培育学生实验技能的核心素养

摘 要：随着硬件、软件的快速更新使得手机在生活中的应用更加广泛和智能化.其中，传感技术、摄像技术更是手机的一大亮点，iPhone6及华为Mote8搭载了一个特殊的慢动作拍摄功能，能使一些高频、高速的运动物体进行慢动作的录制和播放，运用手机这一功能“抓拍”，再加上KMPlayer视频处理软件和Excel拟合功能可以简易直观地建立弹簧振子的位移-时间图象.从而突破了高中物理选修3-4第一章第一节重点难点知识，使学生能更好地理解简谐振动概念，培育学生运用新科学、新技术来设计创新实验的核心素养.

关键词：智能手机; 简谐振动; 创新实验;核心素养

文章编号：1008-4134（2019）21-0021 中图分类号：G633.7 文献标识码：B

作者简介：葛永普（1985-），男，贵州毕节人，本科，中学一级教师，研究方向：中学物理学科教学.

智能手机搭载了很多特殊功能的传感器，在物理教学中如果合理运用这些功能来研究物理问题，既可提高测量的精确度，又可以更好地探索物理规律.笔者以智能手机慢动作拍摄功能，加上软键帧模式视频处理和Excel进行实验数据的处理，实验误差较小，能更好地说明简谐振动的定义.基于培育学生核心素養，巧用智能手机的特殊功能，有助于物理规律探索与实验教学的研究.

1 回归教材，提炼章节重难点

在新课标高中物理选修3-4第一章第一节，本节重点、难点是弹簧振子的位移-时间图象以及规定“如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象（x-t）是一条正弦曲线，这样的振动叫简谐运动”.简谐运动是最简单的、最基本的振动，弹簧振子的运动就是简谐运动.教材中的“做一做栏目”运用的是数码照相机和计算机绘制小球运动的x-t图象，如图1所示.

教材中实验方法已说明，通过不同帧下的频闪照片，按照先后顺序在PPT中排列，可以得到钢球在不同时刻的位置，但也未说明或者证明这样的振动规律（位置与时刻的关系）符合什么样的函数.那么，在后面定义弹簧振子的振动符合正弦函数变化规律.具有相应的难度，造成学生对实验规律有一定的猜测性，无法完成新课标的要求，难以达到培育学生核心素养的目的.教材介绍了其他方法来绘制弹簧振子的位移-时间图象，但是实验需要先进的技术设备，技术性强.所以利用手机的慢动作拍摄功能，通过Excel软件拟合数据，突破教学难点，达成实验创新之核心素养.

2 实验取材容易，效果明显

（1）实验器材：智能手机、带磁性刻度尺、KMPlayer软件、计算机、Excel软件.

（2）科学方法和科学原理：将抽象的问题具体化，利用先进的视频拍摄功能、视频处理软件、Excel数据拟合，更准确地反映位置与时间的关系.

（3）创新点：①取材容易，将带有磁性的刻度尺吸附在横梁上，在构成水平方向振动时，可以直接读取位移数值;②巧用智能手机慢动作拍摄功能，将高频振动低频化;③巧用KMPlayer截取任意时刻的位置坐标;④运用Excel软件进行数据拟合.

自制教具图如图2所示.

（4）实验步骤

①将弹簧振子水平方向拉开一定距离（振幅约2cm长度）自由释放;

②待振子振动稳定后（振幅约1.7cm）时，打开手机慢动作视频录制功能录制视频;

③将手机录制的慢动作视频发送至电脑;

④用KMPlayer视频播放器播放视频，并在帧模式设置截取数量为30张，时间设置300ms，如图3所示;

⑤打开截取的文件夹，将截取图片的位置读入已设置的Excel函数表格中;

⑥通过数据对比图象，拟合弹簧振子的位移时间图象为正弦函数图象.

（5）实验结论

通过实验数据分析，弹簧振子的位移-时间图象在误差允许极小条件下，实验得到的函数图象与标准函数图象完全吻合.实验数据对比如图4所示.由此可以验证运动是简谐运动.

3 结束语

该创新实验从初步设想到制作完成，经过多次的实验验证，应用于教学实践，教学效果良好.基于核心素养背景之下运用智能手机特殊传感器功能，培育学生创新实验的设计能力.在此实验中，需要学生具备能够运用一定的软件的基础知识.如果今后能够将读数和Excel拟合数据通过位移传感器直接与电脑连接，时时监控数据并分析数据，同步绘制出对比拟合图象，将使实验更加完美.

参考文献：

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理选修3-4[M].北京：人民教育出版社，2010.

[2]马明雄.“简谐运动的图象”作法及演示实验的改进[J]. 物理实验，2008，29（5）：18-19.

[3]徐金波，胡玉林.描述简谐运动轨迹实验创新方案[J]. 物理教师，2008， 29（9）：30-31.

[4]毛国方.简谐运动实验装置的改进[J].物理通报， 2017（2）：100-109.

（收稿日期：2019-06-19）