融合“NOBOOK”與“phyphox”技術(shù)的思維型科學(xué)探究教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

摘 要：以初中物理“音調(diào)”課程為例，探討了如何融合“NOBOOK”和“phyphox”兩項(xiàng)技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)施思維型科學(xué)探究教學(xué)。通過結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際數(shù)據(jù)采集分析，學(xué)生深入探索音調(diào)變化的原理，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升解決問題的能力，同時(shí)在此過程中培養(yǎng)了他們的科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能與高階思維能力，為課堂教學(xué)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供啟示。

關(guān)鍵詞：NOBOOK；phyphox；思維型科學(xué)探究教學(xué)；初中物理；音調(diào)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、引言

在當(dāng)今信息技術(shù)日新月異的時(shí)代，教育領(lǐng)域正積極探索如何整合先進(jìn)技術(shù)以提升教學(xué)效果。在這個(gè)背景下，思維型探究教學(xué)作為一種強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主探究和思維發(fā)展的教學(xué)方法，突顯了現(xiàn)代教育對(duì)信息技術(shù)支持的需求。這種教學(xué)方法為教育實(shí)踐注入了新的活力和可能性。結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)工具，如移動(dòng)設(shè)備和應(yīng)用程序，可以進(jìn)一步豐富教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，從而彰顯了教學(xué)方法更新?lián)Q代對(duì)現(xiàn)代教育信息技術(shù)的需求。同時(shí)，隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的推出，科學(xué)教育的核心目標(biāo)也日益聚焦于培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。思維型科學(xué)探究教學(xué)方法與新課程標(biāo)準(zhǔn)的理念相契合，它強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主探究和批判性思維，旨在促進(jìn)學(xué)生深層次的理解和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在這一背景下，結(jié)合現(xiàn)代教育信息技術(shù)，教育工作者能夠更有效地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，激發(fā)其高階思維能力的發(fā)展，使他們更好地適應(yīng)未來社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型人才的需求。這種綜合運(yùn)用信息技術(shù)和思維型科學(xué)探究教學(xué)方法的做法，將為教育領(lǐng)域帶來更加豐富和有效的教學(xué)體驗(yàn)，進(jìn)而助力學(xué)生的全面發(fā)展。

二、概念解析

（一）思維型科學(xué)探究教學(xué)理論的特點(diǎn)

思維型科學(xué)探究教學(xué)是建立在建構(gòu)主義、認(rèn)知發(fā)展、學(xué)習(xí)科學(xué)、探究學(xué)習(xí)理論和科學(xué)探究教學(xué)法等理論基礎(chǔ)之上的一種教學(xué)方法。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生被鼓勵(lì)通過實(shí)驗(yàn)、探究和問題解決的方式來建構(gòu)和深化對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解，扮演著積極主體的角色。教師則扮演引導(dǎo)者和促進(jìn)者的角色，引導(dǎo)學(xué)生探索和發(fā)現(xiàn)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。思維型科學(xué)探究教學(xué)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，讓他們不僅掌握科學(xué)知識(shí)，更重要的是學(xué)會(huì)運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行思考和解決問題，實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的主要任務(wù)包括在情境中產(chǎn)生并明確問題，圍繞問題提出假設(shè)制訂調(diào)查計(jì)劃，收集證據(jù)與處理信息，得出結(jié)論、表達(dá)交流，總結(jié)反思、應(yīng)用遷移（見圖1）。思維型科學(xué)探究教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)參與和探究精神，通過實(shí)踐和合作來建構(gòu)對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解?，F(xiàn)代數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)的運(yùn)用豐富了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)和探究過程，使他們能夠進(jìn)行更直觀、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集和分析，深入理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。這種技術(shù)的應(yīng)用提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、數(shù)據(jù)處理能力和科學(xué)探究深度，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)和批判性思維能力。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)在這一過程中扮演著關(guān)鍵角色，為學(xué)生提供直觀、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集和分析，加強(qiáng)學(xué)生在收集數(shù)據(jù)與信息處理環(huán)節(jié)的能力[1]。

（二）“NOBOOK”和“phyphox”技術(shù)的特點(diǎn)

NOBOOK是一種虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，旨在為學(xué)生提供與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相似的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，同時(shí)避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備限制。通過NOBOOK，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，收集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推斷。其生動(dòng)逼真的模擬效果、強(qiáng)大的交互功能和靈活的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為教學(xué)帶來了革命性的變革。在教學(xué)中， NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)展現(xiàn)出巨大的潛力，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助他們自主構(gòu)建知識(shí)，培養(yǎng)問題解決和科學(xué)探究能力，從而推動(dòng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的顯著提升。

“phyphox”是由德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)在2016年推出的一款應(yīng)用軟件，可供安卓和iOS設(shè)備下載，是一款功能強(qiáng)大的物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)用程序，旨在將智能手機(jī)或平板電腦轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)實(shí)驗(yàn)室。phyphox技術(shù)在收集證據(jù)與信息處理方面具有多重優(yōu)勢(shì)，有助于加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)和探究過程，提升他們的科學(xué)素養(yǎng)和數(shù)據(jù)處理能力。通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和多樣化傳感器支持，phyphox使學(xué)生能夠直觀觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同時(shí)提供豐富的數(shù)據(jù)可視化工具和數(shù)據(jù)分析功能，幫助學(xué)生更深入地理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此外， phyphox還支持實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)記錄和結(jié)果分享，促進(jìn)學(xué)生合作學(xué)習(xí)和交流，從而培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和科學(xué)思維。綜合而言，phyphox技術(shù)為學(xué)生提供了直觀、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集和分析工具，加強(qiáng)了對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理解，提高了實(shí)驗(yàn)的可靠性和準(zhǔn)確性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和數(shù)據(jù)處理能力。

（三）三者結(jié)合的意義與潛力

將NOBOOK、phyphox與思維型科學(xué)探究教學(xué)理論三者結(jié)合，對(duì)教育教學(xué)工作具有重要意義和巨大潛力。

（1）提升學(xué)習(xí)興趣與參與度

NOBOOK以其虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)造沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，使得抽象的科學(xué)概念變得形象生動(dòng)。phyphox則通過移動(dòng)設(shè)備將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與分析帶入課堂，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐操作感。二者結(jié)合思維型科學(xué)探究教學(xué)，能極大提升學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣和參與度，使他們更加主動(dòng)地探究科學(xué)知識(shí)。

（2）培養(yǎng)高階思維與科學(xué)素養(yǎng)

思維型科學(xué)探究教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)思考和問題解決能力。在這一過程中，學(xué)生需要運(yùn)用NOBOOOK提供的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行模擬操作，再使用phyphox對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，進(jìn)而深入思考科學(xué)現(xiàn)象背后的原理。這一過程有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新精神和科學(xué)素養(yǎng)。

（3）強(qiáng)化實(shí)踐能力與科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能

通過NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)和phyphox技術(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，學(xué)生可以在實(shí)際操作前對(duì)實(shí)驗(yàn)有一個(gè)全面的了解，從而在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中更加得心應(yīng)手。這種教學(xué)模式強(qiáng)化了學(xué)生的實(shí)踐能力，提升了他們的科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能。

（4）促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)與發(fā)展

每個(gè)學(xué)生都有其獨(dú)特的學(xué)習(xí)需求和興趣點(diǎn)。通過將NOBOOK、phyphox與思維型科學(xué)探究教學(xué)相結(jié)合，教師可以根據(jù)每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)設(shè)計(jì)個(gè)性化的學(xué)習(xí)任務(wù)，滿足學(xué)生的不同需求，促進(jìn)他們的全面發(fā)展。

綜上所述，NOBOOK、phyphox技術(shù)與思維型科學(xué)探究教學(xué)理論的結(jié)合，有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與度，培養(yǎng)他們的高階思維與科學(xué)素養(yǎng)，強(qiáng)化其實(shí)踐能力與科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，并促進(jìn)其個(gè)性化學(xué)習(xí)與發(fā)展。這種創(chuàng)新的教學(xué)模式具有巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景，將為教育教學(xué)工作帶來新的革命。

三、設(shè)計(jì)實(shí)踐案例

以“音調(diào)”一課教學(xué)為例，結(jié)合“NOBOOK”和“phyphox”技術(shù)，運(yùn)用思維型科學(xué)探究教學(xué)理論進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

（一）教學(xué)前期準(zhǔn)備和設(shè)備檢查與安裝

在課程開始前，教師需要預(yù)先調(diào)試好NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；在確保每位學(xué)生都能使用移動(dòng)終端設(shè)備的前提下，在移動(dòng)終端上安裝好phyphox應(yīng)用程序。這一步驟至關(guān)重要，因?yàn)閜hyphox技術(shù)將在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集和分析等環(huán)節(jié)發(fā)揮關(guān)鍵作用。同時(shí)，教師需要檢查設(shè)備的電量、網(wǎng)絡(luò)連接和軟件版本，確保設(shè)備的正常運(yùn)行和軟件的可用性。最后，教師還需要為學(xué)生提供必要的技術(shù)培訓(xùn)，使他們能夠熟練掌握phyphox軟件的基本操作和功能。

（二）教學(xué)設(shè)計(jì)

“音調(diào)”課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括音調(diào)的概念、影響音調(diào)的因素以及音調(diào)與頻率的關(guān)系等。教師需要詳細(xì)梳理這些內(nèi)容，明確教學(xué)目標(biāo)和重難點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，教師可設(shè)計(jì)基于思維型科學(xué)探究的教學(xué)活動(dòng)，通過提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果和得出結(jié)論、反思評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究音調(diào)的相關(guān)知識(shí)?！耙粽{(diào)”教學(xué)設(shè)計(jì)見圖2。

（1）情境導(dǎo)入與問題提出

學(xué)生觀看《我和我的祖國(guó)》視頻片段，教師引導(dǎo)學(xué)生感受音樂的高低差異，即音調(diào)的不同。結(jié)合視頻內(nèi)容，教師提出問題：“音調(diào)的高低與什么因素有關(guān)？”

設(shè)計(jì)意圖：通過觀看音樂視頻片段，引發(fā)學(xué)生對(duì)音調(diào)形成原因的好奇心。提出問題激發(fā)學(xué)生探究欲望，通過實(shí)驗(yàn)和討論深入理解音調(diào)與振動(dòng)頻率的關(guān)系，培養(yǎng)科學(xué)探究能力和興趣。通過小組合作、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和總結(jié)分享，促進(jìn)學(xué)生對(duì)音調(diào)變化原理的深入理解。

（2）做出假設(shè)并制訂計(jì)劃

教師利用NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)軟件細(xì)致演示了鋼尺振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)過程，軟件展示實(shí)時(shí)捕捉并將振動(dòng)產(chǎn)生的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成直觀的波形圖（見圖3）。學(xué)生們緊密注視著屏幕上的波形圖，他們注意到，當(dāng)鋼尺伸出的長(zhǎng)短不同，振動(dòng)的頻率也發(fā)生變化，波形圖的疏密程度也隨之改變。觀察到這一現(xiàn)象后，學(xué)生們開始思考并討論波形圖的這種變化與音調(diào)高低之間的可能聯(lián)系。他們初步假設(shè)，音調(diào)的高低可能與振動(dòng)的快慢有關(guān)。

為了驗(yàn)證這一假設(shè)，學(xué)生們制訂了初步的探究計(jì)劃。他們打算通過進(jìn)一步觀察振動(dòng)頻率和波形圖的變化情況，記錄下每個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的音調(diào)高低感受，以便后續(xù)分析比較。學(xué)生們還計(jì)劃利用其他物體進(jìn)行實(shí)際振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。他們希望通過這一系列探究活動(dòng)，能夠更深入地理解音調(diào)與振動(dòng)快慢之間的關(guān)系。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)教師通過NOBOOK軟件模擬“鋼尺振動(dòng)”實(shí)驗(yàn)，將聲音信號(hào)可視化，幫助學(xué)生直觀探究音調(diào)與振動(dòng)的關(guān)系，引導(dǎo)假設(shè)音調(diào)與振動(dòng)快慢有關(guān)，創(chuàng)設(shè)出引起學(xué)生認(rèn)知沖突的教學(xué)情境。進(jìn)而指導(dǎo)學(xué)生制訂觀察波形圖變化的探究計(jì)劃，開展自主驗(yàn)證假設(shè)，深化對(duì)音調(diào)與振動(dòng)關(guān)系的理解，培養(yǎng)科學(xué)探究能力。

（3）搜集證據(jù)與信息處理

教師首先向?qū)W生介紹了頻率的概念、符號(hào)和單位，并深入講解了聲波的相關(guān)知識(shí)，為學(xué)生后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作奠定了理論基礎(chǔ)。接著，教師引入了先進(jìn)的phyphox技術(shù)，并通過鋼尺刮梳子實(shí)驗(yàn)展示了該技術(shù)的應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生用不同速度刮過梳子齒，親身體驗(yàn)了音調(diào)的變化，并利用phyphox技術(shù)記錄了聲音信號(hào)和波形圖的變化（見圖4）。通過對(duì)波形圖分析，學(xué)生發(fā)現(xiàn)音調(diào)與頻率之間的直接關(guān)系：波形越密集，頻率越高，音調(diào)也越高；反之亦然[2]。

有了這一發(fā)現(xiàn)作為支撐，教師進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用phyphox技術(shù)開展弦音器的探究活動(dòng)。學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)單的要求，在弦音器上調(diào)整弦的長(zhǎng)度、粗細(xì)和松緊度，并利用移動(dòng)終端內(nèi)的phyphox軟件技術(shù)記錄不同結(jié)構(gòu)弦振動(dòng)產(chǎn)生的聲音信號(hào)和波形圖（見圖5）。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生認(rèn)真觀察、記錄數(shù)據(jù)，并通過分析比較得出不同結(jié)構(gòu)弦振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生不同音調(diào)的結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖：本教學(xué)活動(dòng)旨在融合理論與實(shí)踐，借助“phyphox”技術(shù)為學(xué)生提供創(chuàng)新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過直觀的實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析，引導(dǎo)學(xué)生深入探究音調(diào)與頻率的內(nèi)在聯(lián)系，從而深化對(duì)聲波知識(shí)的理解。在此過程中，教師特別設(shè)計(jì)了“教技術(shù)—用技術(shù)”環(huán)節(jié)，以確保學(xué)生能夠熟練掌握并運(yùn)用“Phyphox”技術(shù)，進(jìn)而提升其科學(xué)探究和實(shí)驗(yàn)操作能力。

（4）得出結(jié)論與表達(dá)交流

在實(shí)驗(yàn)完成后，教師指導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)對(duì)比學(xué)習(xí)單上的數(shù)據(jù)，引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)發(fā)聲體結(jié)構(gòu)（如長(zhǎng)度、粗細(xì)、松緊度）與振動(dòng)頻率及音調(diào)之間的具體關(guān)系（見圖6）。學(xué)生分小組進(jìn)行深入討論，每組內(nèi)部成員相互分享觀察結(jié)果，共同總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律。隨后，每組選派一名代表上臺(tái)，向全班詳細(xì)匯報(bào)他們的發(fā)現(xiàn)，使用圖表和實(shí)例來輔助說明，使結(jié)論更加直觀清晰。在匯報(bào)過程中，教師鼓勵(lì)其他學(xué)生提問和發(fā)表不同觀點(diǎn)，促進(jìn)全班互動(dòng)討論。

設(shè)計(jì)意圖：通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、小組討論與全班分享，學(xué)生不僅能夠深入理解發(fā)聲體結(jié)構(gòu)與音調(diào)之間的內(nèi)在聯(lián)系，還能鍛煉他們的實(shí)驗(yàn)分析能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及科學(xué)表達(dá)能力。

（5）反思評(píng)價(jià)與知識(shí)遷移

教師積極引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的音調(diào)、振動(dòng)和頻率關(guān)系知識(shí)應(yīng)用于解釋生活中的實(shí)際現(xiàn)象，如通過彈擊聲音判斷西瓜的生熟、醫(yī)生運(yùn)用叩診術(shù)檢查身體內(nèi)部情況等。在學(xué)生通過課堂練習(xí)和熱烈的討論鞏固了對(duì)這些物理概念的理解后，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)過程和結(jié)果進(jìn)行反思，評(píng)價(jià)自己的學(xué)習(xí)成效，激發(fā)他們進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探索的動(dòng)力。

設(shè)計(jì)意圖：本設(shè)計(jì)旨在通過引導(dǎo)學(xué)生將音調(diào)、振動(dòng)和頻率的知識(shí)應(yīng)用于解釋生活中的現(xiàn)象，加深學(xué)生對(duì)物理概念的理解，并培養(yǎng)他們將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際情境中的能力，從而提升學(xué)生的綜合科學(xué)素養(yǎng)。

（三）實(shí)踐效果評(píng)估

通過課后分析可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容呈現(xiàn)方面獲得了顯著提升。通過與軟件交互，他們可以直觀地觀察物理現(xiàn)象，模擬各種實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，并通過調(diào)整參數(shù)來觀察結(jié)果的變化。這種自主學(xué)習(xí)與探索的方式極大地增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，他們可以根據(jù)自己的興趣和探索欲望進(jìn)行學(xué)習(xí)，而不再受限于傳統(tǒng)的教學(xué)方法。

通過對(duì)學(xué)生問卷分析也可以發(fā)現(xiàn)， NOBOOK和phyphox技術(shù)的應(yīng)用顯著提升了學(xué)生的物理學(xué)習(xí)信心。通過實(shí)際操作軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生更加深刻地理解了物理概念，并且能夠在虛擬環(huán)境和真實(shí)情境中嘗試不同的方法和策略，從而提高了他們對(duì)物理學(xué)習(xí)的信心。這種新的學(xué)習(xí)方式也激發(fā)了學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣。與傳統(tǒng)的教學(xué)相比，應(yīng)用軟件開展思維型科學(xué)探究活動(dòng)使課堂呈現(xiàn)了更加生動(dòng)和有趣的學(xué)習(xí)內(nèi)容，吸引了學(xué)生的注意力，并激發(fā)了他們對(duì)物理學(xué)的興趣和好奇心。

同時(shí)，在課堂上顯著提升了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容呈現(xiàn)、自主學(xué)習(xí)與探索、物理課堂體驗(yàn)、物理學(xué)習(xí)信心、物理概念理解以及物理學(xué)習(xí)興趣等多個(gè)方面。而且我們還發(fā)現(xiàn)，70%以上的學(xué)生對(duì)在課堂上利用phyphox技術(shù)支持下的移動(dòng)終端傳感器進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出濃厚的興趣。這種做法不僅能夠顯著提升他們的參與的積極性，還能夠在一定程度上提高實(shí)驗(yàn)的精確度。80%以上的學(xué)生希望未來的物理課上能夠增加更多這樣的實(shí)驗(yàn)。他們認(rèn)為利用傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)包括增加學(xué)習(xí)的趣味性、提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性、方便課后復(fù)習(xí)、拓寬學(xué)習(xí)渠道等等。此外，大多數(shù)學(xué)生也表示愿意在課后重復(fù)課堂上的實(shí)驗(yàn)，并有將近六成的學(xué)生愿意用簡(jiǎn)單的器材去探索新的實(shí)驗(yàn)和身邊的物理現(xiàn)象。

然而，傳感器在物理教學(xué)中的應(yīng)用受到一些因素的影響。最主要的因素是學(xué)生缺乏智能移動(dòng)終端，因?yàn)橐恍┘议L(zhǎng)和學(xué)校不支持學(xué)生在校內(nèi)使用相關(guān)設(shè)備，這使得學(xué)生無法隨時(shí)利用這些設(shè)備。此外，還有一些其他影響因素，如個(gè)人自制力不足、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不足、相關(guān)應(yīng)用軟件的開發(fā)不足以及學(xué)生習(xí)慣于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)等。

四、結(jié)論與展望

本研究以初中物理“音調(diào)”一課為例，深入探討了融合“NOBOOK”與“phyphox”技術(shù)的思維型科學(xué)探究教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施。通過教學(xué)實(shí)踐，驗(yàn)證了該教學(xué)模式在提升學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒏唠A思維以及問題解決能力方面的有效性。研究結(jié)果表明，結(jié)合“NOBOOK”虛擬實(shí)驗(yàn)軟件和“phyphox”實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集技術(shù)，能夠?yàn)閷W(xué)生提供一個(gè)直觀、互動(dòng)的科學(xué)探究環(huán)境。學(xué)生在這樣的學(xué)習(xí)環(huán)境中，不僅能夠深入理解音調(diào)變化原理，還能通過實(shí)際操作和數(shù)據(jù)分析，鍛煉自己的實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)探究能力。同時(shí)，該教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性和主動(dòng)性，鼓勵(lì)學(xué)生在探究過程中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并解決問題，從而培養(yǎng)了學(xué)生的高階思維和問題解決能力。

然而，本研究仍存在一些局限性。首先，實(shí)驗(yàn)樣本規(guī)模相對(duì)較小，可能無法全面反映不同學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求。未來研究可以進(jìn)一步擴(kuò)大樣本規(guī)模，以提高研究的普遍性和適用性。其次，本研究主要關(guān)注了學(xué)生在科學(xué)探究能力和高階思維方面的提升，未涉及其他可能影響學(xué)習(xí)效果的因素，如學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)態(tài)度等。未來研究可以綜合考慮這些因素，以更全面地評(píng)估教學(xué)效果。

展望未來，隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，數(shù)字化教學(xué)工具將在課堂教學(xué)中發(fā)揮越來越重要的作用。因此，教育工作者需要不斷更新教育觀念和教學(xué)方法，積極探索將先進(jìn)技術(shù)融入課堂教學(xué)的有效途徑。同時(shí)，也需要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和發(fā)展特點(diǎn)，為學(xué)生提供更加個(gè)性化、多樣化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過不斷的實(shí)踐和探索，相信我們能夠更好地利用數(shù)字化教學(xué)工具，培養(yǎng)出更多具備科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神的人才。

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