高中物理校本實(shí)驗(yàn)課玩轉(zhuǎn)手機(jī)APP

陳銀芝 彭明河

摘? ?要：闡述手機(jī)APP—4physics應(yīng)用于校本物理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā);初探加速度、初探能量關(guān)系的教學(xué)實(shí)踐;總結(jié)反思開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：校本實(shí)驗(yàn);手機(jī)APP;物理模型建構(gòu)

1? 研究背景

無(wú)論是從前，還是現(xiàn)在，甚至未來(lái)，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)始終貫穿于整個(gè)高中教學(xué)過(guò)程中[ 1 ]，新高考背景下，更加注重物理實(shí)驗(yàn)情境構(gòu)建，強(qiáng)調(diào)探究方式學(xué)習(xí)，逐步養(yǎng)成適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的物理思維方法。但是，在過(guò)去的教學(xué)中，由于觀念的束縛，條件的限制，舊課程體制等因素的制約，嚴(yán)重影響了新課改實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展。

2019年11月教育部印發(fā)實(shí)施的《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見(jiàn)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《意見(jiàn)》）中明確指出“促進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與現(xiàn)代新興科技有機(jī)融合，切實(shí)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的趣味性和吸引力，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效果。”對(duì)于因受時(shí)空限制而在現(xiàn)實(shí)世界中無(wú)法觀察和控制的事物和現(xiàn)象、變化太快或太慢的過(guò)程，以及有危險(xiǎn)性、破壞性和對(duì)環(huán)境有危害的實(shí)驗(yàn)，《意見(jiàn)》明確表示，“可用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段呈現(xiàn)”[ 2 ]。這無(wú)疑是促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一大舉措，對(duì)于開(kāi)發(fā)可視化創(chuàng)新性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)打了一劑強(qiáng)心針，有著里程碑的意義。以“高中物理校本課程實(shí)驗(yàn)”為查找主題，在中國(guó)知網(wǎng)檢索，從2007年至今，知網(wǎng)上一直都有一些高中物理校本課程的研究，但是對(duì)于高中物理校本課程實(shí)驗(yàn)的研究與實(shí)踐，只有5篇，物理校本課程與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的只有3篇，運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)（編程，創(chuàng)客，人工智能5G，手機(jī)APP等）開(kāi)發(fā)地方課程和校本課程還是處于起步階段。

筆者對(duì)所在的市級(jí)兩所學(xué)校開(kāi)設(shè)的校本選修課程中，就手機(jī)APP怎樣與高中物理校本課程有機(jī)融合，如何培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于物理知識(shí)的情境構(gòu)建思維等問(wèn)題，做了初步的開(kāi)發(fā)與探索。

2? 研究意義

《意見(jiàn)》的公布，對(duì)于改革物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式，借助科技力量促進(jìn)教學(xué)模式的創(chuàng)新都提出了明確的要求。開(kāi)展實(shí)地創(chuàng)造情境的實(shí)驗(yàn)教學(xué)已是社會(huì)發(fā)展之需，也是我國(guó)課改的重要發(fā)展部分。換句話(huà)說(shuō)，“填鴨式”教學(xué)方式已不適應(yīng)現(xiàn)在發(fā)展的社會(huì)環(huán)境，教師應(yīng)勇于打破原有的傳統(tǒng)教學(xué)模式，改變?cè)械目陬^創(chuàng)造情境，創(chuàng)造、創(chuàng)新學(xué)生實(shí)驗(yàn)情境體驗(yàn)，提升學(xué)生的觀察感悟能力，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣，讓學(xué)生深化物理學(xué)科思維的培養(yǎng)。

新高考背景下，借力物理校本課程模式的開(kāi)發(fā)，不斷實(shí)踐，不斷創(chuàng)新，從眼前來(lái)講，能提高學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)，有利于給予學(xué)生一定的自主探究權(quán)利，有助于培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，還有助于提高物理教師的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平，革新物理教師教學(xué)應(yīng)用手段，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，對(duì)于我國(guó)一直涉足科技教育領(lǐng)域的線(xiàn)上教育平臺(tái)等企業(yè)來(lái)說(shuō)，都是利好消息，從而影響我國(guó)科技教育領(lǐng)域的新行業(yè)格局。

3? 4physics APP應(yīng)用于物理校本課程的開(kāi)發(fā)與實(shí)踐

筆者于2019-2020學(xué)年在所在市級(jí)兩所中學(xué)分別開(kāi)設(shè)了“在手機(jī)APP中玩轉(zhuǎn)物理實(shí)驗(yàn)”的校本選修課程，本文通過(guò)其中一個(gè)APP——4physics（如圖1）應(yīng)用于校本物理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)，教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)反思，初步探索了學(xué)生在高中物理校本選修課堂上如何提升自我自主探究能力，如何培養(yǎng)自我構(gòu)建物理情境思維的過(guò)程，還探索了教師如何提升自我新技術(shù)手段的教學(xué)應(yīng)用。

本課程著重通過(guò)手機(jī)APP向?qū)W生展示高中物理課堂中難以建構(gòu)的物理情境實(shí)驗(yàn)，輔助觀察理解生活中的物理問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科思維。讓學(xué)生在校本課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)會(huì)觀察生活物理問(wèn)題，試著分析物理問(wèn)題，把抽象問(wèn)題簡(jiǎn)單化，并學(xué)會(huì)建立分析數(shù)據(jù)，從而把學(xué)得的方法，去解決其他同樣類(lèi)型的問(wèn)題。

3.1? 初探加速度

加速度是描述速度變化快慢的物理量，加速度這部分內(nèi)容對(duì)于整個(gè)高中物理學(xué)習(xí)過(guò)程起著承上啟下的作用，是連接著“運(yùn)動(dòng)學(xué)”和“動(dòng)力學(xué)”的重要組成部分。但是，這部分內(nèi)容卻相對(duì)比較抽象，課堂上比較難讓學(xué)生直觀的感受到物理運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，不利于教師給學(xué)生建構(gòu)接下去的物理知識(shí)。

在同期開(kāi)展的物理校本選修課程中，利用手機(jī)APP——4physics中的acceterometer（加速度計(jì)），學(xué)生只需在課堂上將手機(jī)放在移動(dòng)的物體上，按下開(kāi)始鍵，以每秒數(shù)十次的采樣頻率，可采集x，y，z三個(gè)軸的加速度數(shù)據(jù)，并生成圖標(biāo)以供分析，就可以直觀地記錄物體的加速度（如圖2）。 這樣的手機(jī)APP還有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，學(xué)生可以在課堂外觀察任何關(guān)于加速度的問(wèn)題，比如回家坐電梯，就可以觀察電梯上下的加速度變化（如圖3）

3.2? 初探能量關(guān)系

依托現(xiàn)實(shí)生活中的例子，初探能量關(guān)系，建構(gòu)物理模型，對(duì)于新入學(xué)的高一學(xué)生具有重要的意義。比如，學(xué)生觀察到平常打籃球時(shí)，每次反彈的高度總是低于前一次，直到最后停止，引導(dǎo)學(xué)生思考動(dòng)能，重力勢(shì)能和機(jī)械能的關(guān)系。

在物理實(shí)驗(yàn)室的墻壁上用紙建立一個(gè)豎直方向上的坐標(biāo)軸，讓一位同學(xué)站在坐標(biāo)軸旁邊，將球盡可能舉高，測(cè)量者使用4physics里的物理相機(jī)工具記錄球的運(yùn)動(dòng)，從球離開(kāi)同學(xué)的手那一刻直到它到達(dá)地面，當(dāng)球彈起三次后，測(cè)量員停止記錄，確認(rèn)第一次反彈發(fā)生的時(shí)間，在反彈后找出點(diǎn)的時(shí)間值。現(xiàn)在，在數(shù)據(jù)表中找到這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，并為接下來(lái)的幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)編寫(xiě)以下信息：時(shí)間、位置和您選擇分析的軸上的速度，指明您選擇的軸線(xiàn)。使用與上面相同的過(guò)程，確定第二次反彈的時(shí)間，然后將此反彈的數(shù)據(jù)寫(xiě)入表中，計(jì)算第一次反彈的動(dòng)能、重力勢(shì)能和機(jī)械能。畫(huà)出動(dòng)能和勢(shì)能對(duì)時(shí)間的曲線(xiàn)圖，然后，畫(huà)出機(jī)械能對(duì)時(shí)間的曲線(xiàn)圖，重復(fù)第二次反彈的過(guò)程，比較兩次反彈，不同類(lèi)型的能量值如何？指出相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生探究動(dòng)能，重力勢(shì)能與機(jī)械能的關(guān)系，并說(shuō)說(shuō)機(jī)械能有怎樣的變化。（如圖4）

4? 校本開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的問(wèn)題

筆者在市級(jí)兩所中學(xué)同時(shí)開(kāi)展校本實(shí)驗(yàn)課前對(duì)于新入學(xué)的高一學(xué)生做過(guò)調(diào)查報(bào)告，94.3%的學(xué)生表示喜歡做一些貼近生活的小實(shí)驗(yàn)，82.1%的學(xué)生表示對(duì)手機(jī)APP研究物理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生好奇。但在此課程實(shí)施過(guò)程中遇到一些硬件上的問(wèn)題，比如每次開(kāi)校本課程需要叫學(xué)生帶上自己的手機(jī)，而且像“物理實(shí)驗(yàn)課”“phyphox””P(pán)hET”等實(shí)驗(yàn)APP安卓手機(jī)可下載，但4physics只能是蘋(píng)果手機(jī)下載，而且是英文版，對(duì)于學(xué)生的硬件有一定要求，而且若沒(méi)有教師引導(dǎo)，對(duì)于學(xué)生的語(yǔ)言能力也有一定的要求。

5? 總結(jié)

在新高考改革背景下，對(duì)于學(xué)生基于生活的物理實(shí)驗(yàn)情境建構(gòu)模型要求越來(lái)越突出，對(duì)于教師基于信息技術(shù)融合開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求也越來(lái)越顯著。無(wú)論從哪方面來(lái)談，隨著未來(lái)5G技術(shù)的發(fā)展，線(xiàn)上線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)融合，課內(nèi)課外實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生開(kāi)拓適應(yīng)時(shí)代潮流的物理思維顯得越發(fā)重要。

參考文獻(xiàn)：

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