智能手機助推科學實踐學習方式創(chuàng)新

【摘 要】目前數(shù)字技術在校內(nèi)課堂教學和學校管理中廣泛發(fā)揮著作用，然而智能手機應用于學生學習的有意義的探索比較少，很多研究集中在沉迷手機游戲角度探討，目的是讓學生遠離手機。本文從智能手機應用角度，介紹了三大類手機App軟件功能特點，并給教師提出了開展科學實踐學習的建議，對創(chuàng)新開展學科實踐和跨學科實踐活動具有很好的借鑒價值。

【關鍵詞】手機App；科學實踐；學習工具

【中圖分類號】G434 【文獻標志碼】B

【論文編號】1671-7384（2024）09-027-02

如何在課堂教學中有效開展科學實踐，提高學生的科學探究能力及工程與技術實踐能力，是當前我國科學教育理論與實踐亟待解決的新問題[1]。早在2012年，美國科學促進會（AAAS）提出智能手機作為一種實踐學習工具的教學改革試驗，當前在智能手機的普及態(tài)勢下，手機App成為了人們常用的工具軟件，通過手機App技術實現(xiàn)相關的學生管理、課堂管理、課程預約管理、一卡通充值消費等功能，真正達到了智慧校園建設的需求[2]。App Inventor是一款由Google和麻省理工學院開發(fā)的圖形化軟件，學生可以快速實現(xiàn)圖形化編程，將創(chuàng)新構(gòu)思轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的問題解決，可以進行手機App＋智慧教室、手機App＋智能花卉養(yǎng)護系統(tǒng)、智能收納箱、智能家居、智能避障小車及遠程遙控避障小車等[3]。

科學教育要實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，越來越強調(diào)真實的實踐，學生像科學家一樣走進自然、探究自然、解釋和理解自然現(xiàn)象，成為培養(yǎng)科學思維的重要實踐內(nèi)容與形式。2022年義務教育新課標強調(diào)實踐教學，科學實踐教學倡導項目化教學，基于科學實踐開展學習主要有考察、試驗和檢測等形式。過去對數(shù)據(jù)的獲取方法主要以手工為主，近年來各種智能App和小程序與各種感應器結(jié)合的便攜式觀測儀器，廣泛應用于動植物資源與行為研究；智慧農(nóng)業(yè)時代，很多中小學生運用所學模塊化編程技術與各種感應器結(jié)合，研發(fā)植物自動澆水、自動控溫、自動施肥等小制作產(chǎn)品；芯片技術小型化和智能化發(fā)展，使得學生對水、空氣、食品中的化學成分進行定量研究指標檢測集成化。技術的發(fā)展為教師開展科學實踐教學提供了參考。

測量類手機App及小程序

沒有測量就沒有科學，手機App和小程序測量工具的迭代發(fā)展進步，是人們對自然的認知水平進入智慧科學時代的重要標志。現(xiàn)在智能手機輕巧、便攜，功能多樣的App和小程序操作簡單到只需對待測物質(zhì)進行圖片采集或拍攝獲取數(shù)字化信息處理，即可完成檢測樣本數(shù)據(jù)采集，操作者不需要專門培訓就能很快掌握使用方法。很多基于單片機軟件編程的愛好者，利用智能手機中磁力傳感器、方向傳感器、陀螺儀傳感器、光線感應傳感器、重力傳感器、旋轉(zhuǎn)矢量傳感器等硬件，能夠編輯出各種不同功能的小程序，實現(xiàn)對研究對象長度、位置、方向、光強、重力、加速度等的測量。教師可利用學生喜歡動手的特點，借助手機App或小程序和各種傳感器結(jié)合，指導學生學會科學實驗變量指標檢測方法的研發(fā)，創(chuàng)新設計實驗裝置，如利用電腦光強儀軟件，完成相關變量測量的研發(fā)，開展植物與光強關系的自然現(xiàn)象探究。這類基于動手的創(chuàng)客項目與科學實踐考察、試驗的教學，能夠激發(fā)學生開展野外考察的欲望，提高他們的科學思維與動手實踐能力。

智慧農(nóng)業(yè)技術手機App及小程序

在農(nóng)業(yè)作物種植領域，全國各地農(nóng)業(yè)技術推廣部門開發(fā)的手機App集成了檢測土壤成分含量、含水量、溫度等指標檢測功能。這些小程序的研發(fā)是根據(jù)科研機構(gòu)對作物不同生長階段需要營養(yǎng)元素的多年數(shù)據(jù)分析，并建立數(shù)據(jù)模型開發(fā)出來的，依據(jù)精準的配方施肥和生長條件控制的小程序和感應探頭獲取作物生長環(huán)境條件實時數(shù)據(jù)，指導農(nóng)民開展科學種田管理。農(nóng)村學校可積極主動與農(nóng)業(yè)技術推廣部門協(xié)同，引進農(nóng)業(yè)智慧技術，作為學生開展農(nóng)業(yè)勞動和科學試驗的實踐學習資源，組織學生體驗施肥、澆水等農(nóng)業(yè)勞動的同時，要引導學生觀察農(nóng)作物生長健康狀況，運用手機App或小程序?qū)θ~色、大小、莖稈粗細、節(jié)間長短等進行計量觀測，促進學生定性觀測自然的習慣養(yǎng)成；結(jié)合智慧技術平臺給出的技術方案，可嘗試進行單因素栽培技術應用的試驗，探討農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的改進辦法。這類實踐活動可以有效地提高學生對科學解決問題的概念理解，培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新行為能力。

圖像識別手機App及小程序

觀察是科學認知世界最基本的行為，人們?yōu)榱颂岣哂^察能力，發(fā)明了顯微鏡、望遠鏡等工具，也發(fā)明了很多化學觀察方法，每一項觀察工具與方法的發(fā)明，都會推動科學進步的速度。近十年來，伴隨手機數(shù)碼攝影功能的進步，大量植物數(shù)字圖庫的建立，植物識別軟件發(fā)展迅速，大大滿足了植物愛好者的需求。同時手機編輯圖片和運用圖片的視頻編輯小程序也不斷出現(xiàn)，有很多高等學校將其用于植物教學，大大提高了學生主動學習的興趣。有研究表明：花伴侶、形色、識物三個軟件效果較好[4]，這類小程序如果用于中小學科學實踐學習，將會大大提高學生開展植物物種資源考察學習的興趣與學習效率。類似的軟件還有很多，利用手機App識圖軟件，可以識別常見巖石種類，再利用手機App地質(zhì)云軟件，可以查閱描述巖石種類的專業(yè)術語；利用手機App見蟲軟件，可以識別常見昆蟲種類，可以看到昆蟲的外表形態(tài)特征與生活習性等文獻記載信息。教師利用這些軟件，可以指導學生嘗試對校園、公園和社區(qū)的地形地貌和常見昆蟲進行物種識別比賽，實現(xiàn)對軟件的熟練使用，同時也能促進生成式智慧軟件識別能力提升，從而引導學生對身邊生物物種多樣性和種植資源考察以及保護生物現(xiàn)狀研究，為更好地保護環(huán)境提出有益建議。

大地測量手機App及小程序

基于衛(wèi)星導航技術的手機App軟件，能夠提供戶外高分辨率地圖，學生可以自主在地圖上添加圖源符號，地圖上能夠提供多類型測繪標記工具和軌跡記錄信息，記錄信息包括高程、速度、經(jīng)度與緯度坐標。利用手機App今日水印相機軟件，拍攝觀察對象的照片，能自動記錄拍攝照片的時間、地點、經(jīng)緯度、海拔等地理信息。類似的軟件還有導航地圖、手機智能服務等多種軟件，建議教師們利用大地測量手機App或小程序，指導學生結(jié)合外出旅行，開展地理考察學習，如可以指導學生運用此類軟件進行古樹分布地圖繪制，稀有資源分布圖繪制等考察活動。

數(shù)據(jù)處理與辦公軟件學習

所有考察觀測、試驗、觀察、測量等手段活動的數(shù)據(jù)，都需要進行統(tǒng)計匯總，特別是把表格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖表表達能力，這是交流實踐學習的必備能力。目前國產(chǎn)WPS軟件既有文字、數(shù)據(jù)智能分析功能，還提供很多智能工具。教師結(jié)合運用手機App獲得的數(shù)據(jù)和要表達的主題，指導學生根據(jù)數(shù)據(jù)處理意圖，學習軟件使用方法。確定選擇圖的類型，如果是表達結(jié)構(gòu)組成類內(nèi)容，可選擇餅圖制作方法；如果比較大小類內(nèi)容，可選擇柱狀圖制作方法；如果表示動態(tài)變化類內(nèi)容，可選擇依時間變化曲線圖制作方法等。要結(jié)合實踐活動內(nèi)容特點，分析數(shù)據(jù)類型，做到即學即用，學生之間可即學即傳，發(fā)揮交流學習的優(yōu)勢，培養(yǎng)學生互幫互學的習慣，發(fā)揮交流實踐學習的優(yōu)勢。

總之，智能手機的眾多功能融合了傳統(tǒng)單一的自動檢測工具和計算機數(shù)據(jù)平臺，通過智能手機探索與實踐開展科學實踐，是一種不錯的學習方法。伴隨手機App軟件迭代升級，將其與單片機創(chuàng)客動手活動相結(jié)合，將會迎來科學實踐教與學理念和方法的革命。

參考文獻

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