高中物理校本實驗課玩轉(zhuǎn)手機APP

陳銀芝 彭明河

摘? ?要：闡述手機APP—4physics應(yīng)用于校本物理實驗的開發(fā);初探加速度、初探能量關(guān)系的教學(xué)實踐;總結(jié)反思開發(fā)過程中存在的問題。

關(guān)鍵詞：校本實驗;手機APP;物理模型建構(gòu)

1? 研究背景

無論是從前，還是現(xiàn)在，甚至未來，高中物理實驗教學(xué)始終貫穿于整個高中教學(xué)過程中[ 1 ]，新高考背景下，更加注重物理實驗情境構(gòu)建，強調(diào)探究方式學(xué)習(xí)，逐步養(yǎng)成適應(yīng)社會發(fā)展需求的物理思維方法。但是，在過去的教學(xué)中，由于觀念的束縛，條件的限制，舊課程體制等因素的制約，嚴重影響了新課改實驗教學(xué)的發(fā)展。

2019年11月教育部印發(fā)實施的《關(guān)于加強和改進中小學(xué)實驗教學(xué)的意見》（以下簡稱《意見》）中明確指出“促進傳統(tǒng)實驗教學(xué)與現(xiàn)代新興科技有機融合，切實增強實驗教學(xué)的趣味性和吸引力，提高實驗教學(xué)質(zhì)量和效果?！睂τ谝蚴軙r空限制而在現(xiàn)實世界中無法觀察和控制的事物和現(xiàn)象、變化太快或太慢的過程，以及有危險性、破壞性和對環(huán)境有危害的實驗，《意見》明確表示，“可用增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)手段呈現(xiàn)”[ 2 ]。這無疑是促進物理實驗教學(xué)改革的一大舉措，對于開發(fā)可視化創(chuàng)新性物理實驗教學(xué)打了一劑強心針，有著里程碑的意義。以“高中物理校本課程實驗”為查找主題，在中國知網(wǎng)檢索，從2007年至今，知網(wǎng)上一直都有一些高中物理校本課程的研究，但是對于高中物理校本課程實驗的研究與實踐，只有5篇，物理校本課程與創(chuàng)新性實驗相結(jié)合的只有3篇，運用現(xiàn)代化技術(shù)（編程，創(chuàng)客，人工智能5G，手機APP等）開發(fā)地方課程和校本課程還是處于起步階段。

筆者對所在的市級兩所學(xué)校開設(shè)的校本選修課程中，就手機APP怎樣與高中物理校本課程有機融合，如何培養(yǎng)學(xué)生對于物理知識的情境構(gòu)建思維等問題，做了初步的開發(fā)與探索。

2? 研究意義

《意見》的公布，對于改革物理實驗教學(xué)的模式，借助科技力量促進教學(xué)模式的創(chuàng)新都提出了明確的要求。開展實地創(chuàng)造情境的實驗教學(xué)已是社會發(fā)展之需，也是我國課改的重要發(fā)展部分。換句話說，“填鴨式”教學(xué)方式已不適應(yīng)現(xiàn)在發(fā)展的社會環(huán)境，教師應(yīng)勇于打破原有的傳統(tǒng)教學(xué)模式，改變原有的口頭創(chuàng)造情境，創(chuàng)造、創(chuàng)新學(xué)生實驗情境體驗，提升學(xué)生的觀察感悟能力，增強學(xué)生對物理學(xué)科的興趣，讓學(xué)生深化物理學(xué)科思維的培養(yǎng)。

新高考背景下，借力物理校本課程模式的開發(fā)，不斷實踐，不斷創(chuàng)新，從眼前來講，能提高學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)，有利于給予學(xué)生一定的自主探究權(quán)利，有助于培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，還有助于提高物理教師的專業(yè)技術(shù)水平，革新物理教師教學(xué)應(yīng)用手段，從長遠來說，對于我國一直涉足科技教育領(lǐng)域的線上教育平臺等企業(yè)來說，都是利好消息，從而影響我國科技教育領(lǐng)域的新行業(yè)格局。

3? 4physics APP應(yīng)用于物理校本課程的開發(fā)與實踐

筆者于2019-2020學(xué)年在所在市級兩所中學(xué)分別開設(shè)了“在手機APP中玩轉(zhuǎn)物理實驗”的校本選修課程，本文通過其中一個APP——4physics（如圖1）應(yīng)用于校本物理實驗的開發(fā)，教學(xué)實踐，總結(jié)反思，初步探索了學(xué)生在高中物理校本選修課堂上如何提升自我自主探究能力，如何培養(yǎng)自我構(gòu)建物理情境思維的過程，還探索了教師如何提升自我新技術(shù)手段的教學(xué)應(yīng)用。

本課程著重通過手機APP向?qū)W生展示高中物理課堂中難以建構(gòu)的物理情境實驗，輔助觀察理解生活中的物理問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科思維。讓學(xué)生在校本課程學(xué)習(xí)過程中，學(xué)會觀察生活物理問題，試著分析物理問題，把抽象問題簡單化，并學(xué)會建立分析數(shù)據(jù)，從而把學(xué)得的方法，去解決其他同樣類型的問題。

3.1? 初探加速度

加速度是描述速度變化快慢的物理量，加速度這部分內(nèi)容對于整個高中物理學(xué)習(xí)過程起著承上啟下的作用，是連接著“運動學(xué)”和“動力學(xué)”的重要組成部分。但是，這部分內(nèi)容卻相對比較抽象，課堂上比較難讓學(xué)生直觀的感受到物理運動狀態(tài)的改變，不利于教師給學(xué)生建構(gòu)接下去的物理知識。

在同期開展的物理校本選修課程中，利用手機APP——4physics中的acceterometer（加速度計），學(xué)生只需在課堂上將手機放在移動的物體上，按下開始鍵，以每秒數(shù)十次的采樣頻率，可采集x，y，z三個軸的加速度數(shù)據(jù)，并生成圖標以供分析，就可以直觀地記錄物體的加速度（如圖2）。 這樣的手機APP還有一個很大的優(yōu)點，學(xué)生可以在課堂外觀察任何關(guān)于加速度的問題，比如回家坐電梯，就可以觀察電梯上下的加速度變化（如圖3）

3.2? 初探能量關(guān)系

依托現(xiàn)實生活中的例子，初探能量關(guān)系，建構(gòu)物理模型，對于新入學(xué)的高一學(xué)生具有重要的意義。比如，學(xué)生觀察到平常打籃球時，每次反彈的高度總是低于前一次，直到最后停止，引導(dǎo)學(xué)生思考動能，重力勢能和機械能的關(guān)系。

在物理實驗室的墻壁上用紙建立一個豎直方向上的坐標軸，讓一位同學(xué)站在坐標軸旁邊，將球盡可能舉高，測量者使用4physics里的物理相機工具記錄球的運動，從球離開同學(xué)的手那一刻直到它到達地面，當(dāng)球彈起三次后，測量員停止記錄，確認第一次反彈發(fā)生的時間，在反彈后找出點的時間值?，F(xiàn)在，在數(shù)據(jù)表中找到這個時間點，并為接下來的幾個時間點編寫以下信息：時間、位置和您選擇分析的軸上的速度，指明您選擇的軸線。使用與上面相同的過程，確定第二次反彈的時間，然后將此反彈的數(shù)據(jù)寫入表中，計算第一次反彈的動能、重力勢能和機械能。畫出動能和勢能對時間的曲線圖，然后，畫出機械能對時間的曲線圖，重復(fù)第二次反彈的過程，比較兩次反彈，不同類型的能量值如何？指出相同點和不同點，引導(dǎo)學(xué)生探究動能，重力勢能與機械能的關(guān)系，并說說機械能有怎樣的變化。（如圖4）

4? 校本開發(fā)過程中存在的問題

筆者在市級兩所中學(xué)同時開展校本實驗課前對于新入學(xué)的高一學(xué)生做過調(diào)查報告，94.3%的學(xué)生表示喜歡做一些貼近生活的小實驗，82.1%的學(xué)生表示對手機APP研究物理實驗產(chǎn)生好奇。但在此課程實施過程中遇到一些硬件上的問題，比如每次開校本課程需要叫學(xué)生帶上自己的手機，而且像“物理實驗課”“phyphox””PhET”等實驗APP安卓手機可下載，但4physics只能是蘋果手機下載，而且是英文版，對于學(xué)生的硬件有一定要求，而且若沒有教師引導(dǎo)，對于學(xué)生的語言能力也有一定的要求。

5? 總結(jié)

在新高考改革背景下，對于學(xué)生基于生活的物理實驗情境建構(gòu)模型要求越來越突出，對于教師基于信息技術(shù)融合開展實驗教學(xué)的要求也越來越顯著。無論從哪方面來談，隨著未來5G技術(shù)的發(fā)展，線上線下實驗融合，課內(nèi)課外實驗促進學(xué)生開拓適應(yīng)時代潮流的物理思維顯得越發(fā)重要。

參考文獻：

[1] 孫春成. 江陰市高中物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查研究[D]. 上海：華東師范大學(xué)， 2010 .

[2] 教育部.關(guān)于加強和改進中小學(xué)實驗教學(xué)的意見[Z].教基2019第16號文件.

[3] 徐家連.基于App Inventor的高中信息技術(shù)校本課程建設(shè)與實踐——以校本教材《玩轉(zhuǎn)手機APP編程》為例[J]. 教育信息技術(shù)，2019（7）.

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