智慧教育典型案例：智能手机在物理实验中的创新应用

智能手机在物理实验中的创新应用海宁市第一中学张嘉弘案例导图：一、案例背景：

现在已经进入21世纪将近20年了，信息化技术已经全面渗透到我们日常的生活和学习中了。一方面，无论是教师还是学生都已经习惯于现在的新型的教学模式了，例如利用电脑进行PPT演示、利用实物展台进行实物投影，甚至使用多媒体电子白板教学等，但是随着时间的推移，学校中的这些多媒体设备由于长时间使用而逐渐老化，设备故障增多，维修安装较为复杂，更新又很缓慢，往往在想使用时却掉链子，影响正常教学。另一方面，具谷歌发布的一份调查了46个国家的报告显示，亚洲用户更喜欢使用智能手机上网，而不是电脑。而在浙江，据不完全统计教师这个群体，使用智能手机的比例已经达到95%以上，手机已经成为教师的第二台电脑了。基于以上两方面的原因和背景，那么利用教师手中的智能手机的一些自带设备并结合相关的APP，同时使用无线同屏技术，将进一步发挥现有多媒体教学的优势，为物理实验教学现代化和信息化提供了一种新的手段。二、实践举措

1.利用智能手机的摄像设备，依靠无线同屏技术，解决演示性实验中的观察问题。演示性实验是物理课堂中是最能引起学生注意的环节，但是由于观察的角度、现象持续的时间等一些问题，使得整个演示性实验出现实验现象不清晰、学生观察不完整的情况，因此教师尝试通过智能手机的摄像设备，解决观察问题。⑴解决实验观察的方位和角度问题。现在教室中安装的实物投影仪，安装的位置是固定的，而且只有一个投影，所以就对实验演示位置以及观察的角度造成了限制.如果使用摄像头，还要在电脑上事先安装好，不很特别方便，而且视频的清晰度也不是很好，因此利用苹果设1备（Iphone）自带的摄像功能，就能更加全面的各角度投影，画面的清晰度也很好，使得学生的观察实验的质量大幅提升。例1:在《弹力》这节课上，演示微小型变放大实验时，经常使用手用力捏玻璃瓶，观察毛细玻璃管中页面变化这样一情景，虽然实验现象还是比较明显的，但是由于演示器件太小，导致离教师较远的同学无法看清，演示效果大打折扣。如果使用教室中的实物投影，由于是一个画面，”捏”这个动作与毛细玻璃管液面变化其实很难同时扑捉到，观察时顾此失彼。因此使用Iphone手机并配合Ipad同时投影，电脑屏幕上会出现两个特写画面，一个显示”手捏”这个动作，另一个显示毛细玻璃管液面变化，这样实验观察的质量就提高了，学生的感受也会比较深刻。例2：在《闭合定律欧姆定律》一课中，会有探究路端电压和外电阻的关系的实验，在实验中对于电压表和电流表读数时的视角问题，要求“正视”表盘，什么是“正视”，可以通过同屏技术让全体同学集体体验。⑵解决实验观察的时间限制。有一些演示实验，因自身的一些特点，在课堂上要学生观察到整个过程或者观察细节的变化可能会遇到一些困难，那么如果能使用智能手机的回放功能，就2能突破上述困难，既保证了实验的真实性，又控制了实验的时间成本，提升了课堂的教学效率。例3：《分子热运动》一课中，教师用硫酸铜溶液和水的扩散来演示分子的扩散需要经历较长时间，如果一直看着这个实验慢慢发生，时间成本太高，不仅教学效率太低，而且这样的教学效果更不理想。当然教师希望在一节课的时间内完成全部的全部教学并能够让学生亲眼看到真实的实验效果，因此，在教室中演示此实验时，一方面改善实验条件（使用温度较高的水并用加热设备保持恒温加热）使扩散加速，另一方面，使用智能手机（Iphone）进行录像，便于真实的记录实验全过程。此时教学过程继续进行，当结束一个时间段的教学过程时，如果注意到扩散差不多已经完成了，那么就暂停一下教学，插入重新观察实验的环节，把刚刚录下来的实验视频，通过快播或者拖动时间线来压缩时间，快速浏览全过程，既不影响教学进度又能达到观察实验的目的。例4：《光的偏振》一课中，学生需要观察偏振现象，但是由于学校实验器材的限制，没法直接演示让学生观察，如果让学生轮流拿器材观察，时间成本又太高了，不利于教学的顺利进行。那么教师利用Iphone手机的摄像视角成为学生观察的第一视角，把偏正片置于摄像头之前，对着Ipad的屏幕（此屏幕上发出的光是偏振光），然后旋转偏振片，全体一起观察，同时开启视频录制功能，虽然这个实验现象还是相对比较明显的，但是观察过程中的现象是转瞬即逝的，如果使用视频录制，那么就可以重复观察旋转偏正片的过程中的光线亮度的变化及其他一些实验细节，实验观察的全面性得到了提高而又不失真实性。32.利用智能手机的自带传感器，依靠APP的功能，改进探究性实验中的测量问题。探究性实验是物理课堂中是最能让学生感受物理奥妙的环节，目前教学中最为流行的就是利用DISLAB数字实验传感器来做一些探究性实验，因为传感器具有智能、精确、省时等特点，但是笔者在使用中也发现了一些缺点，就是需要在教室电脑上安装对应的软件，有时电脑比较陈旧，用起来就比较卡，测量会显得不顺畅，而现在的智能手机，本身就是一部多功能传感器，再配合一些APP，就能发挥出DISLAB数字实验传感器的功能，因此教师尝试通过智能手机的自带传感器，改善测量问题。⑴改善实验测量的灵活性。例5：《用牛顿定律解决问题（二）》一课中，我们需要探究超重和失重现象，但是如果传统的台秤实验，数据转瞬即逝，不利于观察，如果使用DISLAB数字实验传感器，那么由于数据线、电脑等问题，测量过程可能也会受影响，因此利用智能手机（Iphone）加速度传感器（默认手机左右方向是x轴、上下方向是y轴、垂直于屏幕的是z轴）并结合APPSensorKinetics，来研究竖直方向的受力情况，就能很好的体验和探究超重与失重的问题。4学生只需打开手机中的SensorKinetics，切换到加速度的图像模式（在这里需要知道，手机加速度传感器计算加速度的公式，“显示的加速度”=重力加速度+实际加速度），点击“Start”,将手机竖直拿在手中倒置，使y轴的正向竖直向下，然后做上下蹲的动作,最后点击“Stop”，就可以在手机上得到运动时的手机“显示的加速度”图像（其中红色的图线），按照手机加速度传感器计算加速度的公式，当公式两边都乘上质量后就是力的表达式，那么手机在竖直方向受到的力与实际加速度方向的关系就很明确了。教师通过无线同屏技术在电脑上投影，利用“Zoom”对图像进行放大，以便于学生研究讨论，通过不断的分析和操作，学生更加深刻的理解了在超重和失重情况下，实际加速度方向的特点。所以利用智能手机来测量实验数据，直接得到图像，既灵活又直观。⑵提供实验测量的多样性。例6：《单摆》一课中，需要探究单摆周期与摆长的关系，传统实验在测量时间时，一般利用秒表进行测量，为了减小测量时间的误差，选择小球通过最低点时开始计时，在这里当然可以用手机中的秒表代替，但是我们还有更为巧妙的方式来测量时间，就是利用智能手机（Iphone）磁场传感器（默认手机左右方向是x轴、上下方向是y轴、垂直于屏幕的是z轴）并结合APPSensorKinetics，来测量单摆的周期。首先使用的小球是一个球形强磁铁，按常规操作把单摆摆放正确，然后学生只需将手机平放在单摆正下方，打开SensorKinetics，切换到磁感应强度的图像模式，点击“Start”,接下来只要让单摆摆起来即可，摆了一段时间后，点击“Stop”，就可以在手机上得到磁感应强度变化的图像了，选择其中任意一条图线，测量变化的周期即可得到单摆的周期，课例中用了1m的摆长，选择图示中Z轴（黄色）方向的磁感应强度变化，周期测量结果为2s,符合理论值。所以用这样的方式来间接测量单摆周期，为学生测量数据的又提供了一条新的思路。5三、成效与反思：

如今的智能手机功能越来越强，越来越多，这种悄然无声的变化也正在改变着学生、改变着教师、改变着物理实验教学。 案例成效：

在教师把智能手机的一些功能运用到物理实验后，全面改变了传统的实验观察和操作实践，让学生在实验观察的全面性、真实性、体验性得到了提升，在实验操作的创造性、操作性、实践性得到了增强。学生普遍感觉物理更有趣、更有用了。 案例反思：

本案例中，智能手机在物理实验中的运用还不是