智能手機(jī)在中學(xué)物理翻轉(zhuǎn)課堂中的應(yīng)用研究

黃家茵 洪哲新 皮飛鵬

摘?要：針對(duì)當(dāng)前部分中學(xué)特別是農(nóng)村中學(xué)實(shí)驗(yàn)資源匱乏、教學(xué)方式單一的情況，將智能手機(jī)傳感器引入到中學(xué)物理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，結(jié)合兩個(gè)利用智能手機(jī)傳感器求加速度的實(shí)驗(yàn)案例，構(gòu)建了基于智能手機(jī)的中學(xué)物理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)流程，希望在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的同時(shí)，豐富翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式.

關(guān)鍵詞：智能手機(jī);物理教學(xué);翻轉(zhuǎn)課堂

文章編號(hào)：1008-4134（2020）11-0057中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

作者簡(jiǎn)介：黃家茵（1996-），女，廣東人，碩士研究生，研究方向：中學(xué)物理教育教學(xué);

馮哲新（1991-），男，廣東人，碩士研究生，研究方向：中學(xué)物理教育教學(xué).

通訊作者：皮飛鵬（1965-），男，湖南人，博士，副教授，碩導(dǎo)，研究方向：中學(xué)物理課程與教學(xué)論.

1?引言

翻轉(zhuǎn)課堂是近年來(lái)廣受關(guān)注的一種教學(xué)模式，它體現(xiàn)了以學(xué)生為中心、將學(xué)習(xí)主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生的理念.在這種教學(xué)模式中，學(xué)生需要借助信息化的教學(xué)資源在課前開(kāi)展自主學(xué)習(xí)，課堂時(shí)間主要不是教師用來(lái)講授基礎(chǔ)知識(shí)，而是通過(guò)師生交流進(jìn)行共同討論和探究，加上教師有針對(duì)性的講解，達(dá)到學(xué)習(xí)的深化，這既提高了課堂的效率，更滿足了學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求.物理作為一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)既是學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，也是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效手段，讓學(xué)生看懂演示實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生自行設(shè)計(jì)并親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)是學(xué)好物理的關(guān)鍵，更是學(xué)生物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵.因此，翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用到中學(xué)物理教學(xué)中，需要加入學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究這個(gè)環(huán)節(jié).

然而，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備資金投入不足、管理體制不健全及專業(yè)人才稀缺等問(wèn)題，部分中學(xué)特別是大部分農(nóng)村中學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件還未達(dá)到物理實(shí)驗(yàn)課程的要求，學(xué)生缺乏開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)探究特別是自主實(shí)驗(yàn)探究的條件，即使能夠開(kāi)展一些實(shí)驗(yàn)，陳舊簡(jiǎn)陋的器材也難以達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果，更無(wú)法激發(fā)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣.

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代智能手機(jī)的普及給學(xué)生開(kāi)展自主實(shí)驗(yàn)探究帶來(lái)了巨大的便利.利用智能手機(jī)的傳感器作為測(cè)量工具，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度將會(huì)得到大大的提升.同時(shí)，學(xué)生通過(guò)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)獲得及時(shí)的實(shí)驗(yàn)反饋，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力和科學(xué)思維的培養(yǎng).

2?基于智能手機(jī)的中學(xué)物理翻轉(zhuǎn)課堂可行性分析

近年來(lái)，越來(lái)越多的教育工作者進(jìn)行了利用智能手機(jī)傳感器進(jìn)行中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索.研究表明，智能手機(jī)作為我們身邊最容易獲得的計(jì)時(shí)器、高度測(cè)量器、攝像機(jī)等，是師生完成中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常有用的高效集成工具[1]，利用智能手機(jī)開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)探究是切實(shí)可行的.同時(shí)，利用智能手機(jī)的加速度傳感器、光傳感器等作為測(cè)量工具，不僅簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作步驟，更是大大提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度[2，3].學(xué)生人手一部智能手機(jī)，就相當(dāng)于擁有了一套便攜的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)探究，給學(xué)生提供了更大的自主學(xué)習(xí)空間[4].手機(jī)多種傳感器的輔助，更是大大提高了物理學(xué)習(xí)的趣味性，對(duì)于一些抽象概念的理解也更加直觀，有利于激發(fā)學(xué)生探究物理的興趣和熱情[5].

目前，大多數(shù)農(nóng)村地區(qū)雖然缺乏先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器，但是智能手機(jī)的普及程度還很高，為學(xué)生開(kāi)展基于智能手機(jī)的實(shí)驗(yàn)探究提供了條件.根據(jù)農(nóng)村初中的調(diào)查研究顯示[6]，只有11.1%的學(xué)生從來(lái)不會(huì)使用手機(jī)，絕大部分學(xué)生還是會(huì)在校外使用手機(jī)，并且一周使用手機(jī)超過(guò)三次的學(xué)生達(dá)到了61.1%.針對(duì)有少部分學(xué)生沒(méi)有智能手機(jī)的情況，可以開(kāi)展小組合作探究，有利于培養(yǎng)學(xué)生交流合作的能力.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程，也更能引導(dǎo)學(xué)生正確合理地使用智能手機(jī).同時(shí)，智能手機(jī)的操作系統(tǒng)比電腦系統(tǒng)簡(jiǎn)單，教師不需要進(jìn)行專門的培訓(xùn)，更適用于師資力量相對(duì)薄弱的農(nóng)村地區(qū)學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué).

3?構(gòu)建智能手機(jī)的中學(xué)物理翻轉(zhuǎn)課堂模式

3.1?基于智能手機(jī)的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

目前，智能手機(jī)的安卓系統(tǒng)和蘋果系統(tǒng)都有不少可以開(kāi)啟手機(jī)傳感器的軟件，如Physics Toolbox 、Sensor Kinetics、Phyphox等等.但是，這些軟件大多都是英文操作系統(tǒng)，不太適合中學(xué)生使用.本文以Google提供的一款中文版手機(jī)傳感器實(shí)驗(yàn)軟件“科學(xué)日志”為例，探究基于智能手機(jī)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式.

“科學(xué)日志”這款軟件通過(guò)啟動(dòng)智能手機(jī)的傳感器測(cè)量環(huán)境中光、聲音以及加速度的大小.同時(shí)，還可以通過(guò)藍(lán)牙連接外部傳感器，十分適合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和保存，軟件界面如圖1、圖2所示.

本文利用智能手機(jī)的光傳感器和聲音傳感器，結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)案例，分別測(cè)得物體運(yùn)動(dòng)的加速度.

3.1.1?案例1：利用光傳感器測(cè)量加速度

實(shí)驗(yàn)中，讓紙帶夾著物體在重力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)前，用打孔器在紙帶的相等間隔距離打孔.打開(kāi)軟件的光傳感器功能，并用激光筆對(duì)準(zhǔn)攝像頭旁邊的光電傳感器，讓紙帶從兩者之間落下.物體開(kāi)始落下的瞬間啟動(dòng)軟件，利用手機(jī)記錄的光強(qiáng)變化曲線，光強(qiáng)突然增加的時(shí)間點(diǎn)即為通過(guò)紙帶小孔的瞬間.分析相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算獲得重力加速度的數(shù)值.實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示.

3.1.2?案例2：利用聲音傳感器測(cè)量加速度

結(jié)合聲音傳感器用滴水法測(cè)重力加速度.實(shí)驗(yàn)中，打開(kāi)軟件的聲音傳感器，調(diào)節(jié)水龍頭開(kāi)關(guān)，使得上一個(gè)水滴達(dá)到底端的瞬間，下一滴水開(kāi)始落下.周圍環(huán)境保持安靜，手機(jī)的麥克風(fēng)對(duì)著水滴落下的底端.為了實(shí)驗(yàn)容易控制， 可以通過(guò)聆聽(tīng)液滴撞擊目標(biāo)的聲音來(lái)控制下一滴液體的下落時(shí)間.根據(jù)手機(jī)記錄的聲音強(qiáng)弱變化曲線，聲音突然增大的時(shí)間點(diǎn)即為水滴到達(dá)底端的瞬間.測(cè)量下落高度，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算獲得加速度的數(shù)值.實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示.

由以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)案例可知，利用智能手機(jī)傳感器開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)，探究步驟都相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也比較精確.除此之外，智能手機(jī)上還有壓力傳感器、磁感應(yīng)傳感器等十幾種傳感器，只要配合軟件合理利用這些功能，便能夠利用智能手機(jī)開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)探究.在實(shí)驗(yàn)的類型方面，含蓋了力學(xué)、電磁學(xué)、聲學(xué)等領(lǐng)域.特別地，手機(jī)傳感器的功能還可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的巧妙設(shè)計(jì)得到拓展.例如，利用光電傳感器可以測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的速度和加速度，利用聲音傳感器可以驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律等等.

總的來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)利用智能手機(jī)傳感器開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)探究的目標(biāo)，要求學(xué)生對(duì)傳感器的功能有深入的了解，要將傳感器與物理量結(jié)合起來(lái).同時(shí)，雖然手機(jī)傳感器的功能是固定的，但實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)卻有無(wú)限的可能.學(xué)生需要經(jīng)歷不斷探索、不斷創(chuàng)新的過(guò)程，才能實(shí)現(xiàn)科學(xué)探究能力的提升和科學(xué)思維的培養(yǎng).

3.2?教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

筆者根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的特點(diǎn)，初步設(shè)計(jì)了基于智能手機(jī)的中學(xué)物理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)流程，如圖5所示.

課前，教師要提前指導(dǎo)學(xué)生安裝好實(shí)驗(yàn)所需的手機(jī)軟件，對(duì)于軟件能實(shí)現(xiàn)的功能也要進(jìn)行詳細(xì)的講解，以便學(xué)生對(duì)軟件有初步的了解.同時(shí)，教師要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)并制作教學(xué)視頻，在課前發(fā)送給學(xué)生.視頻要考慮到學(xué)生自學(xué)能力的差異性，盡量通俗易懂，鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)資源進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí).學(xué)生通過(guò)觀看教學(xué)視頻掌握實(shí)驗(yàn)的基本原理，遇到不懂的地方可以反復(fù)觀看，遇到感興趣的問(wèn)題也可以利用網(wǎng)絡(luò)資源深入探究.對(duì)于解決不了的難題可以列出問(wèn)題清單，課上與老師一起討論.在掌握實(shí)驗(yàn)基本原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合手機(jī)傳感器的功能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并根據(jù)初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改.

課上，教師根據(jù)學(xué)生的問(wèn)題清單開(kāi)展師生交流，有針對(duì)性地講解大部分學(xué)生不懂的問(wèn)題.開(kāi)展小組討論，學(xué)生依舊不懂的問(wèn)題可以請(qǐng)教同學(xué)，小組討論最佳實(shí)驗(yàn)方案.最后，教師要對(duì)小組實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，給出較好的實(shí)驗(yàn)方案作為案例進(jìn)行講解并開(kāi)展演示實(shí)驗(yàn)，要讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要注意的問(wèn)題.

3.3?實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要注意的問(wèn)題

3.3.1?教學(xué)設(shè)計(jì)方面

在整個(gè)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式中，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，教師主要起引導(dǎo)的作用.教師在選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和手機(jī)軟件時(shí)，要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，選擇學(xué)生能夠掌握的實(shí)驗(yàn)和軟件.在教學(xué)視頻設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要站在學(xué)生理解的角度，盡量短小精悍，長(zhǎng)度控制在學(xué)生注意力能比較集中的時(shí)間范圍內(nèi).為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中要留給學(xué)生足夠的思考空間.對(duì)于學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，教師要進(jìn)行合理的點(diǎn)評(píng)，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)探究.課堂上的小組交流環(huán)節(jié)，盡量安排學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好的和學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差的學(xué)生在同一個(gè)小組，鼓勵(lì)優(yōu)生幫助差生，提高小組交流學(xué)習(xí)的效率.最后，教師要對(duì)實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)歸納，并讓學(xué)生做好筆記以便復(fù)習(xí).

3.3.2?實(shí)驗(yàn)探究方面

首先，教師要根據(jù)教學(xué)的要求和學(xué)生的實(shí)際情況，選擇恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)探究?jī)?nèi)容.在教學(xué)視頻的設(shè)計(jì)和制作中，為了應(yīng)對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力較弱的情況，視頻要簡(jiǎn)單易懂.視頻的內(nèi)容不僅要讓學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)相關(guān)的物理原理，更要注意啟發(fā)學(xué)生利用智能手機(jī)傳感器開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)探究.其次，針對(duì)一部分學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差的情況，可以適當(dāng)?shù)夭扇⌒〗M合作的模式.而對(duì)于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好的學(xué)生，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)他們?cè)谕瓿苫镜膶?shí)驗(yàn)要求后，利用智能手機(jī)的其它傳感器開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)探究.最后，教師要提醒學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全問(wèn)題.一方面要注意學(xué)生的自身安全，同時(shí)，也要注意避免一些會(huì)損壞手機(jī)的實(shí)驗(yàn)操作，以免造成不必要的損失.

4?結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，在傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生在課前利用智能手機(jī)開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)探究是切實(shí)可行的.在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的時(shí)代，物理實(shí)驗(yàn)也要與時(shí)俱進(jìn)地向數(shù)字信息化方向發(fā)展.智能手機(jī)的加入，成功地彌補(bǔ)了農(nóng)村中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)器材落后的不足，有利于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的提升.同時(shí)，學(xué)生利用智能手機(jī)的傳感器開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究，不僅獲得了精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更是培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.而翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式讓學(xué)生有了充足的時(shí)間開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究，讓物理更加貼近生活，有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力和科學(xué)思維的培養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

[1]張丹彤.讓智能手機(jī)成為中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的好幫手[J].物理教師， 2014，35（11）：39-40.

[2]楊蕾，胡銀泉.智能手機(jī)中加速度計(jì)的原理及教學(xué)應(yīng)用[J].物理通報(bào)， 2017（01）：80-81+84.

[3]劉利瀾，李德安，周少娜.巧用智能手機(jī)拓展單擺實(shí)驗(yàn)[J].物理實(shí)驗(yàn)， 2019，39（05）：59-62.

[4]惠宇潔.智能手機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探討——以Phyphox軟件為例[J].物理教學(xué)探討，2018，36（07）：70-72.

[5]梁振華.智能手機(jī)輔助物理課堂教學(xué)的實(shí)踐與探索[J].物理教學(xué)，2019，41（11）：26-30.

[6]王海軍.農(nóng)村初中校外寄宿生手機(jī)使用狀況研究[J].新課程研究，2019（24）：124-125.

（收稿日期：2020-02-23）