| 标题 | 利用手机提升物理教学效果的实践研究 |
| 范文 | 黄治海 徐展 摘 要：当前手机有较高的普及率、强大的摄录功能、丰富的传感器及各式各样的教育类APP，使手机成为信息技术融入教学活动的利器。笔者结合高中物理教学，例谈手机如何融入物理教学，无线同屏技术可让手机屏幕上的操作“同步”到投影屏；利用攝录功能结合相关应用APP，手机可变身为实验现象捕捉器，实现精细观察；利用手机传感器功能，可采集实验数据；社交软件建立的交流平台，可让生生互动、师生互动更加高效。 关键词：无线同屏技术；手机传感器；信息技术融入物理教学 中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）2-0065-4 近年来，手机技术的成熟使其在各个领域的应用迅猛发展。功能丰富强大、普及程度高为其进入教学活动奠定了良好的基础。手机早就不仅仅是通讯工具，如今，购物、导航、旅游无处不活跃着手机的身影。便捷的无线同屏技术、手机强大的摄录功能、丰富的传感器以及更新速度极快的免费APP使手机成为信息技术融入教学活动的利器。 1 手机无线同屏技术的成熟 手机融入课堂必须解决“投影”问题，即无线同屏技术。什么是无线同屏呢？笔者的理解是：将手机内的图像、音频、视频等多媒体内容或设备的操作过程利用无线网络“同屏”到其他大屏幕上，方便学生观看。手机实现无线同屏主要有两种方式：一是“手机+软件”的方案；二是“手机+硬件”的方案。 “手机+软件”的方案，是通过手机上安装的软件发送屏幕信号，PC端安装相应软件作为接收端，在同一局域网下，通过与电脑连接的投影仪显示手机画面。能用来实现手机和投影同屏的手机APP有Total Control、Mirror OP、bbqscreen、Andriod Screen Capture等。相比于另三款软件，Total Control软件具有操作界面友好、操作简单、PC端可控制手机操作等优点，故笔者在实践中选择了Total Control软件实现手机和PC端同屏，操作步骤如下： （1）PC端和手机端安装软件：分别在电脑和手机上下载对应的Total Control软件，并安装好； （2）设置PC端和手机处于同一局域网，PC端和手机都选择WiFi连接，修改PC端的IP地址与手机相同，如图1所示，PC端发送连接请求； （3）手机端确认“连接”，连接上后，手机屏幕同步到电脑屏或投影屏上。 “手机+硬件”方案，需要无线同屏器，来实现手机与大屏幕的同屏。优点在于不用借助电脑，可实现手机和大屏显示器直接相连，不足在于易断线、稳定性不强。若稳定性能进一步提高，此种方式非常值得应用。 教室里实现上述方案一需要将手机和电脑接入同一局域网中，设置同一局域网的三种方式所需设备及其优点如表1所示，无线同屏技术的稳定性取决于接入局域网的稳定性。若外出上课，不知道上课教室内网络是否稳定，可自带手机并打开手机热点，无需开手机流量，即可便捷地设置同一局域网。若教室内能提供稳定的网络，可自带路由器或设置360免费WiFi。 2 利用手机的摄录功能 当下手机大多具有高清摄录功能，结合无线同屏技术，可让手机变为“小摄像机”，可帮助学生近距离观察实验；结合手机应用APP，可实现精细观察，帮助学生直观地寻找科学证据。 2.1 利用摄像功能，“直播”演示实验与学生实验 传统的大班教学，受距离和观察角度的影响，加之实验器材微小，学生经常会看不清或看不到有效的物理现象。如静电现象中，利用验电羽上细线被吸引来说明带电物体可以吸引轻小物体；楞次定律教学中，利用条形磁铁靠近或远离楞次环来验证楞次定律“阻碍”的本质；几种典型的磁感线教学中，利用微小铁条的模拟盘模拟条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线。可利用教室中的展示平台进行“投影”，但固定的镜头不便调整角度，也可以利用摄像机直接录播，但操作成本过高。如图2所示，固定在三角架自拍杆或懒人支架上的手机[1]，结合无线同屏技术，可将手机变成易操作、低成本、便捷式的“小摄像机”。此“直播”实验的方式可巧妙地消除观察角度和距离带来的不利影响，还可调整手机的焦距放大拍摄画面，让每位同学都有平等的机会可以清晰地观察物理现象。 传统的学生实验教学当中，学生动手能力差，会出现各种各样的错误，教师无法一一解答，部分同学的问题无法解决。在“利用打点计时器研究小车的运动”这一学生实验中，学生存在的操作问题有：长木板带定滑轮的一端未露出桌面；在长木板上固定打点计时器位置不对；先释放小车后通电源等。原因之一是教师在示范操作时，没有刻意去暴露问题，造成学生对问题的出现缺乏预判。可用上述“小摄像机”直播一组同学“利用打点计时器研究小车的运动”的实验操作，对于固定长木板和打点计时器的位置、开始实验时是先释放小车还是先通电源等细节处，给出操作画面的特写镜头，让其他学生观看投影屏并作出点评，注意操作要点和注意事项，为自己接下来的实验操作积累经验。利用“小摄像机”直播实验操作过程，还可在课堂分组实验中应用，让学生从观摩中获取更多经验，为高效地进行实验教学提供可能。 2.2 利用小影APP，实现精细观察 对于诸如微小形变、高速过程等，肉眼很难精细观察，采用科学仪器或智能设备手段，有可能获取有价值的科学证据[2]。利用手机功能是实现精细观察的重要途径之一。一般手机拍摄功能有30帧/秒，小影APP能以120帧/秒的速度录制视频，并以30帧/秒的速度播放视频，实现对高速过程以四分之一速度慢放的效果。 小影APP如何实现录摄慢放视频呢？打开小影APP，点击“拍摄”模式（如图3左图），在高清相机模式点击右上角的设置键，如图3右图出现拍摄速度调节，调至1/4处后，拍摄即可获得慢放的运动过程。 慢放的高速过程让观察更加直观、更加从容，如验证平抛运动与水平分运动（匀速直线运动）的等时性实验中，平抛运动持续时间不足0.5 s，学生很难从容地观察到平抛运动，更难观察到平抛运动小球和其水平分运动（匀速直线运动）小球的水平位置关系。利用小影APP摄录下运动过程，播放慢放过程，如图4所示，可以直观地看到两小球在任意时刻都处于同一水平位置。学生看完后，发出“哇哇”的惊叹声，直观感性的物理素材让他们感受到了物理之美带来的震撼。还可类似验证平抛运动与其竖直分运动（自由落体运动）的等时性，其他快速变化过程也可用此方法“慢放”，如利用单摆能否摆至等高点来验证机械能守恒，利用牛顿摆来研究弹性碰撞的特点等。 利用小影APP视频编辑中的逐帧播放，将每帧画面进行比较，可获取科学证据。很少学生体验过蹦极，对于蹦极过程，大多学生错认为弹性绳伸直的瞬间，人就开始减速。为了纠正学生的错误认知，利用弹簧振子来模拟蹦极过程，引导学生去观察逐帧播放的画面，“看到”速度的变化。这该如何实现呢？图5为模拟装置，长纸条上面的纸条标记弹簧的原长点，下面的纸条标记弹簧受力的平衡点。在略高于原长点的位置释放，用小影APP将运动“慢”过程拍摄下来，打开视频编辑页面，选中视频，拖动下方的进度条可实现逐帧步进。此时，发现画面当中的重锤有“拖影”，引导学生将之与生活中拍糊的照片联系起来，拖影的长度可以定性地反映物体运动速度的快慢。让学生观察重锤上纸条拖影长度的变化，得到下落过程中的速度变化情况，速度先变大，达到平衡位置时最大，之后减小至零。因此，弹性绳伸直的瞬间，人不是马上减速，而是先加速。再结合受力分析，加速的原因在于重力和弹力的合力方向与速度方向相同。逐帧播放画面“看到”是什么，理论分析知道为什么，此后学生在相关练习当中错误率会大大降低。此方式还可用于以下实验的精细观察：超重、失重现象当中，视重与重力大小的关系；完全失重现象中，视重为零的现象；装满水的矿泉水瓶下落与桌面相碰的形变过程等。 3 利用手机的自带传感器 手机中有加速度传感器、磁传感器[3]、位置传感器、声传感器、气压传感器等，利用这些传感器，用相关APP激发其功能，课堂实验将更加精彩。 验证磁感应强度的矢量性教学当中，可利用physics toolbox APP中的指南针和高斯计功能来分别确定磁场的方向和大小，可直观地感受磁感应强度的矢量性。还可以利用两个磁场叠加满足的运算法则区分矢量和标量，具体操作如下：首先，确定磁传感器在手机中的位置，条形磁铁S极平行于手机上边框、左边框缓慢移动，磁感应强度最大的位置交点为磁传感器的大致位置；其次，与手机磁传感器等距离且相互垂直的两位置放上相同的条形磁铁（如图6所示），单个的磁感应强度约为603 μT，两垂直磁场在等距点的合磁感应强度为880 μT，该运算法则显然不满足代数相加，近似满足平行四边形定则，可加强学生对磁场矢量性的认识。 physics toolbox APP可激发手机所有传感器的功能，可满足的高中物理实验教学有：线性加速度功能可用于研究与手机绑定物体加速度的相关问题，陀螺仪功能可用于研究角速度的相关问题，重力计可用于研究超重、失重现象等。利用APP激发手机传感器功能为低成本物理实验和生活中随时随地实验提供了极大的便利。 4 利用社交软件 QQ、微信是當今社会几乎人人每天都在使用的社交软件，以此作为教学平台在课上课下实现师生交流互动，师生不需要操作培训，课堂使用零障碍。 在“探究感应电流的产生条件”的教学环节中，如何让学生通过不同的实验操作现象去归纳总结感应电流的产生条件是本节课的重点。但由于上课时间有限，不可能给学生很多时间去进行各种探索，再加上学生个体思维的局限性，很难想到各种不同的操作方式。如果能让学生的思维相互启发，在短时间内显现出多种不同的实验现象，就可使学生自主归纳得出感应电流的产生条件。 教师可在课前建立一个班级QQ群，作为核心的学习交流平台。每个小组自带一台手机，可以让学生将实验结果拍成短视频或者图片，分享到班级QQ群当中去。学生上传的能观察到感应电流的情况有：开关闭合、断开过程；变阻器滑片移动使电磁铁所在回路电流减小；磁铁插入线圈内；磁铁靠近线圈；磁铁经过线圈。学生根据这些自己或同学所做的实验，思考总结感应电流的产生条件。总结时，有学生提到当线圈和条形磁铁发生相对运动时，闭合回路中才有感应电流产生。此时，将条形磁铁水平向下移动靠近线圈而未产生感应电流的实验视频再让大家看一遍，制造思维的矛盾，学生生疑，进一步完善自己的总结。此案例因其素材现场生成、真实生动而更能引起学生的共鸣。 5 手机辅助物理教学的优点 手机辅助教学，辅助的主要手段有：无线同屏技术、手机自带的功能、基于APP的手机自带传感器、社交类APP等。根据物理教学需要，可使用单一手段，也可综合多种手段，可取代部分传统的物理实验器材，可取代相机、摄像机等传统的摄录设备，还具有以下几个优势。 5.1 手机可成为教师的得力助手 手机辅助教学手段多样化，为教师备课、课堂教学、课外辅导提供便利。手机的摄录功能，可突破观察的角度、距离等问题，还可通过“慢放”“逐帧播放”实现精细观察。课堂演示实验可能不成功，会影响课堂进度，利用手机将实验提前录制下来作为备选方案，可以很好地保证教学的流畅性。演示实验、典型的作业题等素材在教学中可不断积累、完善，最终成为自己教学的素材库，储存在手机中，可成为教师备课、教学的移动资源库。 5.2 手机融入课堂更接地气 随着“互联网+”背景下教育的发展，部分学校开始建设“智慧课堂”“云课堂”等新型课堂模式，将互联网技术融入教学当中，但建设成本较高，很难短时间内全面普及新系统、新教室，教师和学生的学习成本较高，不利于推广使用。手机普及率较高，很容易保证教师和学生人手一部手机，且能熟练操作，手机进入课堂的建设成本、学习使用成本都很低，在手机的信息化环境下的教学就具有成本低、易推广等接地气的特点，为提升教育信息化水平提供了一条新路径。 5.3 手机可成为学生课外学习的助手 学习不仅发生在课堂，学生课外自主学习也非常重要。手机可以改变课外学习的哪些方面呢？首先是答疑方式，教师可利用社交软件在线为学生答疑，学生也可自主利用网站搜索功能、学霸君、小猿搜题等学习软件来解决学习问题；此外，还有物理研究性学习，手机除了可用于查找资料、记录素材之外，还是强大的实验工具，如基于APP的手机自带传感器、多种视频分析手段等。 当下手机技术仍在高速发展，新功能层出不穷，应用软件日新月异，为手机融入物理教学、提升教学效果提供更多的选择和可能性。 参考文献： [1]梅容芳，蔡百川，梅建国，等.智能手机APP在物理实验中的开发与使用[J].中学物理教学参考，2016，45（10）：56-57. [2]罗乐.视频分析方法在物理教学中的应用——用数码相机实现精细观察[J].物理教师，2013，34（3）：10-14. [3]鞠传信，李玉峰.基于物理磁力工具箱的智能手机辅助磁学实验创新设计[J].中学物理，2015，33（18）：47-48. （栏目编辑 张正严） |
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