安卓智能手機在中學物理教學中的應用研究

陳桂鵬

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

物理是一門以觀察和實驗為基礎的學科。觀察是研究物理現象的開端和基礎，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象的動力之源，是學好物理知識的基礎。

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。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，在現實生活中物理現象隨處可見。鼓勵學生利用手機把觀察到的與物理有關的現象錄制下來，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，安卓系統已經成為智能手機的主流系統，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數據，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、利用手機上網功能實現資源共享，引導學生收集更多的物理現象等學習資料，加強學生之間的交流合作

目前，網絡的普及，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。

如壓水井，這個在城市中心基本消失的工具，學生已經很難見到了。如果某位學生去過鄉下，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象。

藍牙只能實現點對點傳輸，即一名學生只能給一名學生發送數據，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。學校對優質片源的提供者給予適當的積分獎勵，讓資源共享實現“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象。

三、安裝相關軟件，對現有的教學資源移植，構建虛擬化實驗室

安卓系統具有開放性的特點，受到越來越多編程愛好者的歡迎。目前有大量Office，Flash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，節約了大量的課件轉換時間。

基于安卓系統的虛擬仿真實驗是利用Java語言創建的實驗操作虛擬環境，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，實現與真實實驗一致的效果。它集專業理論知識、虛擬仿真技術、Java編程技術于一身，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造一個激發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，構建虛實結合的物理測量工具箱，方便學生隨時對現象進行觀測

虛擬物理實驗室與真實物理實驗室最大的區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境量的變化，與虛擬儀器相結合，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，大多數單片機內部有測電壓的多通道AD轉換器，利用該轉換通道可以構建電壓表、電流表、歐姆表等，同時也可以測量壓強、溫度等物理量。由于單片機內部AD轉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，采用電學中串聯電路的分壓作用來擴展AD轉換的測量范圍，由于AD轉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轉換測量電壓最大為3 V，根據分壓公式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，采用串聯電路的分壓作用，用兩路AD轉換分別采集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，當手機采集內置傳感器和外擴傳感器的數據后，利用編程技術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、使用權限設置，禁止學生利用手機上網、聊天、玩游戲，解決家長后顧之憂

目前，我校大多數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、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。我們可以通過技術手段來解決學生使用手機玩游戲的弊端，如使用權限控制軟件，給上網、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象。達到和學生、教師相互交流的目的。同時，使用虛擬技術和傳感器檢測技術相結合的方法，充分利用虛擬技術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。通過設計權限軟件限制學生的使用權限，解決家長和教師最擔心的學生上網聊天、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，這將把學生領進數字化的學習時代。