培育學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的核心素養(yǎng)

摘?要：隨著硬件、軟件的快速更新使得手機(jī)在生活中的應(yīng)用更加廣泛和智能化.其中，傳感技術(shù)、攝像技術(shù)更是手機(jī)的一大亮點(diǎn)，iPhone6及華為Mote8搭載了一個特殊的慢動作拍攝功能，能使一些高頻、高速的運(yùn)動物體進(jìn)行慢動作的錄制和播放，運(yùn)用手機(jī)這一功能“抓拍”，再加上KMPlayer視頻處理軟件和Excel擬合功能可以簡易直觀地建立彈簧振子的位移-時間圖象.從而突破了高中物理選修3-4第一章第一節(jié)重點(diǎn)難點(diǎn)知識，使學(xué)生能更好地理解簡諧振動概念，培育學(xué)生運(yùn)用新科學(xué)、新技術(shù)來設(shè)計創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：智能手機(jī); 簡諧振動; 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn);核心素養(yǎng)

文章編號：1008-4134（2019）21-0021?中圖分類號：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：葛永普（1985-），男，貴州畢節(jié)人，本科，中學(xué)一級教師，研究方向：中學(xué)物理學(xué)科教學(xué).

智能手機(jī)搭載了很多特殊功能的傳感器，在物理教學(xué)中如果合理運(yùn)用這些功能來研究物理問題，既可提高測量的精確度，又可以更好地探索物理規(guī)律.筆者以智能手機(jī)慢動作拍攝功能，加上軟鍵幀模式視頻處理和Excel進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，實(shí)驗(yàn)誤差較小，能更好地說明簡諧振動的定義.基于培育學(xué)生核心素養(yǎng)，巧用智能手機(jī)的特殊功能，有助于物理規(guī)律探索與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究.

1?回歸教材，提煉章節(jié)重難點(diǎn)

在新課標(biāo)高中物理選修3-4第一章第一節(jié)，本節(jié)重點(diǎn)、難點(diǎn)是彈簧振子的位移-時間圖象以及規(guī)定“如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動圖象（x-t）是一條正弦曲線，這樣的振動叫簡諧運(yùn)動”.簡諧運(yùn)動是最簡單的、最基本的振動，彈簧振子的運(yùn)動就是簡諧運(yùn)動.教材中的“做一做欄目”運(yùn)用的是數(shù)碼照相機(jī)和計算機(jī)繪制小球運(yùn)動的x-t圖象，如圖1所示.

教材中實(shí)驗(yàn)方法已說明，通過不同幀下的頻閃照片，按照先后順序在PPT中排列，可以得到鋼球在不同時刻的位置，但也未說明或者證明這樣的振動規(guī)律（位置與時刻的關(guān)系）符合什么樣的函數(shù).那么，在后面定義彈簧振子的振動符合正弦函數(shù)變化規(guī)律.具有相應(yīng)的難度，造成學(xué)生對實(shí)驗(yàn)規(guī)律有一定的猜測性，無法完成新課標(biāo)的要求，難以達(dá)到培育學(xué)生核心素養(yǎng)的目的.教材介紹了其他方法來繪制彈簧振子的位移-時間圖象，但是實(shí)驗(yàn)需要先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，技術(shù)性強(qiáng).所以利用手機(jī)的慢動作拍攝功能，通過Excel軟件擬合數(shù)據(jù)，突破教學(xué)難點(diǎn)，達(dá)成實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新之核心素養(yǎng).

2?實(shí)驗(yàn)取材容易，效果明顯

（1）實(shí)驗(yàn)器材：智能手機(jī)、帶磁性刻度尺、KMPlayer軟件、計算機(jī)、Excel軟件.

（2）科學(xué)方法和科學(xué)原理：將抽象的問題具體化，利用先進(jìn)的視頻拍攝功能、視頻處理軟件、Excel數(shù)據(jù)擬合，更準(zhǔn)確地反映位置與時間的關(guān)系.

（3）創(chuàng)新點(diǎn)：①取材容易，將帶有磁性的刻度尺吸附在橫梁上，在構(gòu)成水平方向振動時，可以直接讀取位移數(shù)值;②巧用智能手機(jī)慢動作拍攝功能，將高頻振動低頻化;③巧用KMPlayer截取任意時刻的位置坐標(biāo);④運(yùn)用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合.

自制教具圖如圖2所示.

（4）實(shí)驗(yàn)步驟

①將彈簧振子水平方向拉開一定距離（振幅約2cm長度）自由釋放;

②待振子振動穩(wěn)定后（振幅約1.7cm）時，打開手機(jī)慢動作視頻錄制功能錄制視頻;

③將手機(jī)錄制的慢動作視頻發(fā)送至電腦;

④用KMPlayer視頻播放器播放視頻，并在幀模式設(shè)置截取數(shù)量為30張，時間設(shè)置300ms，如圖3所示;

⑤打開截取的文件夾，將截取圖片的位置讀入已設(shè)置的Excel函數(shù)表格中;

⑥通過數(shù)據(jù)對比圖象，擬合彈簧振子的位移時間圖象為正弦函數(shù)圖象.

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，彈簧振子的位移-時間圖象在誤差允許極小條件下，實(shí)驗(yàn)得到的函數(shù)圖象與標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)圖象完全吻合.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比如圖4所示.由此可以驗(yàn)證運(yùn)動是簡諧運(yùn)動.

3?結(jié)束語

該創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)從初步設(shè)想到制作完成，經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)效果良好.基于核心素養(yǎng)背景之下運(yùn)用智能手機(jī)特殊傳感器功能，培育學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計能力.在此實(shí)驗(yàn)中，需要學(xué)生具備能夠運(yùn)用一定的軟件的基礎(chǔ)知識.如果今后能夠?qū)⒆x數(shù)和Excel擬合數(shù)據(jù)通過位移傳感器直接與電腦連接，時時監(jiān)控數(shù)據(jù)并分析數(shù)據(jù)，同步繪制出對比擬合圖象，將使實(shí)驗(yàn)更加完美.

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理選修3-4[M].北京：人民教育出版社，2010.

[2]馬明雄.“簡諧運(yùn)動的圖象”作法及演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J]. 物理實(shí)驗(yàn)，2008，29（5）：18-19.

[3]徐金波，胡玉林.描述簡諧運(yùn)動軌跡實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方案[J]. 物理教師，2008， 29（9）：30-31.

[4]毛國方.簡諧運(yùn)動實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)[J].物理通報， 2017（2）：100-109.

（收稿日期：2019-06-19）