利用智能手机处理高中物理实验的探讨

万 军

(成都市玉林中学 四川 成都 610041)

高中物理课堂实验教学过程涉及到课堂现场收集数据、现场处理数据、现场得出结论.在现实的教学中发现，处理数据往往耗时较多，效率不高. 课堂分组实验中，实验过程的可控性差，教师兼顾不到全体学生的实验过程，往往出现热热闹闹开始、匆匆忙忙收场的局面，导致实验效益不高.如何构建高效课堂实验呢？

《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》明确提出了教育发展目标包括，“鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习、合作学习；培养学生利用信息技术学习的良好习惯，发展兴趣特长，提高学习质量；增强学生在网络环境下提出问题、分析问题和解决问题的能力.”[1]如何与时俱进改进教育教学方法，引导学生转变观念，开发利用智能手机的学习辅助功能是当代教师需要思考和亟待解决的问题[2].下面以智能手机为核心，搭建中学物理实验数字化平台，充分发挥教师和学生的主观能动性，构建出高效课堂实验.

1 利用智能手机端软件搭建数字化平台是高效课堂实验的技术支撑

现今移动互联网时代，智能手机基本普及，调查发现，高中生人人有智能手机，不少学生还有平板电脑.移动设备端有大量的应用程序供人们使用，可以方便快捷地搭建一套低成本中学物理实验数字化平台(图1)，所需手机端应用程序包括WPS Office、QQ、巧影、录屏大师，如图2所示.

图1 中学物理实验数字化平台搭建流程图

图2 搭建平台所需的应用程序

1.1 用WPS Office处理实验数据

智能手机端WPS Office是一款个人版免费软件，体积小，使用方便.一个应用程序可以处理文字文档、电子表格、演示文档、PDF文档(图3).还有免费的云空间，可以在不同的设备间同步查看和编辑文档.在处理物理实验数据时主要是用到电子表格的图表功能.

教师应用：教师先用电脑端的WPS Office设计制作好每一个实验数据处理模板，实验课前通过QQ群把模板发给学生，供学生课堂使用.

图3 WPS软件界面

学生应用：学生从QQ群文件中下载实验处理模板，再打开移动端的WPS Office，在实验的过程中把相应实验数据填入对应的表格中，相应的图表就可以自动生成，节约了数据处理的时间，提高了实验课的效益.

1.2 用视频软件记录实验过程中的图片和视频

“巧影”是一款专业的视频软件，能直观记录物理实验过程.可以拍照、摄像、视频音频的编辑、添加文字、控制播放速度、定格慢放、分享等功能，如图4所示.

图4 巧影软件界面

教师应用：

(1)实验前拍摄实验操作的过程，制作相应的微视频，供学生实验课前预习.

(2)实验中用图片或视频记录下学生实验过程中的典型问题，以便及时给全班学生展示纠正.

(3)课堂上可以用定格的方法来获取实验数据.

学生应用：

(1)每组有学生负责拍摄实验过程.

(2)记录实验过程中产生的动态数据，如物体的运动轨迹.

(3)通过视频的回放、慢放、定格来获取相应的数据，如用气垫导轨验证动量守恒定律实验，用定格的方法获取滑块某时刻的位置，从而计算出滑块的速度(图5).

图5 用气垫导轨验证动量守恒定律实验视频截图

视频软件的应用，带给学生生动、具体、形象的学习体验，大大激发了学生的学习主动性.

1.3 用录屏软件制作微视频

“录屏大师”是一款使用方便的录屏软件，可以录屏、录声音，编辑视频、制作字幕、播放视频(图6).

图6 录屏大师软件界面

教师应用：用“录屏大师”制作微课，内容包括实验目的、原理、器材、操作步骤、数据处理、误差分析、注意事项7个环节,实验操作过程的视频,WPS、QQ、视频软件(巧影)的操作方法.微课在实验课前上传到QQ群，供学生预习.这为构建高效课堂实验奠定了良好的基础.

学生不需要用录屏软件.

1.4 用QQ进行实验数据的交流学习

QQ是学生很喜欢用的一款社交软件.QQ 群是腾讯公司基于 QQ 软件，推出的多人聊天交流的平台.调查发现利用QQ群对学生来说几乎没有任何技术上的障碍.

教师应用：

(1)教师作为群主建好群，然后邀请学生实名加入群(图7).

图7 建立班级QQ群

(2)上传实验数据处理模板供学生下载.

(3)实验课前上传实验操作的微课供学生预习.

(4)查看学生的实验数据、实验操作过程视频.

(5)与学生互动交流，促进学生物理实验能力持续提高.

学生应用：

(1)实验课前下载实验数据处理模板，下载实验微课.

(2)实验过程中，完成实验数据的测量、分析后上传数据表格文件.

(3)课后上传实验视频，因为视频文件比较大，课堂上不需要上传.

(4)与老师、同学交流实验的相关问题，得到老师的点评.

利用QQ群形成一个网络学习共同体(Net-work Learning Community)，成员彼此间通过交流与协作，相互促进，最终实现参与者的知识建构与共同提高[4].利用QQ师生、生生交流互动，很好地实现个性化教学[5].

2 有序的学习流程是高效课堂实验的基础

搭建了以智能手机为核心的中学物理数字化平台，让实验数字信息有序流动，还要一个层次分明的实验学习流程， 如图8所示，把整个物理实验学习课分为实验前、实验中、实验后3个阶段，每一个阶段师生分别要完成的事情很清楚，课堂效益自然就提高了.每一个阶段都离不开师生、生生的互动交流过程.最后教师要进一步反思总结，为持续改进物理实验课堂教学提供反馈机制.

图8 实验学习流程图

2.1 实验前准备事项

教师的准备：

(1)设计制作实验数据处理的模板，这是课堂实验高效的最核心的基础.

(2)制作实验操作步骤和软件操作方法微课，目的是让学生课前预习，课堂上可以直接进入实验操作.

学生的准备：

(1)课前通过微课来预习实验.

(2)通过微课学习来训练软件操作使用方法.

2.2 实验中的事项

教师工作：

(1)组织有序的课堂实验.

(2)及时进行个别指导.

(3)对出现的共同的问题实时反馈小结，保证课堂实验的高效进行.

学生实验：本环节学生是主体，学生要专注高效的实验，具体包括4个步骤.

(1)组内分工合作，一起完成实验的组装、操作、测量、数据的获取.

(2)把实验数据填入数据处理模板，分析相应的结果，及时调整实验.

(3)视频记录相应的操作过程和数据处理过程.

(4)组内交流互动，确认实验结果，上传实验数据.

2.3 实验后的工作

教师工作：

(1)根据学生上传的视频和数据，进行分析、点评，与学生互动交流.

(2)全面总结反思实验的各方面，为以后的实验提供改进的思路.

(3)整理储存相应的实验数字资料.

学生工作：

(1)完成实验的报告册.

(2)上传实验视频.

(3)交流分享实验的体会.

3 设计制作实验数据处理模板是高效课堂实验的关键

数据量多、计算繁琐、需要用图表来研究规律的实验，用WPS表格软件制作成数据处理模板是比较方便的.实验时，只需在“源数据”表中填入测量数据就行了，对应的图像自动生成，大大提高课堂实验的效率.还可以通过图像反馈来判断实验数据是否准确.数据处理表格模板的设计制作流程：教师实验→“源数据”表设计→规律图表设计.

3.1 案例1：探究弹力与弹簧伸长的关系

教师先用教材中的原理[6](图9)进行实验，测量出弹簧的原长l0，然后依次增加砝码数量，测量出弹簧对应的长度li，由公式算出x=li-l0.用“WPS表格”软件制作出“源数据”表(图10).

图9 探究弹力与弹簧伸长的关系原理图

图10 用WPS表格作出源数据表

F-x图的设计：以“源数据”表的数据为基础制作F-x图.插入散点图，添加“线性趋势线”和“误差线”，弹力与伸长量关系图就制作好了( 图11).

图11 用WPS软件制作F-x图

最后把“源数据”表中l0的数据和li列数据清除掉，其他的地方不要改动，实验中用的数据处理表格就制作完成了.学生实验时把测得的数据填入“源数据”表格中l0列和li列就行了,对应的F-x图会自动生成.学生通过F-x图可以及时发现自己实验数据的误差情况，有效避免了实验课后才发现数据问题.完成实验后，学生把处理结果的实验报告上传到班级QQ群，以供交流分享.

3.2 案例2：探究a与F和m之间的定量关系

参照课本的原理[6](图12)，控制变量进行实验.分别测出a与F的关系、a与M的关系的数据.用“WPS表格”软件制作出“源数据”表(图13).

图12 探究a与F，m关系实验原理图

图源数据表

图14 a-F关系

图15 a-M关系

图关系

需要用图像来探索规律的实验还有：用U-I图探索小灯泡的伏安特性曲线实验，因为U-I图像不是线性的，需要师生一起研究图像规律；光学中探索入射角和折射角的关系，可以用i-r图、sini-sinr图来进行试探性的研究，直至找到一个线性关系.这种类型的实验能更好发展学生的创新思维.

4 熟练使用手机端WPS软件和巧影软件是高效课堂实验的助推器

学生对QQ使用很熟悉，录屏软件学生不需要用，所以这两个软件不需要教师讲解.学生要用WPS软件进行数据处理和图表生成，用巧影软件进行实验过程的视频拍摄，而学生对WPS软件和巧影软件使用不熟悉，下面介绍这两种软件的使用方法，并用录屏软件制作成微课供学生课前学习.

4.1 手机端WPS表格软件的使用方法介绍

学生从QQ群中下载数据处理文件(图17)→打开WPS Office→从QQ接收到新文件(图17)→打开数据处理文件(图18).

图17 从QQ群中下载数据处理文件界面

图18 打开数据处理文件

点击要填的单元格→填入实验数据(图19)→填完实验数据后→点击“保存”，图表自动生成→点击完成→点击“分享”(图20)→点击“发送给好友”就可以发到班级的QQ群了.

图19 填完实验数据界面

图20 分享到QQ群

4.2 手机端巧影软件的使用方法介绍

图21 巧影使用界面

图22 调节播放状态

5 结束语

随着移动互联网的高速发展，智能手机使用成本不断降低，应用软件日益丰富和完善.从构建高效课堂实验的目标出发，把WPS Office的数据处理分析功能、QQ的交流功能、视频软件数据采集功能、录屏软件的微课制作功能集成在一部手机中，高效低成本地搭建一个中学物理实验数字化平台；为了使实验数字信息有序流动，利用数字化平台，把物理实验课分为实验前、实验中、实验后3个阶段；教师要不断探索，充分利用智能手机端各种对物理实验有用的软件激发学生的实验兴趣，提升学生的实验能力，持续提高课堂实验效益，发展学生的核心素养.

参 考 文 献

1 教技(2012)5号 教育信息化十年规划(2011～2020年)

2 张玲.智能手机辅助物理化学实验教学改革的研究与实践.高教学刊，2015(18)：234～235

3 顾笑，范元伟.利用录屏软件Camtasia Studio制作微课的技巧.软件导刊，2016(1)：26～28

4 汤华.构建基于QQ 群的网络学习共同体的实践研究.软件导刊·教育技术，2016(10)：44～45

5 张玉婷，费金有.大数据时代下中学物理教学研究.当代教研论丛，2016(10)：63～64

6 管寿沧．普通高中课程标准实验教科书物理必修1.北京：教育科学出版社，2005.51～52，74～75