Phyphox軟件與物理教學(xué)深度融合的案例研究

伊?xí)约t

摘 要：信息技術(shù)與物理教學(xué)的融合，是落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要載體。本文以“探究勻速圓周運(yùn)動中向心加速度與角速度的關(guān)系”為例，詮釋信息技術(shù)如何與高中物理教學(xué)深度融合，力圖實現(xiàn)融合信息技術(shù)下的物理課堂教學(xué)方式的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)模式;信息技術(shù)融合;Phyphox軟件

在當(dāng)今社會信息技術(shù)的發(fā)展形勢下，調(diào)整和改進(jìn)人才培養(yǎng)目標(biāo)和模式是基礎(chǔ)教育課程的方向。目前我國增強(qiáng)國力，積蓄未來國際競爭實力需要把基礎(chǔ)教育課程改革作為戰(zhàn)略措施加以推行[1]。

課標(biāo)背景下的“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)”模式也成為教育改革的新模式。傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)無法達(dá)到新的教學(xué)目標(biāo)，在新的教學(xué)模式中要求引入更多元化的教學(xué)方法，更多資源融合的教學(xué)模式，使教學(xué)效果達(dá)到最優(yōu)化[7][1]。

本文從物理教學(xué)與信息技術(shù)深度融合的內(nèi)涵、案例和反思等三個方面陳述。

一、內(nèi)涵和意義

（一）什么是信息技術(shù)與教學(xué)的深度融合

“深度融合”的確切內(nèi)涵包含三個基本屬性：一、營造信息化教學(xué)環(huán)境;二、實現(xiàn)新型教與學(xué)方式;三、變革傳統(tǒng)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)[3]。踐行把信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)“深度融合”的實質(zhì)，需要我們深刻理解深度融合的三個屬性，正確掌握信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)深層次整合的確切內(nèi)涵。

信息化教學(xué)環(huán)境應(yīng)該包括以下幾個屬性：可以創(chuàng)設(shè)真實情境、支持學(xué)生自主探究、可以獲取網(wǎng)絡(luò)資源信息、多重交互協(xié)作學(xué)習(xí)等的用于支持新的教與學(xué)方式的教學(xué)環(huán)境。信息技術(shù)深度融合的課堂目標(biāo)就是可以實現(xiàn)學(xué)生“自主、探究、合作”，突出學(xué)生課堂的主體地位。改變傳統(tǒng)課堂以教師為主導(dǎo)的教學(xué)結(jié)構(gòu)，從教授、啟發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主探究、創(chuàng)新的學(xué)習(xí)過程，變革傳統(tǒng)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)。新的教與學(xué)方式為學(xué)生提供認(rèn)知探究工具、協(xié)作交流工具和情感體驗與內(nèi)化的工具，在這些信息化資源的支持下和以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為指導(dǎo)的觀念下實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

（二）信息技術(shù)融合的意義

有趣的知識更有傳播力，形象的知識更有吸引力，有用的知識更有生命力。能不能讓物理知識也變得更生動、形象、有趣。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，目前各種智能教育產(chǎn)品和智慧課堂推動探索未來學(xué)習(xí)模式。讓信息技術(shù)成為課堂的有機(jī)組成部分，無縫銜接課堂教學(xué)內(nèi)容，滲透教學(xué)重、難點(diǎn)。比如：網(wǎng)上視頻的應(yīng)用、慢鏡頭拍攝實現(xiàn)實驗現(xiàn)象的可視化、延時拍攝的應(yīng)用、同屏儀、一些網(wǎng)站（門口）測評技術(shù)、DIS傳感器實驗教學(xué)軟件、自制微視頻、思維導(dǎo)圖的應(yīng)用等。信息技術(shù)對圖形、圖像、動畫等的綜合處理及強(qiáng)大交互式特點(diǎn)，充分培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和模型建構(gòu)能力。信息技術(shù)下的課堂能充分創(chuàng)造一個圖文并茂的、生動逼真的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生突破認(rèn)知屏障和壁壘。并且在學(xué)習(xí)過程中始終保持興奮、愉悅的好奇心，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[6]。

二、案例

以使用Phyphox軟件探究向心加速度與角速度關(guān)系為例

（一）Phyphox軟件

Phyphox軟件內(nèi)置傳感器包括加速度傳感器、磁力傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器、光傳感器、壓力傳感器以及GPS等，可根據(jù)手機(jī)所處的環(huán)境和運(yùn)動情景調(diào)用內(nèi)置傳感器，將相關(guān)參數(shù)通過傳感器測量數(shù)據(jù)以圖形或數(shù)字的形式呈現(xiàn)。例如：研究勻變速運(yùn)動中加速度大小，可以讓手機(jī)放在小車上在斜面上做勻加速運(yùn)動。例如：研究光電效應(yīng)可以用手機(jī)測量光照強(qiáng)度。研究多普勒效應(yīng)可以用多普勒效應(yīng)傳感器測量小范圍頻率偏移等。力學(xué)方面包括有向心加速度、彈簧振子周期和頻率、單擺，彈性碰撞。聲學(xué)包括聲音振幅和頻譜、聲吶等。工具類有測斜面傾斜角度、磁場譜、磁性標(biāo)尺等。日常工具還有測量掌聲的時長與幅度，還有利用氣壓計測量電梯速度等29種內(nèi)置功能[2]。

（二）使用Phyphox軟件探究向心加速度與角速度關(guān)系

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，然而教師在教授《向心加速度》這節(jié)內(nèi)容時，在以往的物理教學(xué)課堂上，一般都通過理論推導(dǎo)得出向心加速度與角速度的關(guān)系表達(dá)式ac=ω2r。本文我們可以調(diào)用Phyphox軟件中的Centrifugal acceleration功能收集數(shù)據(jù)，定量研究向心加速度與角速度的關(guān)系，讓學(xué)生在信息環(huán)境下獲得直接的實驗體驗。培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力。

手機(jī)Centrifugal acceleration功能調(diào)用向心加速度傳感器，測量手機(jī)轉(zhuǎn)動時的加速度隨角速度變化的數(shù)據(jù)關(guān)系，并分別繪制向心加速度ac與角速度ω以及角速度平方ω2的函數(shù)圖像。生活中有很多物體做圓周運(yùn)動，例如：圓盤轉(zhuǎn)動，自行車輪轉(zhuǎn)動，水平面上繩拉物體的圓周運(yùn)動等。我們可以將手機(jī)與這些物體綁定，從而研究運(yùn)動物體的向心加速度與角速度和半徑的關(guān)系。

本文選擇將手機(jī)放在自制的轉(zhuǎn)盤上（網(wǎng)購電機(jī)和調(diào)速器，圓盤和手機(jī)卡殼），將手機(jī)固定在轉(zhuǎn)盤上。打開Phyphox軟件找到Centrifugal acceleration，將手機(jī)放在圓盤的手機(jī)架上，點(diǎn)擊開始，打開電動機(jī)，調(diào)節(jié)調(diào)速器使手機(jī)隨著圓盤緩慢做勻速圓周運(yùn)動，調(diào)節(jié)調(diào)速器記錄不同的速度時生成的點(diǎn)跡分布。使用手機(jī)投屏軟件，可以將Phyphox軟件實時數(shù)據(jù)（如圖1）展示給全部學(xué)生。

對記錄的數(shù)據(jù)圖像選取一段，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，可以得到向心加速度與角速度呈曲線關(guān)系，與角速度的平方呈正比的線性關(guān)系（如圖2）。在調(diào)節(jié)變速器保證圓周運(yùn)動的角速度不變，調(diào)節(jié)手機(jī)在圓盤上轉(zhuǎn)動的半徑，記錄不同半徑下向心加速度的大小，將數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到了向心加速度與半徑成正比的線性關(guān)系（如圖3）。有效地驗證了公式ac=ω2r。

Phyphox軟件還可以利用手機(jī)內(nèi)置傳感器，測量聲音在空氣中的傳播速度、探究單擺運(yùn)動周期與擺長的定量關(guān)系等。物理教學(xué)方式如果能有效地融合信息技術(shù)手段。善于利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，有助于突破學(xué)生認(rèn)知難點(diǎn)。

三、反思

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，如何把信息技術(shù)和物理教學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)深度融是值得我們教育工作者思考的問題。高中物理概念教學(xué)、探究性教學(xué)、真實情境教學(xué)、實驗教學(xué)、物理建模等都可與信息技術(shù)實現(xiàn)深度融合[4][5]，但融合過程切記一味融合，要切合教學(xué)實際需要。

信息技術(shù)有效地與物理教學(xué)融合，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，偉大的物理學(xué)家愛因斯坦曾說過“興趣是最好的老師”，有了興趣就有了良好的學(xué)習(xí)動機(jī)。啟發(fā)和激勵學(xué)生的好奇心就需要將信息技術(shù)融于課堂教學(xué)，利用信息技術(shù)圖文并茂、聲像并舉、能動會變、形象直觀的特點(diǎn)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)各種情境，激起和調(diào)動學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望和參與度，充分體現(xiàn)課堂以學(xué)生為主體的地位。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.普通物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2018.1.

[2]惠宇潔.智能手機(jī)在物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用探討—以Phyphox軟件為例[J].物理教學(xué)探討：中學(xué)教學(xué)教研版，2018，36（10）：70-73.

[3]何克抗.如何實現(xiàn)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的“深度融合”[J].教育研究，2017，38（10）：88-92.

[4]高佑勤.現(xiàn)代信息技術(shù)與學(xué)科課程教學(xué)深度融合研究[J].新課程，2021，21：20.

[5]歐佩玲.信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)深度融合下的思考[J].課程教學(xué)研究. 2020，（03）：58-63.

[6]李寶業(yè).信息技術(shù)與高中物理教學(xué)深度融合探討[J].成才之路，2017，09：78.

[7]林厚從.融合信息技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的實踐研究[J].物理教學(xué)，2020，3：42.