安卓智能手機在中學物理教學中的應用研究

陳桂鵬

一、利用安卓手機現(xiàn)有的配置回放教學視頻資源、錄制觀察到的現(xiàn)象，加深對物理知識的理解

物理是一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的學科。觀察是研究物理現(xiàn)象的開端和基礎(chǔ)，是人們感知物理世界的重要方式。觀察和實驗是認識物理現(xiàn)象的動力之源，是學好物理知識的基礎(chǔ)。

在物理教學過程中，盡管有教師有目的地引導，但教師演示實驗只是一個短暫的過程。對于學生而言，由于觀察角度不同會有不同的觀察結(jié)果。在教學過程中，如果教師把演示實驗錄制下來，拷貝到學生的安卓手機中，學生可以反復觀看，有利于更深入地學習實驗的本質(zhì)。同時，有條件的學生還可以仿照教師的實驗過程重新實驗，加深對物理知識的理解。

學生可以利用安卓手機的攝像功能，把在實驗過程中遇到的疑惑現(xiàn)象錄制下來，以便和教師以及其他同學進行交流。

觀察不僅僅局限于課本中提及的實驗，在現(xiàn)實生活中物理現(xiàn)象隨處可見。鼓勵學生利用手機把觀察到的與物理有關(guān)的現(xiàn)象錄制下來，一來可以多次回放，便于仔細觀察研究；二來，可以和同學以及教師探討，鍛煉學生解決問題的能力。

目前，安卓系統(tǒng)已經(jīng)成為智能手機的主流系統(tǒng)，手機攝像頭在300萬像素以上。顯示屏多采用高像素、大尺寸屏幕，能儲存多達32 G數(shù)據(jù)，而這樣的手機配置價格只需幾百元，性價比高，可以滿足學生清晰的視頻播放和錄制要求。

二、利用手機上網(wǎng)功能實現(xiàn)資源共享，引導學生收集更多的物理現(xiàn)象等學習資料，加強學生之間的交流合作

目前，網(wǎng)絡的普及，給人們的學習帶來極大的便利，其最大的特點就是資源共享。安卓手機基本上配置了GPRS，WIFI和藍牙等無線通信設備，利用這些設備，可以把學生記錄的點點滴滴的資源組織起來，組建一張知識網(wǎng)。

如壓水井，這個在城市中心基本消失的工具，學生已經(jīng)很難見到了。如果某位學生去過鄉(xiāng)下，見到了并錄制下來，回到學校后通過手機藍牙功能傳給周邊的學生。這樣便有更多的學生看到真實的壓水井工作過程，同時，提供共享資源的學生會受到更大鼓勵，會去積極觀察并錄制更多的物理現(xiàn)象。

藍牙只能實現(xiàn)點對點傳輸，即一名學生只能給一名學生發(fā)送數(shù)據(jù)，要把一個有價值的片源傳給全班甚至全年級的學生，會花費很多時間。鑒于這個缺點，學校建立了一個資源共享網(wǎng)站，每名學生上傳片源后，通過專職教師審核后，即可提供給全年級的學生下載。學校對優(yōu)質(zhì)片源的提供者給予適當?shù)姆e分獎勵，讓資源共享實現(xiàn)“價值”化，使學生具有成就感。這樣學生就會更多地去觀察、尋找更有價值的物理現(xiàn)象。

三、安裝相關(guān)軟件，對現(xiàn)有的教學資源移植，構(gòu)建虛擬化實驗室

安卓系統(tǒng)具有開放性的特點，受到越來越多編程愛好者的歡迎。目前有大量Office，F(xiàn)lash等安卓軟件，可以將計算機上的教學資源很容易地傳到安卓手機系統(tǒng)上。例如，教師在備課過程中精心制作的PPT課件，只要學生的安卓手機安裝了相應程序，就可以直接播放，節(jié)約了大量的課件轉(zhuǎn)換時間。

基于安卓系統(tǒng)的虛擬仿真實驗是利用Java語言創(chuàng)建的實驗操作虛擬環(huán)境，將真實實驗的儀器和設備的功能虛擬為相應的物理模型，通過觸屏點擊操作這些虛擬的實驗儀器或設備，即可進行各種實驗，實現(xiàn)與真實實驗一致的效果。它集專業(yè)理論知識、虛擬仿真技術(shù)、Java編程技術(shù)于一身，學生可進入虛擬實驗室操作儀器，進行各種實驗。

仿真物理實驗室的使用旨在創(chuàng)造一個激發(fā)學生積極探究的物理情境，它具有很強的目的性、交互性和開放性。對于想象能力、理解能力較差的學生來說，仿真實驗室是一個理想的學習工具。同時，仿真實驗室是基于安卓系統(tǒng)的移動設備，方便學生利用課余時間對虛擬實驗室進行操作。

四、利用安卓手機自帶的傳感器和外擴傳感器，構(gòu)建虛實結(jié)合的物理測量工具箱，方便學生隨時對現(xiàn)象進行觀測

虛擬物理實驗室與真實物理實驗室最大的區(qū)別在于虛擬實驗室中操作的并不是真實存在的實驗儀器和設備，而只是用軟件仿真來模擬日常使用教學設備。它本身就有一定的局限性—缺乏真實感。鑒于此，利用安卓手機自帶的多種傳感器和外擴傳感器來真實感知環(huán)境量的變化，與虛擬儀器相結(jié)合，使學生操作更具有真實感，為學生隨時感知周圍的物理現(xiàn)象提供便利條件。

在初中物理實驗中，需要測量的物理量大致為溫度、速度、時間、電阻、電流、電壓等。

1.安卓手機內(nèi)部傳感器

安卓手機傳感器受手機品牌的限制，種類也不相同，但基本上都有加速度傳感器、位置傳感器和時鐘。轉(zhuǎn)換見表1。

表1

2.通過手機USB外擴傳感器

外擴傳感器需要外加具有USB模塊的單片機系統(tǒng)，大多數(shù)單片機內(nèi)部有測電壓的多通道AD轉(zhuǎn)換器，利用該轉(zhuǎn)換通道可以構(gòu)建電壓表、電流表、歐姆表等，同時也可以測量壓強、溫度等物理量。由于單片機內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器可以測量的最大電壓值是3.3 V，多量程的電壓值、電流值、電阻值都可以通過相應的電路轉(zhuǎn)化為電壓值來測量。

(1)雙量程電壓表設計

實驗室電壓表的量程分為0～3 V和0～15 V兩個量程，采用電學中串聯(lián)電路的分壓作用來擴展AD轉(zhuǎn)換的測量范圍，由于AD轉(zhuǎn)換自身的測量范圍能滿足0～3.3 V電壓的測量，因而只需擴展0～15 V。當測量電壓是15 V時，AD轉(zhuǎn)換測量電壓最大為3 V，根據(jù)分壓公式U1/U2=R1/R2，計算得出電阻R1:R2=4:1，由于電壓表阻值比較大，因此采用R1=8 MΩ，R2=2 MΩ。

(2)雙量程電流表設計

如圖1所示，當選檔開關(guān)打到0～0.6 A檔時，I=U測/5 Ω，U測最大電壓即為AD采集的最大電壓3 V，I=0.6 A；當選檔開關(guān)打到0～3 A檔時，I=U測/1 Ω，I=3 A。

(3)歐姆表設計

如圖1所示，采用串聯(lián)電路的分壓作用，用兩路AD轉(zhuǎn)換分別采集RX與R0兩端的總電壓UX0，R0兩端的電壓U0，R0=10 Ω，根據(jù)公式：RX=(UX0-U0)R0/U0即可以得出所測電阻阻值。

圖1

(4)溫度計設計

單片機檢測溫度采用18B20溫度傳感器，其感溫范圍—55～+125 ℃，可通過單總線直接讀取傳感器內(nèi)的溫度值，使用非常方便。

(5)壓強計設計

采用壓強傳感器檢測。量程：40 kPa(差壓)；輸出：mV信號，可用AD轉(zhuǎn)換來檢測壓強傳感器輸出的電壓信號。

總體框圖如圖2所示，當手機采集內(nèi)置傳感器和外擴傳感器的數(shù)據(jù)后，利用編程技術(shù)在手機可視化程序中虛擬與傳感器對應的測量工具。這樣，學生的手機就成了真實的多元化儀器箱。

圖2

五、使用權(quán)限設置，禁止學生利用手機上網(wǎng)、聊天、玩游戲，解決家長后顧之憂

目前，我校大多數(shù)家長沒有為學生配備手機，原因很簡單，擔心孩子利用手機上網(wǎng)、聊天，影響學習。但是，因為這些原因而拒絕給孩子配備手機顯然是不合理的。我們可以通過技術(shù)手段來解決學生使用手機玩游戲的弊端，如使用權(quán)限控制軟件，給上網(wǎng)、短信、安裝軟件等進行限制，這樣學生只能用手機進行學習和日常交流。

六、結(jié)束語

安卓手機在中學物理教學中的應用，不但可以解決資源共享，擴展學生知識面，還可以促進學生利用手中的手機資源記錄生活中的物理現(xiàn)象。達到和學生、教師相互交流的目的。同時，使用虛擬技術(shù)和傳感器檢測技術(shù)相結(jié)合的方法，充分利用虛擬技術(shù)的預設目的性和傳感器檢測的真實性特點，給予學生多元化的感受，使學生的物理知識得到鞏固。通過設計權(quán)限軟件限制學生的使用權(quán)限，解決家長和教師最擔心的學生上網(wǎng)聊天、玩游戲等問題。如果在今后的實際運用中普及，引進大公司為學生量身定做安卓手機，使學生在各學科中都能使用豐富的資源，這將把學生領(lǐng)進數(shù)字化的學習時代。