巧用智能手機做好物理課外實驗,提高學生學習興趣*

康雪霏

(河北省廊坊市固安縣柳泉鎮中學 河北 廊坊 065500)

物理學作為一門以科學實驗為主的重要學科,其精髓旨在通過對于具體實驗表現的具體現象的觀察來對世界上的物質現象的發展規律和自然規律進行闡述和總結,由于其學科的特性,也就是現實操作性比較強,因此在中學的物理教學課堂中進行實驗從而對物理現象進行觀察就是必不可少的和不可替代的,學十遍知識不如讓他自己做一次實驗。因此對于物理實驗的呈現方式就成為了教學中對物理學依據進行考核的十分重要的原因之一和主要標準。物理老師的教學過程就是通過一個個的實驗來完成的,不光是課堂上傳授知識的實驗,也是課堂外在實驗室進行的實驗操作。而對于我們學生在自己日常及課堂作業內容外需要進行的各種小實驗研究及實驗操作等實踐工作中,如果你真的能夠做到很巧妙而合理的地去使用到這些由外界所提供出來的這些小的工具來進行幫助我們學生比如說使用到智能手機,就等于我們完全的是完全可以地去進行幫助使到學生們都可以能夠在進行各種的試驗與操作實踐中可以更的切身地而是實際有效的地進行來去對自己課堂外所需要學到的這些全部知識內容的進行一些實踐及操作,不只但是可以的去提高培養廣大學生們對于上課后的集中學習及專注上課的自覺力,還可以專門用來進行對于課本知識內容的集中課后學習鞏固訓練或課后復習,還可以利用來進一步提高對于廣大的學生們課后的學習主動和學習熱情和復習興趣,增強激發了廣大學生課后的集中學習及實踐教學的學生主觀能動性。

1.物理實驗的重要性

物理作為一門特殊的學科,是在實驗的基礎上進行教學和研究的,實驗性就是物理教學中最大的特點。同時實驗性教學在物理概念的教學中、習題的把握之中、對于學生的學習興趣培養、實驗操作能力的培養和精神道德素質的培養等等方面都起著舉足輕重的作用,這是別的教學方法所不能做到的,因此在物理教學試驗中,實驗的效果不言而喻。因此在物理學習的各個階段中就要十分重視對于實驗的應用,加強實驗在物理學習中的實用性。在傳統心理學的研究就表面,人的思想活動是建立在感性而非理性基礎的材料中,感性材料就是其思維活動的一切依據。各種各樣的物理實驗和教學使用的器具都可以相當具體地形象地進行物理學知識的形成和發展,為進行該學習的學生就提供了相當數量的感性資料,以幫助學生中頭腦的感性部分的發展和智力分析能力的培養。而物理教學的傳統教學模式里,在許多方面上都存在著對于學生的主觀性和創造性的抹殺和抑制的情況,在教學中常常使用“填鴨式”教學以“老師向學生的知識性灌輸”為中心來進行,遵循這一主要旋律,將學生作為一個被動的接受的對象。沒辦法對學生的主動性和對于知識的創新性得不到應用的發展[1]。目前的新課標的課程教育革新中需要教師做好對于教育理念的轉變,同時要緊緊抓住以人為本,以學生為本的教學特征,讓學生學會思維性的創造和培養以及對解決問題的能力培養,而不是僅僅讓學生單純地進行物理基礎知識方面的學習。

2.智能手機在物理實驗的應用可行性探討

伴隨著現代科技的不斷發展,智能手機的運用范圍也變的更加廣泛,從一開始的只能進行短信通話鬧鐘等基本應用到目前的數不勝數的多功能為一體的智能化科技載體,不討論其可以下載安裝的app使用,其內部就結構而言就具備著紅外線探測、距離測試、重力檢測、磁場方向測試、氣壓測試、加速度感知等多種傳感器,完全就是一個移動的小型物理實驗室,可以用其進行各種層面物理實驗的設計,因此為了更進一步地提高學生們的學習興趣和學習熱情,去更加方便地使學生進行物理層面實驗的探究,完全可以利用智能手機的這些智能化傳感器的特點和安裝app參與到許多物理實驗的進程當中。使用智能手機進行實驗的操作和設計概念的教學、物理規律教學是符合現代移動通訊技術發展下對智能手機的合理使用,是完全符合整個社會物理教學的時代潮流和教育教學發展的智能化、科技化的方向的[2]。

3.智能手機在物理實驗的應用場景分析

3.1 投屏技術進行實驗演示。在物理課外試驗中,演示實驗的比重是比較大的,差不多每一節的物理課的實驗內容都會有一個或者數個演示實驗。但是其演示實驗的開展效果有時候會受到實驗儀器的限制。比如進行演示的實驗可能會受到教室大小或者環境的因素存在著視線盲區,前面離器材近的學生可以很好地看清楚實驗的現象而后排的學生就十分難以觀察到實驗現象,從而影響這部分同學的學習效果。有的老師只有把儀器拿到別的區域再進行一次,在教室里反復穿梭,為了讓每一位同學都能夠觀察到實驗現象,但是其對于整體學生的學習時間都是一個浪費,同時又讓沒有做過實驗的同學一直進行等待,讓做過實驗的同學開始無所事事地玩耍,整個的課堂教學效率就十分低下。況且有的實驗器材十分笨重或者消耗過大,不易在教室各個角落進行反復實驗,這就很難顧及到所有學生,長久下來可能學生就會失去對實驗的觀察欲望,嚴重者甚至會對物理這門學科失去興趣。而智能手機輕便小巧的特點就可以在這種情況下給予幫助,使用xx同屏軟件就可以將目前正在進行演示的實驗現象完整實時準確地投射在班級的白班電腦屏幕或者投影儀的幕布上從而讓每個學習者都可以在同一時刻對正在是展示的測試狀況進行觀測,同時還可以進行錄屏和回放,就可以將測試狀況在進行慢放、放大或者停止回放等一些動作,在大顯示器屏上進行系統的解說。這樣的一大好處就是也可以讓教師暫時不用呆在講臺上,讓課堂中的任何一位學生幫助就可以進行展示試驗的進行,教師只需要將其手機的攝像頭對著某展示試驗,就可以讓所有學生進行觀察和學習,從而達到事半功倍的效果。也可以錄制下來分享到班級群里,讓學生進行保存,還方便后續對該實驗知識點的回憶和復習[3]。

3.2 智能手機的錄像傳屏結合分組實驗。在應用物理學實驗的各種課堂或外訓試驗環節中,常常就會出現要求分組并進行實驗操作演示的實驗情況,基本上是每一個學習單元的理論學習實踐中往往都會反復出現的一次同樣需要分組進行的分組教學的演示實驗。分組式實驗教學的重要優勢處就主要在于能讓低年級學生在實踐中可以能夠更好地的去深入觀察了解和深入理解實驗物理現象本質和實際物理原理,并且也能夠學會根據自己實驗項目中的出現新的新現象情況和根據實驗結果得到新的理論數據等來獨立進行實驗分析或者討論,從而快速得到符合自己實際的物理結論,再及時跟以前課堂基礎上學習接觸到新的一些知識點等進行研究比對,一定很大程度意義上的也算是培養提升了一下學生們實際的實驗團隊研究合作等能力。而這種實驗分組模式唯一的最大缺點處就主要在于,沒有統一進行實驗操作的話,每一組自行實驗中出現的問題就難以控制,而且問題種類可能也會多種多樣[4]。在對本組情況的解決當中也無法很好地將經驗進行總結從而引進到別的小組里。而在實際教學中十分需要的就是學生們將自己對于知識掌握和實際操作的問題給暴露出來,從而進行分類解決,這些提問的存在以及解答可以在學習者的心里留有更加深入的烙印,使得我們的學習下次不會再有同樣的出錯,同時也有助于提高學習者們進一步發展自身提問并進行分析和解題的能力。

傳統的課堂教學講授方式的確有它其先天優勢所在,但是同時其的優缺點往往也都十分突出明顯:學生們總是要急于將一些自己發生在課堂實驗生活中遇到的實際過程數據和計算結果全部寫到一張黑板紙或者兩塊白板紙上,不是說所有的同學就都應該可以做到很快就很簡單輕松地全部將他自己遇到的課堂實驗發生過程都完整的表述了出來,有很多的同學有可能坐上來講臺之后就根本不會怎么講話做事了,思路已經被學生全部都打亂過來了,這種極端情況時有可能發生,從而極大干擾著學生自己的整個日常思維能力上的培養[5]。但是如果通過了智能手機教師的話就完全可以保證在讓同學們自己進行實驗研究的時候會把自己每一組的不同階段的實驗的過程會給老師分別的記錄了下來,這樣做的話也就是不會去打斷其他學生們自己的實驗和思路,全程給予其實驗的自我操作權,同時在分組實驗結束后也不用再將自己的實驗效果再拿到講臺或者黑板進行演示。也方便后續老師對于學生的實驗效果進行講解、評價和對比,總結每個小組的經驗的和不足,再將其經驗和不足擴散到全班,實現共享實驗效果,提高學生對物理學試驗中對集體學習和分組討論的學習興趣。

3.3 傳屏技術和實驗分析結合。無論是前面的演示實驗還是分組實驗,有一個共同點就是需要學生記錄好實驗的數據,并且做好對于數據的分析,才能得到最后的結論,再與所學習的知識點進行總結和比對。而在學生進行其實驗結論的展示和匯報時需要將數據再重新記錄和表述一遍,這就對于時間產生了一定程度的浪費。這時候如果使用智能手機的拍照和傳屏的功能,教師就可以在課堂的巡視過程里將實驗的數據進行拍攝,此舉就大大地節約了學生們一一進行展示的時間,同時也可以讓學生免于將實驗報告拿到講臺上進行實物的投影和展示,可以讓學生保持一個思考和學習的思維連續性。講師可以在教師的任何位置用智能手機進行圖片或者ppt的展示,還可以進行聚焦和放大觀看。同時該功能也可以將某個特殊學生的解題過程進行傳屏,再次節約了上課的時間的同時也提高了課堂學習的效率。

3.4 智能手機將實驗過程精細化。在某些特殊的實驗當中,就可以利用智能手機對實驗過程進行拍攝和慢放,再配合上后期計算機的數據修正系統。比如在教學勻變速的直線運動和勻速直線運動的章節時,就可以使用智能手機的連續拍攝功能進行拍攝,這是一種使用智能手機能夠達到的更加有效的試驗方法。就以其中“測量小車的速度”這一步驟舉例,在正常的將其從斜面上從靜止狀態開始釋放,同時快速按下手機的連續拍攝按鈕,就可以大約得到13張的電子化照片,在其中挑選合適的照片用ps軟件進行圖層的合并處理,就可以得到小車在運動中的頻閃圖片。再通過計算機技術標準時間間隔中小車的位移位置圖,進行好必要的標記和注釋,然后,根據比例對手機的連續拍照的曝光時間加以計算就很簡單,可以測算出小車在向下滑動時的最高車速了。同時在對磁場的測量項目實踐中也有一定的運用,在關于電磁效應的日常教學過程中。傳統的實驗教學模式中最常采用的實驗方式是給導線進行通電,之后再觀測小磁針的旋轉狀況,該實驗效果通常十分直觀,不過也有一些可以進行提高或者加強效果的實驗步驟[6]。

3.5 使用加速度的測量軟件測量三維加速度數值。以蘋果系統為例,打開該系統APPstore然后下載軟件“SensorkineticsPro”進行安裝,之后打開該應用的“AcceleromterSensor”功能來測量三維的重力加速度的大小。其中手機使用的坐標為默認以xy為水平的平面。X是橫軸,向左是加向右是減,前方為-y后方為+y,那么z軸就是表示豎直方向,上為加,向下為減。以此類推很容易就可以求得三維圖標的重力加速度數值,同時下方的白點還可以刷新頻率的調節。同時使用該軟件還可以用來研究物理的超重和失重的問題,找到“LinearAccelerationSensor”,然后點擊進入右上方的圖標,由于超重與失重項目中只研究豎直方向上的力,因此需要將收集豎直進行放置,這時候就變成了y軸的正方向是向下的,然后使用y軸的加速度計來進行測量,此舉的目的是方便于觀察Y軸紅色的加速度。這時候手持智能手機的人先做一個下蹲動作,過了一段時間再站起來,就可以得到一條曲線。其中紅色的線就是y軸的加速度,同時向下的y就是正方向,因此我們很明顯地就可以觀察到在其進行下蹲的過程中加速度首先是正的然后變成了負的。也就是說力的方向是先朝下再往上,先失重再超重。同理,再站起的過程中加速度為先負后正(與蹲下相反),方向是向上后下,先進行超重再進行失重。點擊“Start”按鈕來進行數據的測量,“Stop”停止測量時間。具體的實驗的方法則是要先把一臺智能手機給水平地放置,接著我們再分別進行兩個手機分別受到的重力加速度和支持力大小間的比例關系,這里我們測量受到的重力加速度所使用到的軸線是一個z形軸,以此方法就又可以進一步引入了失重與超重,可以讓學生們深刻感受到二者的特點。還可以分別研究在加速上升、下降過程和在減速后上升、下降過程的這數個運動過程中里的速度系數和加速度之間的關系。同時我們對于手機的受力分析我們就也可以直接通過輸入牛頓第二定理來得分析出在失重狀態和在超重狀態的手機時候重力加速度和拉力加速度的相對大小情況,從而讓學生的學習更加有興趣,更加了解其內涵。

4.運用智能手機進行高中物理新課程實驗化教學方式的效果優劣案例評析

在許多的物理實驗當中。智能手機一直都起著一個十分關鍵的角色,有時甚至是生活不可或缺的一環。智能手機的應用得以在物理實驗中大放異彩的主要原因之一,也與他本身攜帶的連續拍照功能和豐富多彩的軟件應用,還有本身自帶的各種物理探測的傳感器技術緊密有關。智能手機所自帶的快速而準確的拍攝照片能力。精確又十分直觀的物理傳感探測功能,使得我們在今天越來越多的物理課堂外物理實驗活動的輔助教學手段中,出現了智能手機輔助的普遍使用。相當的多領域的一些物理學概念問題與許多物理定律,都能夠通過在智能手機輔助的有效輔助方式下去加以深入研究,從而也使物理學生們平時的在日常實驗學習生活中也獲得到了很多十分的有效實用的科研成果。那么,智能手機輔助對廣大物理教師課堂外教學工作的切實幫助作用又應該具體地分為到哪些實際情況下來看呢。首先是在學生對物體的運動規律進行了觀察了解和初步分析以后的物理實驗課堂里,就有可以學生使用智能手機所自帶攝像頭的快速攝像功能或者可以是連續多次拍攝錄像的攝像功能等來對進行觀察拍攝觀察和觀察記錄,接著教師再使用微型計算機來對他們所進行拍攝觀察的物理照片等進行分析記錄和各種數據采集上的分析處理,以此功能來更方便了學生能通過計算機對自己智能手機的使用進行隨時隨地快速的記錄進行觀察分析以更好地的參與到物理實踐教學的課堂外觀察的實驗。

其次,智能手機硬件中已經具備功能的各種慣性傳感器也已可以被有效的探測出其平均的旋轉運動速度、角速度、加速度、磁感應強度、GPS坐標位置偏差值等,以上所有這些儀器所聲稱要有效探測出的各類重要電磁物理量也均遠或遠大甚至大得超過和滿足了現在大多數在校初中生實驗與研究有關普通基本物理概念內容的知識能力需求,極大而有效地彌補解決掉造成了當前大多數初高中學生的缺少基本實驗概念思維的探究生活方式的遺憾。

結束語

智能手機的各個軟件硬件的使用,都包含著各種必要的物理學原理研究,并且其中高端的手機還可以搭載一系列復雜的傳感器,比如溫度的傳感器、濕度感知的傳感器、氣壓監測傳感器等傳感器的應用就可以來進行海拔高度的測量,氣壓和環境中溫度的關系等等,借此可以預見的是在今后智能手機的發展中會出現對于更多的傳感器使用,硬件和軟件的分析能力將會更加強大,為我們在物理學習中的實驗操作里帶來極大的便利,也給許多物理實驗教學中提供試驗中的數據使用,極大地增加了學生們的學習興趣。