是一門以實驗為基礎的學科，然而教師在教授《向心加速度》這節內容時，在以往的物理教學課堂上，一般都通過理論推導得出向心加速度與角速度的關系表達式ac=ω2r。本文我們可以調用Phyphox軟件中的Centrifugal acceleration功能收集數據，定量研究向心加速度與角速度的關系，讓學生在信息環境下獲得直接的實驗體驗。培養學生科學探究的能力。

手機Centrifugal acceleration功能調用向心加速度傳感器，測量手機轉動時的加速度隨角速度變化的數據關系，并分別繪制向心加速度ac與角速度ω以及角速度平方ω2的函數圖像。生活中有很多物體做圓周運動，例如：圓盤轉動，自行車輪轉動，水平面上繩拉物體的圓周運動等。我們可以將手機與這些物體綁定，從而研究運動物體的向心加速度與角速度和半徑的關系。

本文選擇將手機放在自制的轉盤上（網購電機和調速器，圓盤和手機卡殼），將手機固定在轉盤上。打開Phyphox軟件找到Centrifugal acceleration，將手機放在圓盤的手機架上，點擊開始，打開電動機，調節調速器使手機隨著圓盤緩慢做勻速圓周運動，調節調速器記錄不同的速度時生成的點跡分布。使用手機投屏軟件，可以將Phyphox軟件實時數據（如圖1）展示給全部學生。

對記錄的數據圖像選取一段，然后進行數據擬合，可以得到向心加速度與角速度呈曲線關系，與角速度的平方呈正比的線性關系（如圖2）。在調節變速器保證圓周運動的角速度不變，調節手機在圓盤上轉動的半徑，記錄不同半徑下向心加速度的大小，將數據進行擬合得到了向心加速度與半徑成正比的線性關系（如圖3）。有效地驗證了公式ac=ω2r。

Phyphox軟件還可以利用手機內置傳感器，測量聲音在空氣中的傳播速度、探究單擺運動周期與擺長的定量關系等。物理教學方式如果能有效地融合信息技術手段。善于利用網絡信息技術，有助于突破學生認知難點。

三、反思

隨著信息技術的發展，如何把信息技術和物理教學的學科特點深度融是值得我們教育工作者思考的問題。高中物理概念教學、探究性教學、真實情境教學、實驗教學、物理建模等都可與信息技術實現深度融合[4][5]，但融合過程切記一味融合，要切合教學實際需要。

信息技術有效地與物理教學融合，有利于提高學生的學習積極性，偉大的物理學家愛因斯坦曾說過“興趣是最好的老師”，有了興趣就有了良好的學習動機。啟發和激勵學生的好奇心就需要將信息技術融于課堂教學，利用信息技術圖文并茂、聲像并舉、能動會變、形象直觀的特點為學生創設各種情境，激起和調動學生強烈的學習欲望和參與度，充分體現課堂以學生為主體的地位。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通物理課程標準[S].北京：人民教育出版社，2018.1.

[2]惠宇潔.智能手機在物理實驗教學中的應用探討—以Phyphox軟件為例[J].物理教學探討：中學教學教研版，2018，36（10）：70-73.

[3]何克抗.如何實現信息技術與學科教學的“深度融合”[J].教育研究，2017，38（10）：88-92.

[4]高佑勤.現代信息技術與學科課程教學深度融合研究[J].新課程，2021，21：20.

[5]歐佩玲.信息技術與學科教學深度融合下的思考[J].課程教學研究. 2020，（03）：58-63.

[6]李寶業.信息技術與高中物理教學深度融合探討[J].成才之路，2017，09：78.

[7]林厚從.融合信息技術，培養學生核心素養的實踐研究[J].物理教學，2020，3：42.