利用手機(jī)提升物理教學(xué)效果的實(shí)踐研究

黃治海 徐展

摘 要：當(dāng)前手機(jī)有較高的普及率、強(qiáng)大的攝錄功能、豐富的傳感器及各式各樣的教育類APP，使手機(jī)成為信息技術(shù)融入教學(xué)活動(dòng)的利器。筆者結(jié)合高中物理教學(xué)，例談手機(jī)如何融入物理教學(xué)，無(wú)線同屏技術(shù)可讓手機(jī)屏幕上的操作“同步”到投影屏；利用攝錄功能結(jié)合相關(guān)應(yīng)用APP，手機(jī)可變身為實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象捕捉器，實(shí)現(xiàn)精細(xì)觀察；利用手機(jī)傳感器功能，可采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；社交軟件建立的交流平臺(tái)，可讓生生互動(dòng)、師生互動(dòng)更加高效。

關(guān)鍵詞：無(wú)線同屏技術(shù)；手機(jī)傳感器；信息技術(shù)融入物理教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）2-0065-4

近年來(lái)，手機(jī)技術(shù)的成熟使其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用迅猛發(fā)展。功能豐富強(qiáng)大、普及程度高為其進(jìn)入教學(xué)活動(dòng)奠定了良好的基礎(chǔ)。手機(jī)早就不僅僅是通訊工具，如今，購(gòu)物、導(dǎo)航、旅游無(wú)處不活躍著手機(jī)的身影。便捷的無(wú)線同屏技術(shù)、手機(jī)強(qiáng)大的攝錄功能、豐富的傳感器以及更新速度極快的免費(fèi)APP使手機(jī)成為信息技術(shù)融入教學(xué)活動(dòng)的利器。

1 手機(jī)無(wú)線同屏技術(shù)的成熟

手機(jī)融入課堂必須解決“投影”問(wèn)題，即無(wú)線同屏技術(shù)。什么是無(wú)線同屏呢？筆者的理解是：將手機(jī)內(nèi)的圖像、音頻、視頻等多媒體內(nèi)容或設(shè)備的操作過(guò)程利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)“同屏”到其他大屏幕上，方便學(xué)生觀看。手機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線同屏主要有兩種方式：一是“手機(jī)+軟件”的方案；二是“手機(jī)+硬件”的方案。

“手機(jī)+軟件”的方案，是通過(guò)手機(jī)上安裝的軟件發(fā)送屏幕信號(hào)，PC端安裝相應(yīng)軟件作為接收端，在同一局域網(wǎng)下，通過(guò)與電腦連接的投影儀顯示手機(jī)畫面。能用來(lái)實(shí)現(xiàn)手機(jī)和投影同屏的手機(jī)APP有Total Control、Mirror OP、bbqscreen、Andriod Screen Capture等。相比于另三款軟件，Total Control軟件具有操作界面友好、操作簡(jiǎn)單、PC端可控制手機(jī)操作等優(yōu)點(diǎn)，故筆者在實(shí)踐中選擇了Total Control軟件實(shí)現(xiàn)手機(jī)和PC端同屏，操作步驟如下：

（1）PC端和手機(jī)端安裝軟件：分別在電腦和手機(jī)上下載對(duì)應(yīng)的Total Control軟件，并安裝好；

（2）設(shè)置PC端和手機(jī)處于同一局域網(wǎng)，PC端和手機(jī)都選擇WiFi連接，修改PC端的IP地址與手機(jī)相同，如圖1所示，PC端發(fā)送連接請(qǐng)求；

（3）手機(jī)端確認(rèn)“連接”，連接上后，手機(jī)屏幕同步到電腦屏或投影屏上。

“手機(jī)+硬件”方案，需要無(wú)線同屏器，來(lái)實(shí)現(xiàn)手機(jī)與大屏幕的同屏。優(yōu)點(diǎn)在于不用借助電腦，可實(shí)現(xiàn)手機(jī)和大屏顯示器直接相連，不足在于易斷線、穩(wěn)定性不強(qiáng)。若穩(wěn)定性能進(jìn)一步提高，此種方式非常值得應(yīng)用。

教室里實(shí)現(xiàn)上述方案一需要將手機(jī)和電腦接入同一局域網(wǎng)中，設(shè)置同一局域網(wǎng)的三種方式所需設(shè)備及其優(yōu)點(diǎn)如表1所示，無(wú)線同屏技術(shù)的穩(wěn)定性取決于接入局域網(wǎng)的穩(wěn)定性。若外出上課，不知道上課教室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)是否穩(wěn)定，可自帶手機(jī)并打開手機(jī)熱點(diǎn)，無(wú)需開手機(jī)流量，即可便捷地設(shè)置同一局域網(wǎng)。若教室內(nèi)能提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，可自帶路由器或設(shè)置360免費(fèi)WiFi。

2 利用手機(jī)的攝錄功能

當(dāng)下手機(jī)大多具有高清攝錄功能，結(jié)合無(wú)線同屏技術(shù)，可讓手機(jī)變?yōu)椤靶z像機(jī)”，可幫助學(xué)生近距離觀察實(shí)驗(yàn)；結(jié)合手機(jī)應(yīng)用APP，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)觀察，幫助學(xué)生直觀地尋找科學(xué)證據(jù)。

2.1 利用攝像功能，“直播”演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的大班教學(xué)，受距離和觀察角度的影響，加之實(shí)驗(yàn)器材微小，學(xué)生經(jīng)常會(huì)看不清或看不到有效的物理現(xiàn)象。如靜電現(xiàn)象中，利用驗(yàn)電羽上細(xì)線被吸引來(lái)說(shuō)明帶電物體可以吸引輕小物體；楞次定律教學(xué)中，利用條形磁鐵靠近或遠(yuǎn)離楞次環(huán)來(lái)驗(yàn)證楞次定律“阻礙”的本質(zhì)；幾種典型的磁感線教學(xué)中，利用微小鐵條的模擬盤模擬條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁感線。可利用教室中的展示平臺(tái)進(jìn)行“投影”，但固定的鏡頭不便調(diào)整角度，也可以利用攝像機(jī)直接錄播，但操作成本過(guò)高。如圖2所示，固定在三角架自拍桿或懶人支架上的手機(jī)[1]，結(jié)合無(wú)線同屏技術(shù)，可將手機(jī)變成易操作、低成本、便捷式的“小攝像機(jī)”。此“直播”實(shí)驗(yàn)的方式可巧妙地消除觀察角度和距離帶來(lái)的不利影響，還可調(diào)整手機(jī)的焦距放大拍攝畫面，讓每位同學(xué)都有平等的機(jī)會(huì)可以清晰地觀察物理現(xiàn)象。

傳統(tǒng)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，學(xué)生動(dòng)手能力差，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的錯(cuò)誤，教師無(wú)法一一解答，部分同學(xué)的問(wèn)題無(wú)法解決。在“利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車的運(yùn)動(dòng)”這一學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生存在的操作問(wèn)題有：長(zhǎng)木板帶定滑輪的一端未露出桌面；在長(zhǎng)木板上固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置不對(duì)；先釋放小車后通電源等。原因之一是教師在示范操作時(shí)，沒(méi)有刻意去暴露問(wèn)題，造成學(xué)生對(duì)問(wèn)題的出現(xiàn)缺乏預(yù)判?？捎蒙鲜觥靶z像機(jī)”直播一組同學(xué)“利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)于固定長(zhǎng)木板和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置、開始實(shí)驗(yàn)時(shí)是先釋放小車還是先通電源等細(xì)節(jié)處，給出操作畫面的特寫鏡頭，讓其他學(xué)生觀看投影屏并作出點(diǎn)評(píng)，注意操作要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，為自己接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)操作積累經(jīng)驗(yàn)。利用“小攝像機(jī)”直播實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，還可在課堂分組實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用，讓學(xué)生從觀摩中獲取更多經(jīng)驗(yàn)，為高效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供可能。

2.2 利用小影APP，實(shí)現(xiàn)精細(xì)觀察

對(duì)于諸如微小形變、高速過(guò)程等，肉眼很難精細(xì)觀察，采用科學(xué)儀器或智能設(shè)備手段，有可能獲取有價(jià)值的科學(xué)證據(jù)[2]。利用手機(jī)功能是實(shí)現(xiàn)精細(xì)觀察的重要途徑之一。一般手機(jī)拍攝功能有30幀/秒，小影APP能以120幀/秒的速度錄制視頻，并以30幀/秒的速度播放視頻，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速過(guò)程以四分之一速度慢放的效果。

小影APP如何實(shí)現(xiàn)錄攝慢放視頻呢？打開小影APP，點(diǎn)擊“拍攝”模式（如圖3左圖），在高清相機(jī)模式點(diǎn)擊右上角的設(shè)置鍵，如圖3右圖出現(xiàn)拍攝速度調(diào)節(jié)，調(diào)至1/4處后，拍攝即可獲得慢放的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

慢放的高速過(guò)程讓觀察更加直觀、更加從容，如驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)與水平分運(yùn)動(dòng)（勻速直線運(yùn)動(dòng)）的等時(shí)性實(shí)驗(yàn)中，平拋運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間不足0.5 s，學(xué)生很難從容地觀察到平拋運(yùn)動(dòng)，更難觀察到平拋運(yùn)動(dòng)小球和其水平分運(yùn)動(dòng)（勻速直線運(yùn)動(dòng)）小球的水平位置關(guān)系。利用小影APP攝錄下運(yùn)動(dòng)過(guò)程，播放慢放過(guò)程，如圖4所示，可以直觀地看到兩小球在任意時(shí)刻都處于同一水平位置。學(xué)生看完后，發(fā)出“哇哇”的驚嘆聲，直觀感性的物理素材讓他們感受到了物理之美帶來(lái)的震撼。還可類似驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)與其豎直分運(yùn)動(dòng)（自由落體運(yùn)動(dòng)）的等時(shí)性，其他快速變化過(guò)程也可用此方法“慢放”，如利用單擺能否擺至等高點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，利用牛頓擺來(lái)研究彈性碰撞的特點(diǎn)等。

利用小影APP視頻編輯中的逐幀播放，將每幀畫面進(jìn)行比較，可獲取科學(xué)證據(jù)。很少學(xué)生體驗(yàn)過(guò)蹦極，對(duì)于蹦極過(guò)程，大多學(xué)生錯(cuò)認(rèn)為彈性繩伸直的瞬間，人就開始減速。為了糾正學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)知，利用彈簧振子來(lái)模擬蹦極過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生去觀察逐幀播放的畫面，“看到”速度的變化。這該如何實(shí)現(xiàn)呢？圖5為模擬裝置，長(zhǎng)紙條上面的紙條標(biāo)記彈簧的原長(zhǎng)點(diǎn)，下面的紙條標(biāo)記彈簧受力的平衡點(diǎn)。在略高于原長(zhǎng)點(diǎn)的位置釋放，用小影APP將運(yùn)動(dòng)“慢”過(guò)程拍攝下來(lái)，打開視頻編輯頁(yè)面，選中視頻，拖動(dòng)下方的進(jìn)度條可實(shí)現(xiàn)逐幀步進(jìn)。此時(shí)，發(fā)現(xiàn)畫面當(dāng)中的重錘有“拖影”，引導(dǎo)學(xué)生將之與生活中拍糊的照片聯(lián)系起來(lái)，拖影的長(zhǎng)度可以定性地反映物體運(yùn)動(dòng)速度的快慢。讓學(xué)生觀察重錘上紙條拖影長(zhǎng)度的變化，得到下落過(guò)程中的速度變化情況，速度先變大，達(dá)到平衡位置時(shí)最大，之后減小至零。因此，彈性繩伸直的瞬間，人不是馬上減速，而是先加速。再結(jié)合受力分析，加速的原因在于重力和彈力的合力方向與速度方向相同。逐幀播放畫面“看到”是什么，理論分析知道為什么，此后學(xué)生在相關(guān)練習(xí)當(dāng)中錯(cuò)誤率會(huì)大大降低。此方式還可用于以下實(shí)驗(yàn)的精細(xì)觀察：超重、失重現(xiàn)象當(dāng)中，視重與重力大小的關(guān)系；完全失重現(xiàn)象中，視重為零的現(xiàn)象；裝滿水的礦泉水瓶下落與桌面相碰的形變過(guò)程等。

3 利用手機(jī)的自帶傳感器

手機(jī)中有加速度傳感器、磁傳感器[3]、位置傳感器、聲傳感器、氣壓傳感器等，利用這些傳感器，用相關(guān)APP激發(fā)其功能，課堂實(shí)驗(yàn)將更加精彩。

驗(yàn)證磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量性教學(xué)當(dāng)中，可利用physics toolbox APP中的指南針和高斯計(jì)功能來(lái)分別確定磁場(chǎng)的方向和大小，可直觀地感受磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量性。還可以利用兩個(gè)磁場(chǎng)疊加滿足的運(yùn)算法則區(qū)分矢量和標(biāo)量，具體操作如下：首先，確定磁傳感器在手機(jī)中的位置，條形磁鐵S極平行于手機(jī)上邊框、左邊框緩慢移動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度最大的位置交點(diǎn)為磁傳感器的大致位置；其次，與手機(jī)磁傳感器等距離且相互垂直的兩位置放上相同的條形磁鐵（如圖6所示），單個(gè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度約為603 μT，兩垂直磁場(chǎng)在等距點(diǎn)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為880 μT，該運(yùn)算法則顯然不滿足代數(shù)相加，近似滿足平行四邊形定則，可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)矢量性的認(rèn)識(shí)。

physics toolbox APP可激發(fā)手機(jī)所有傳感器的功能，可滿足的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有：線性加速度功能可用于研究與手機(jī)綁定物體加速度的相關(guān)問(wèn)題，陀螺儀功能可用于研究角速度的相關(guān)問(wèn)題，重力計(jì)可用于研究超重、失重現(xiàn)象等。利用APP激發(fā)手機(jī)傳感器功能為低成本物理實(shí)驗(yàn)和生活中隨時(shí)隨地實(shí)驗(yàn)提供了極大的便利。

4 利用社交軟件

QQ、微信是當(dāng)今社會(huì)幾乎人人每天都在使用的社交軟件，以此作為教學(xué)平臺(tái)在課上課下實(shí)現(xiàn)師生交流互動(dòng)，師生不需要操作培訓(xùn)，課堂使用零障礙。

在“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”的教學(xué)環(huán)節(jié)中，如何讓學(xué)生通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn)操作現(xiàn)象去歸納總結(jié)感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件是本節(jié)課的重點(diǎn)。但由于上課時(shí)間有限，不可能給學(xué)生很多時(shí)間去進(jìn)行各種探索，再加上學(xué)生個(gè)體思維的局限性，很難想到各種不同的操作方式。如果能讓學(xué)生的思維相互啟發(fā)，在短時(shí)間內(nèi)顯現(xiàn)出多種不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，就可使學(xué)生自主歸納得出感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件。

教師可在課前建立一個(gè)班級(jí)QQ群，作為核心的學(xué)習(xí)交流平臺(tái)。每個(gè)小組自帶一臺(tái)手機(jī)，可以讓學(xué)生將實(shí)驗(yàn)結(jié)果拍成短視頻或者圖片，分享到班級(jí)QQ群當(dāng)中去。學(xué)生上傳的能觀察到感應(yīng)電流的情況有：開關(guān)閉合、斷開過(guò)程；變阻器滑片移動(dòng)使電磁鐵所在回路電流減小；磁鐵插入線圈內(nèi)；磁鐵靠近線圈；磁鐵經(jīng)過(guò)線圈。學(xué)生根據(jù)這些自己或同學(xué)所做的實(shí)驗(yàn)，思考總結(jié)感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件。總結(jié)時(shí)，有學(xué)生提到當(dāng)線圈和條形磁鐵發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，閉合回路中才有感應(yīng)電流產(chǎn)生。此時(shí)，將條形磁鐵水平向下移動(dòng)靠近線圈而未產(chǎn)生感應(yīng)電流的實(shí)驗(yàn)視頻再讓大家看一遍，制造思維的矛盾，學(xué)生生疑，進(jìn)一步完善自己的總結(jié)。此案例因其素材現(xiàn)場(chǎng)生成、真實(shí)生動(dòng)而更能引起學(xué)生的共鳴。

5 手機(jī)輔助物理教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

手機(jī)輔助教學(xué)，輔助的主要手段有：無(wú)線同屏技術(shù)、手機(jī)自帶的功能、基于APP的手機(jī)自帶傳感器、社交類APP等。根據(jù)物理教學(xué)需要，可使用單一手段，也可綜合多種手段，可取代部分傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)器材，可取代相機(jī)、攝像機(jī)等傳統(tǒng)的攝錄設(shè)備，還具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。

5.1 手機(jī)可成為教師的得力助手

手機(jī)輔助教學(xué)手段多樣化，為教師備課、課堂教學(xué)、課外輔導(dǎo)提供便利。手機(jī)的攝錄功能，可突破觀察的角度、距離等問(wèn)題，還可通過(guò)“慢放”“逐幀播放”實(shí)現(xiàn)精細(xì)觀察。課堂演示實(shí)驗(yàn)可能不成功，會(huì)影響課堂進(jìn)度，利用手機(jī)將實(shí)驗(yàn)提前錄制下來(lái)作為備選方案，可以很好地保證教學(xué)的流暢性。演示實(shí)驗(yàn)、典型的作業(yè)題等素材在教學(xué)中可不斷積累、完善，最終成為自己教學(xué)的素材庫(kù)，儲(chǔ)存在手機(jī)中，可成為教師備課、教學(xué)的移動(dòng)資源庫(kù)。

5.2 手機(jī)融入課堂更接地氣

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下教育的發(fā)展，部分學(xué)校開始建設(shè)“智慧課堂”“云課堂”等新型課堂模式，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入教學(xué)當(dāng)中，但建設(shè)成本較高，很難短時(shí)間內(nèi)全面普及新系統(tǒng)、新教室，教師和學(xué)生的學(xué)習(xí)成本較高，不利于推廣使用。手機(jī)普及率較高，很容易保證教師和學(xué)生人手一部手機(jī)，且能熟練操作，手機(jī)進(jìn)入課堂的建設(shè)成本、學(xué)習(xí)使用成本都很低，在手機(jī)的信息化環(huán)境下的教學(xué)就具有成本低、易推廣等接地氣的特點(diǎn)，為提升教育信息化水平提供了一條新路徑。

5.3 手機(jī)可成為學(xué)生課外學(xué)習(xí)的助手

學(xué)習(xí)不僅發(fā)生在課堂，學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)也非常重要。手機(jī)可以改變課外學(xué)習(xí)的哪些方面呢？首先是答疑方式，教師可利用社交軟件在線為學(xué)生答疑，學(xué)生也可自主利用網(wǎng)站搜索功能、學(xué)霸君、小猿搜題等學(xué)習(xí)軟件來(lái)解決學(xué)習(xí)問(wèn)題；此外，還有物理研究性學(xué)習(xí)，手機(jī)除了可用于查找資料、記錄素材之外，還是強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)工具，如基于APP的手機(jī)自帶傳感器、多種視頻分析手段等。

當(dāng)下手機(jī)技術(shù)仍在高速發(fā)展，新功能層出不窮，應(yīng)用軟件日新月異，為手機(jī)融入物理教學(xué)、提升教學(xué)效果提供更多的選擇和可能性。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯 張正嚴(yán)）