讓智能手機為課堂助力
——嘗試兩款手機軟件在教學中的使用

楊 鵬

(江蘇省太湖高級中學 江蘇 無錫 214125)

智能手機(Smartphone)，是指“像個人電腦一樣，具有獨立的操作系統，可由用戶自行安裝軟件、游戲等第三方服務商提供的程序，并可通過移動通訊網絡實現無線網絡接入的一類手機的總稱”.

智能手機發展到如今，在硬件配置上堪稱強悍，多核CPU完全可以流暢處理多種程序和任務；內置有多種傳感器，包括重力傳感器、聲音傳感器、慣性傳感器(陀螺儀)、氣壓計等，配合眾多應用軟件，為生活和工作帶來許多便利；搭配具有自動調焦或高速連拍的照相機,甚至有些搭配有NFC(近距離通訊)功能等，簡直就是一個便攜的多功能物理移動數字實驗室.

物理是一門以觀察和實驗為基礎的學科，也是普遍反映難學、難教、學生頭痛的學科.在中學階段，由于所學知識所限，不少實驗還是以觀察和分析實驗現象為主要目的.如果在實驗中，能夠根據實際情況引入多種實驗手段和直觀演示方式，就會增加物理課堂的新鮮感，對于激發學生學習物理的興趣，提高觀察事物的能力，發展其思維能力等諸方面都有一定的好處.

因為目前智能手機在筆者所在地區日常生活中普及率非常高，學生都比較熟悉手機的功能和使用方法，對智能手機的興趣和喜愛非常濃郁，所以，筆者就萌發了在實驗教學課堂上適當引入智能手機作為助手的想法，一方面為自己的教學提供幫助，另一方面將學生對智能手機的喜愛轉換成對學習感興趣，從而提高課堂的效率.

筆者以某品牌智能手機為例，做了一些實際嘗試.手機為安卓系統，安裝兩款評價比較高的傳感器軟件,即安卓手機傳感器綜合分析工具和Tricorder 2.

1 安卓手機傳感器綜合分析工具軟件

圖1 手機傳感器界面

安卓手機傳感器綜合分析工具軟件界面，如圖1所示.

界面比較簡潔，具體有方向、聲音、磁場感應器和加速度傳感器等(打叉的表示手機不支持)，如圖2(a)～(d)所示.

(a) 方向傳感器 (b) 聲音傳感器

(c) 磁力傳感器 (d) 加速度傳感器

2 Tricorder 軟件界面

Tricorder 軟件界面如圖3所示.

(a) 主界面及重力界面 (b) 磁場界面

(c) 聲音(ACO)界面 (d) 位置界面

圖3

3 個人的一些實際嘗試

由于兩款軟件各有特點，而且功能上有相通之處，所以,筆者在教學中根據實際情況和軟件的特點任意選擇.

3.1 方向傳感器

在物理實驗中，有些實驗要求在水平面上進行，可以利用手機的方向傳感器進行檢驗.

案例1：在“探究加速度、力和質量的關系”實驗中，由于用到了氣墊導軌，不需要平衡摩擦力，需要將氣墊導軌調整為水平，可以點擊手機傳感器的方向傳感器，觀察畫面中氣泡位置判斷導軌平面是否水平，如圖4所示.

圖4 放在氣墊導軌上的手機，“手機傳感器”中水平氣泡影像

案例2：在“研究平拋運動”實驗中，要求平拋運動演示儀的斜槽末端必須調整為水平，將手機如圖5所示放置，“手機傳感器”中水平氣泡影像居中.或者如圖6所示,“Tricorder 2”中上面兩紅色箭頭對準，下面AZ讀數90度.

圖5 研究平拋運動實驗用手機傳感器調平

圖6 利用Tricorder 2調平

3.2 重力(加速度)傳感器

案例3：在講述“力的分解”一節內容時，書上提到了橋的引橋做得很長的原因，可以利用手機做一個簡單演示進行講解.將手機和小車一起放置在傾斜木板上，由靜止釋放，如圖7(a)所示，利用“手機傳感器”，得到圖7(b)的圖像，導軌與水平面夾角越大，對應的藍線(中間一條)偏離紅線越遠，說明加速度越大.

(a) 手機和小車電靜止釋放

(b) 利用手機傳感器得到圖像

案例4：簡單演示超重、失重以及完全失重.

圖8 “手機傳感器”中研究超重失重

圖9 “Tricorder”中研究完全失重

圖8中有明顯起伏的綠線表示豎直方向加速度變化情況.由圖8可看出，保證手機相對人上身靜止時，稍慢下蹲起立(左邊)和迅速下蹲起立(右邊)兩種情況下加速度的對比情況.圖9是讓手機在墊子上面做自由落體得到的圖像.

案例5：在課本中，向心加速度表達式an=ω2r是通過理論推導出來的，可以借助手機和水平轉盤簡單演示，加深印象.

圖10中有明顯起伏波動的紅線表示x方向加速度變化，轉動半徑一定，轉動越快，其波動越明顯.

圖10 “Tricorder”中研究向心加速度表達式

3.3 聲音傳感器

在學習波的干涉現象中，敲擊音叉，轉動音叉會聽到或高或低的聲音，也可以用Tricorder進行研究，點擊ACO，敲擊音叉，轉動音叉，可以觀察到手機聲音傳感器讀數(dB值)大小變化,如圖11所示.

圖11 “Tricorder”中研究波的干涉現象

3.4 磁感應強度傳感器

案例6：研究磁場強弱的分布情況.

條形磁鐵或者通電螺旋管周圍磁場的強弱分布情況，可以用“手機傳感器”的磁場傳感器界面形象地表示出來.以條形磁鐵為例，先測定環境背景磁感應強度，如圖12所示，再進行研究，如圖13表示.

圖13 磁鐵各部分磁感應強度大小

可以明顯看到條形磁鐵磁場強弱分布情況為中間磁性弱，兩極磁性強.

案例7：研究磁場方向的情況.

以一個磁性很強的磁針為例，其中紅色為北極，藍色為南極，手機的指南針圖案如圖14所示.保持磁針靜止，看手機指南針的變化情況，如圖15所示.

圖14 “ Tricorder”位置界面的指南針

圖15 保持磁針靜止，手機指南針變化情況

當然，對于兩個條形磁鐵疊在一起的情況也可以進行研究,如圖16所示.

圖16 “手機傳感器”研究兩條重疊的條形磁鐵

可見，相比單根條形磁鐵，無論是中間還是兩極，磁場減弱了很多.

案例8：研究磁場特別是通電導線周圍磁場的方向.

利用“Tricorder”的“位置”界面的指南針影像研究通電導線周圍的磁場方向(注意，這里有些手機需要打開GPS功能).圖17(a)為通電情況，電流表滿偏，(b)為未通電時的情況.

圖17 研究通電導線周圍的磁場的方向

3.5 GPS以及慣性傳感器(陀螺儀)

圖18 “Tricorder”中位置界面(打開GPS)

現在智能手機一個重要作用就是可以作為GPS導航使用.先打開手機的GPS，打開“Tricorder ”，點擊位置，即可出現如圖18所示界面.

可以看到這款軟件能夠顯示手機所在位置經度(E)和緯度(N)以及手機運動速度(Spd)，這樣,可以研究長距離或較長時間內手機的運動情況，如將手機放在某運動物體上，每隔一定時間記錄該物體的速度和位置，描繪其速度圖像、路程圖像等.

地理知識告訴我們，如果知道地球上同高度兩點經緯坐標值可以估算地球的半徑，因此,可以利用該軟件估算地球半徑，有興趣的朋友不妨一試.

以上僅僅是筆者在教學過程中,利用智能手機傳感器豐富課堂的幾個例子，但在教學中使用時需要注意幾點：

(1)不要為了用手機而勉強用手機，能否用需要看具體場合，不是什么實驗都能用.

(2)筆者個人只把手機用在定性觀察現象的實驗中，不能讓其代替物理器材做精密測量，因為手機本身制造初衷不是物理實驗儀器，所以，對其測量精確度做保留.

(3)實驗前要做周密準備，例如，手機充好電，關閉鬧鐘，打開飛行模式，備好實物展臺，最重要的是利用手機廠家的軟件對傳感器做適當校準.

(4)除了實物展臺現場展示之外，利用軟件，如“BUMP”或者NFC，可以將手機中的文件(如拍攝的圖片、視頻等)向筆記本電腦進行迅速傳遞，這樣，可以把手機中的影像資料迅速傳到筆記本電腦進而放大到投影屏幕上，使得效果更加明顯.

當下，很多學校把學生攜帶手機當成是洪水猛獸，如果轉換一下思路，讓手機為教育助力，不僅能使得課堂更生動、更有活力，而且能讓他們從刷微博、掛扣扣等“低玩”階段中走出來，逐步走向利用手機智能功能促進學習和豐富實驗方法的“高玩”階段.

參考文獻

1 2013年4月 中國Android智能手機市場分析.中國項目資源網，2013(4)

2 梁振華.基于手機的物理實驗開發和應用.物理教學探討，2012(10):30

3 蔣大成.生活中的趣味物理實驗探究.物理教學探討，2011(12):27