利用智能手機處理高中物理實驗的探討

萬 軍

(成都市玉林中學 四川 成都 610041)

高中物理課堂實驗教學過程涉及到課堂現場收集數據、現場處理數據、現場得出結論.在現實的教學中發(fā)現，處理數據往往耗時較多，效率不高. 課堂分組實驗中，實驗過程的可控性差，教師兼顧不到全體學生的實驗過程，往往出現熱熱鬧鬧開始、匆匆忙忙收場的局面，導致實驗效益不高.如何構建高效課堂實驗呢？

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》明確提出了教育發(fā)展目標包括，“鼓勵學生利用信息手段主動學習、自主學習、合作學習；培養(yǎng)學生利用信息技術學習的良好習慣，發(fā)展興趣特長，提高學習質量；增強學生在網絡環(huán)境下提出問題、分析問題和解決問題的能力.”[1]如何與時俱進改進教育教學方法，引導學生轉變觀念，開發(fā)利用智能手機的學習輔助功能是當代教師需要思考和亟待解決的問題[2].下面以智能手機為核心，搭建中學物理實驗數字化平臺，充分發(fā)揮教師和學生的主觀能動性，構建出高效課堂實驗.

1 利用智能手機端軟件搭建數字化平臺是高效課堂實驗的技術支撐

現今移動互聯網時代，智能手機基本普及，調查發(fā)現，高中生人人有智能手機，不少學生還有平板電腦.移動設備端有大量的應用程序供人們使用，可以方便快捷地搭建一套低成本中學物理實驗數字化平臺(圖1)，所需手機端應用程序包括WPS Office、QQ、巧影、錄屏大師，如圖2所示.

圖1 中學物理實驗數字化平臺搭建流程圖

圖2 搭建平臺所需的應用程序

1.1 用WPS Office處理實驗數據

智能手機端WPS Office是一款個人版免費軟件，體積小，使用方便.一個應用程序可以處理文字文檔、電子表格、演示文檔、PDF文檔(圖3).還有免費的云空間，可以在不同的設備間同步查看和編輯文檔.在處理物理實驗數據時主要是用到電子表格的圖表功能.

教師應用：教師先用電腦端的WPS Office設計制作好每一個實驗數據處理模板，實驗課前通過QQ群把模板發(fā)給學生，供學生課堂使用.

圖3 WPS軟件界面

學生應用：學生從QQ群文件中下載實驗處理模板，再打開移動端的WPS Office，在實驗的過程中把相應實驗數據填入對應的表格中，相應的圖表就可以自動生成，節(jié)約了數據處理的時間，提高了實驗課的效益.

1.2 用視頻軟件記錄實驗過程中的圖片和視頻

“巧影”是一款專業(yè)的視頻軟件，能直觀記錄物理實驗過程.可以拍照、攝像、視頻音頻的編輯、添加文字、控制播放速度、定格慢放、分享等功能，如圖4所示.

圖4 巧影軟件界面

教師應用：

(1)實驗前拍攝實驗操作的過程，制作相應的微視頻，供學生實驗課前預習.

(2)實驗中用圖片或視頻記錄下學生實驗過程中的典型問題，以便及時給全班學生展示糾正.

(3)課堂上可以用定格的方法來獲取實驗數據.

學生應用：

(1)每組有學生負責拍攝實驗過程.

(2)記錄實驗過程中產生的動態(tài)數據，如物體的運動軌跡.

(3)通過視頻的回放、慢放、定格來獲取相應的數據，如用氣墊導軌驗證動量守恒定律實驗，用定格的方法獲取滑塊某時刻的位置，從而計算出滑塊的速度(圖5).

圖5 用氣墊導軌驗證動量守恒定律實驗視頻截圖

視頻軟件的應用，帶給學生生動、具體、形象的學習體驗，大大激發(fā)了學生的學習主動性.

1.3 用錄屏軟件制作微視頻

“錄屏大師”是一款使用方便的錄屏軟件，可以錄屏、錄聲音，編輯視頻、制作字幕、播放視頻(圖6).

圖6 錄屏大師軟件界面

教師應用：用“錄屏大師”制作微課，內容包括實驗目的、原理、器材、操作步驟、數據處理、誤差分析、注意事項7個環(huán)節(jié),實驗操作過程的視頻,WPS、QQ、視頻軟件(巧影)的操作方法.微課在實驗課前上傳到QQ群，供學生預習.這為構建高效課堂實驗奠定了良好的基礎.

學生不需要用錄屏軟件.

1.4 用QQ進行實驗數據的交流學習

QQ是學生很喜歡用的一款社交軟件.QQ 群是騰訊公司基于 QQ 軟件，推出的多人聊天交流的平臺.調查發(fā)現利用QQ群對學生來說幾乎沒有任何技術上的障礙.

教師應用：

(1)教師作為群主建好群，然后邀請學生實名加入群(圖7).

圖7 建立班級QQ群

(2)上傳實驗數據處理模板供學生下載.

(3)實驗課前上傳實驗操作的微課供學生預習.

(4)查看學生的實驗數據、實驗操作過程視頻.

(5)與學生互動交流，促進學生物理實驗能力持續(xù)提高.

學生應用：

(1)實驗課前下載實驗數據處理模板，下載實驗微課.

(2)實驗過程中，完成實驗數據的測量、分析后上傳數據表格文件.

(3)課后上傳實驗視頻，因為視頻文件比較大，課堂上不需要上傳.

(4)與老師、同學交流實驗的相關問題，得到老師的點評.

利用QQ群形成一個網絡學習共同體(Net-work Learning Community)，成員彼此間通過交流與協作，相互促進，最終實現參與者的知識建構與共同提高[4].利用QQ師生、生生交流互動，很好地實現個性化教學[5].

2 有序的學習流程是高效課堂實驗的基礎

搭建了以智能手機為核心的中學物理數字化平臺，讓實驗數字信息有序流動，還要一個層次分明的實驗學習流程， 如圖8所示，把整個物理實驗學習課分為實驗前、實驗中、實驗后3個階段，每一個階段師生分別要完成的事情很清楚，課堂效益自然就提高了.每一個階段都離不開師生、生生的互動交流過程.最后教師要進一步反思總結，為持續(xù)改進物理實驗課堂教學提供反饋機制.

圖8 實驗學習流程圖

2.1 實驗前準備事項

教師的準備：

(1)設計制作實驗數據處理的模板，這是課堂實驗高效的最核心的基礎.

(2)制作實驗操作步驟和軟件操作方法微課，目的是讓學生課前預習，課堂上可以直接進入實驗操作.

學生的準備：

(1)課前通過微課來預習實驗.

(2)通過微課學習來訓練軟件操作使用方法.

2.2 實驗中的事項

教師工作：

(1)組織有序的課堂實驗.

(2)及時進行個別指導.

(3)對出現的共同的問題實時反饋小結，保證課堂實驗的高效進行.

學生實驗：本環(huán)節(jié)學生是主體，學生要專注高效的實驗，具體包括4個步驟.

(1)組內分工合作，一起完成實驗的組裝、操作、測量、數據的獲取.

(2)把實驗數據填入數據處理模板，分析相應的結果，及時調整實驗.

(3)視頻記錄相應的操作過程和數據處理過程.

(4)組內交流互動，確認實驗結果，上傳實驗數據.

2.3 實驗后的工作

教師工作：

(1)根據學生上傳的視頻和數據，進行分析、點評，與學生互動交流.

(2)全面總結反思實驗的各方面，為以后的實驗提供改進的思路.

(3)整理儲存相應的實驗數字資料.

學生工作：

(1)完成實驗的報告冊.

(2)上傳實驗視頻.

(3)交流分享實驗的體會.

3 設計制作實驗數據處理模板是高效課堂實驗的關鍵

數據量多、計算繁瑣、需要用圖表來研究規(guī)律的實驗，用WPS表格軟件制作成數據處理模板是比較方便的.實驗時，只需在“源數據”表中填入測量數據就行了，對應的圖像自動生成，大大提高課堂實驗的效率.還可以通過圖像反饋來判斷實驗數據是否準確.數據處理表格模板的設計制作流程：教師實驗→“源數據”表設計→規(guī)律圖表設計.

3.1 案例1：探究彈力與彈簧伸長的關系

教師先用教材中的原理[6](圖9)進行實驗，測量出彈簧的原長l0，然后依次增加砝碼數量，測量出彈簧對應的長度li，由公式算出x=li-l0.用“WPS表格”軟件制作出“源數據”表(圖10).

圖9 探究彈力與彈簧伸長的關系原理圖

圖10 用WPS表格作出源數據表

F-x圖的設計：以“源數據”表的數據為基礎制作F-x圖.插入散點圖，添加“線性趨勢線”和“誤差線”，彈力與伸長量關系圖就制作好了( 圖11).

圖11 用WPS軟件制作F-x圖

最后把“源數據”表中l(wèi)0的數據和li列數據清除掉，其他的地方不要改動，實驗中用的數據處理表格就制作完成了.學生實驗時把測得的數據填入“源數據”表格中l(wèi)0列和li列就行了,對應的F-x圖會自動生成.學生通過F-x圖可以及時發(fā)現自己實驗數據的誤差情況，有效避免了實驗課后才發(fā)現數據問題.完成實驗后，學生把處理結果的實驗報告上傳到班級QQ群，以供交流分享.

3.2 案例2：探究a與F和m之間的定量關系

參照課本的原理[6](圖12)，控制變量進行實驗.分別測出a與F的關系、a與M的關系的數據.用“WPS表格”軟件制作出“源數據”表(圖13).

圖12 探究a與F，m關系實驗原理圖

圖源數據表

圖14 a-F關系

圖15 a-M關系

圖關系

需要用圖像來探索規(guī)律的實驗還有：用U-I圖探索小燈泡的伏安特性曲線實驗，因為U-I圖像不是線性的，需要師生一起研究圖像規(guī)律；光學中探索入射角和折射角的關系，可以用i-r圖、sini-sinr圖來進行試探性的研究，直至找到一個線性關系.這種類型的實驗能更好發(fā)展學生的創(chuàng)新思維.

4 熟練使用手機端WPS軟件和巧影軟件是高效課堂實驗的助推器

學生對QQ使用很熟悉，錄屏軟件學生不需要用，所以這兩個軟件不需要教師講解.學生要用WPS軟件進行數據處理和圖表生成，用巧影軟件進行實驗過程的視頻拍攝，而學生對WPS軟件和巧影軟件使用不熟悉，下面介紹這兩種軟件的使用方法，并用錄屏軟件制作成微課供學生課前學習.

4.1 手機端WPS表格軟件的使用方法介紹

學生從QQ群中下載數據處理文件(圖17)→打開WPS Office→從QQ接收到新文件(圖17)→打開數據處理文件(圖18).

圖17 從QQ群中下載數據處理文件界面

圖18 打開數據處理文件

點擊要填的單元格→填入實驗數據(圖19)→填完實驗數據后→點擊“保存”，圖表自動生成→點擊完成→點擊“分享”(圖20)→點擊“發(fā)送給好友”就可以發(fā)到班級的QQ群了.

圖19 填完實驗數據界面

圖20 分享到QQ群

4.2 手機端巧影軟件的使用方法介紹

圖21 巧影使用界面

圖22 調節(jié)播放狀態(tài)

5 結束語

隨著移動互聯網的高速發(fā)展，智能手機使用成本不斷降低，應用軟件日益豐富和完善.從構建高效課堂實驗的目標出發(fā)，把WPS Office的數據處理分析功能、QQ的交流功能、視頻軟件數據采集功能、錄屏軟件的微課制作功能集成在一部手機中，高效低成本地搭建一個中學物理實驗數字化平臺；為了使實驗數字信息有序流動，利用數字化平臺，把物理實驗課分為實驗前、實驗中、實驗后3個階段；教師要不斷探索，充分利用智能手機端各種對物理實驗有用的軟件激發(fā)學生的實驗興趣，提升學生的實驗能力，持續(xù)提高課堂實驗效益，發(fā)展學生的核心素養(yǎng).

參 考 文 獻

1 教技(2012)5號 教育信息化十年規(guī)劃(2011～2020年)

2 張玲.智能手機輔助物理化學實驗教學改革的研究與實踐.高教學刊，2015(18)：234～235

3 顧笑，范元偉.利用錄屏軟件Camtasia Studio制作微課的技巧.軟件導刊，2016(1)：26～28

4 湯華.構建基于QQ 群的網絡學習共同體的實踐研究.軟件導刊·教育技術，2016(10)：44～45

5 張玉婷，費金有.大數據時代下中學物理教學研究.當代教研論叢，2016(10)：63～64

6 管壽滄．普通高中課程標準實驗教科書物理必修1.北京：教育科學出版社，2005.51～52，74～75