高中物理校本實驗課玩轉手機APP

陳銀芝 彭明河

摘? ?要：闡述手機APP—4physics應用于校本物理實驗的開發;初探加速度、初探能量關系的教學實踐;總結反思開發過程中存在的問題。

關鍵詞：校本實驗;手機APP;物理模型建構

1? 研究背景

無論是從前，還是現在，甚至未來，高中物理實驗教學始終貫穿于整個高中教學過程中[ 1 ]，新高考背景下，更加注重物理實驗情境構建，強調探究方式學習，逐步養成適應社會發展需求的物理思維方法。但是，在過去的教學中，由于觀念的束縛，條件的限制，舊課程體制等因素的制約，嚴重影響了新課改實驗教學的發展。

2019年11月教育部印發實施的《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》（以下簡稱《意見》）中明確指出“促進傳統實驗教學與現代新興科技有機融合，切實增強實驗教學的趣味性和吸引力，提高實驗教學質量和效果。”對于因受時空限制而在現實世界中無法觀察和控制的事物和現象、變化太快或太慢的過程，以及有危險性、破壞性和對環境有危害的實驗，《意見》明確表示，“可用增強現實、虛擬現實等技術手段呈現”[ 2 ]。這無疑是促進物理實驗教學改革的一大舉措，對于開發可視化創新性物理實驗教學打了一劑強心針，有著里程碑的意義。以“高中物理校本課程實驗”為查找主題，在中國知網檢索，從2007年至今，知網上一直都有一些高中物理校本課程的研究，但是對于高中物理校本課程實驗的研究與實踐，只有5篇，物理校本課程與創新性實驗相結合的只有3篇，運用現代化技術（編程，創客，人工智能5G，手機APP等）開發地方課程和校本課程還是處于起步階段。

筆者對所在的市級兩所學校開設的校本選修課程中，就手機APP怎樣與高中物理校本課程有機融合，如何培養學生對于物理知識的情境構建思維等問題，做了初步的開發與探索。

2? 研究意義

《意見》的公布，對于改革物理實驗教學的模式，借助科技力量促進教學模式的創新都提出了明確的要求。開展實地創造情境的實驗教學已是社會發展之需，也是我國課改的重要發展部分。換句話說，“填鴨式”教學方式已不適應現在發展的社會環境，教師應勇于打破原有的傳統教學模式，改變原有的口頭創造情境，創造、創新學生實驗情境體驗，提升學生的觀察感悟能力，增強學生對物理學科的興趣，讓學生深化物理學科思維的培養。

新高考背景下，借力物理校本課程模式的開發，不斷實踐，不斷創新，從眼前來講，能提高學生物理學科素養，有利于給予學生一定的自主探究權利，有助于培養學生的物理核心素養，還有助于提高物理教師的專業技術水平，革新物理教師教學應用手段，從長遠來說，對于我國一直涉足科技教育領域的線上教育平臺等企業來說，都是利好消息，從而影響我國科技教育領域的新行業格局。

3? 4physics APP應用于物理校本課程的開發與實踐

筆者于2019-2020學年在所在市級兩所中學分別開設了“在手機APP中玩轉物理實驗”的校本選修課程，本文通過其中一個APP——4physics（如圖1）應用于校本物理實驗的開發，教學實踐，總結反思，初步探索了學生在高中物理校本選修課堂上如何提升自我自主探究能力，如何培養自我構建物理情境思維的過程，還探索了教師如何提升自我新技術手段的教學應用。

本課程著重通過手機APP向學生展示高中物理課堂中難以建構的物理情境實驗，輔助觀察理解生活中的物理問題，從而培養學生的物理學科思維。讓學生在校本課程學習過程中，學會觀察生活物理問題，試著分析物理問題，把抽象問題簡單化，并學會建立分析數據，從而把學得的方法，去解決其他同樣類型的問題。

3.1? 初探加速度

加速度是描述速度變化快慢的物理量，加速度這部分內容對于整個高中物理學習過程起著承上啟下的作用，是連接著“運動學”和“動力學”的重要組成部分。但是，這部分內容卻相對比較抽象，課堂上比較難讓學生直觀的感受到物理運動狀態的改變，不利于教師給學生建構接下去的物理知識。

在同期開展的物理校本選修課程中，利用手機APP——4physics中的acceterometer（加速度計），學生只需在課堂上將手機放在移動的物體上，按下開始鍵，以每秒數十次的采樣頻率，可采集x，y，z三個軸的加速度數據，并生成圖標以供分析，就可以直觀地記錄物體的加速度（如圖2）。 這樣的手機APP還有一個很大的優點，學生可以在課堂外觀察任何關于加速度的問題，比如回家坐電梯，就可以觀察電梯上下的加速度變化（如圖3）

3.2? 初探能量關系

依托現實生活中的例子，初探能量關系，建構物理模型，對于新入學的高一學生具有重要的意義。比如，學生觀察到平常打籃球時，每次反彈的高度總是低于前一次，直到最后停止，引導學生思考動能，重力勢能和機械能的關系。

在物理實驗室的墻壁上用紙建立一個豎直方向上的坐標軸，讓一位同學站在坐標軸旁邊，將球盡可能舉高，測量者使用4physics里的物理相機工具記錄球的運動，從球離開同學的手那一刻直到它到達地面，當球彈起三次后，測量員停止記錄，確認第一次反彈發生的時間，在反彈后找出點的時間值。現在，在數據表中找到這個時間點，并為接下來的幾個時間點編寫以下信息：時間、位置和您選擇分析的軸上的速度，指明您選擇的軸線。使用與上面相同的過程，確定第二次反彈的時間，然后將此反彈的數據寫入表中，計算第一次反彈的動能、重力勢能和機械能。畫出動能和勢能對時間的曲線圖，然后，畫出機械能對時間的曲線圖，重復第二次反彈的過程，比較兩次反彈，不同類型的能量值如何？指出相同點和不同點，引導學生探究動能，重力勢能與機械能的關系，并說說機械能有怎樣的變化。（如圖4）

4? 校本開發過程中存在的問題

筆者在市級兩所中學同時開展校本實驗課前對于新入學的高一學生做過調查報告，94.3%的學生表示喜歡做一些貼近生活的小實驗，82.1%的學生表示對手機APP研究物理實驗產生好奇。但在此課程實施過程中遇到一些硬件上的問題，比如每次開校本課程需要叫學生帶上自己的手機，而且像“物理實驗課”“phyphox””PhET”等實驗APP安卓手機可下載，但4physics只能是蘋果手機下載，而且是英文版，對于學生的硬件有一定要求，而且若沒有教師引導，對于學生的語言能力也有一定的要求。

5? 總結

在新高考改革背景下，對于學生基于生活的物理實驗情境建構模型要求越來越突出，對于教師基于信息技術融合開展實驗教學的要求也越來越顯著。無論從哪方面來談，隨著未來5G技術的發展，線上線下實驗融合，課內課外實驗促進學生開拓適應時代潮流的物理思維顯得越發重要。

參考文獻：

[1] 孫春成. 江陰市高中物理實驗教學現狀調查研究[D]. 上海：華東師范大學， 2010 .

[2] 教育部.關于加強和改進中小學實驗教學的意見[Z].教基2019第16號文件.

[3] 徐家連.基于App Inventor的高中信息技術校本課程建設與實踐——以校本教材《玩轉手機APP編程》為例[J]. 教育信息技術，2019（7）.

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