Phyphox软件与物理教学深度融合的案例研究

伊晓红

摘 要：信息技术与物理教学的融合，是落实物理学科核心素养的重要载体。本文以“探究匀速圆周运动中向心加速度与角速度的关系”为例，诠释信息技术如何与高中物理教学深度融合，力图实现融合信息技术下的物理课堂教学方式的改进。

关键词：物理教学模式;信息技术融合;Phyphox软件

在当今社会信息技术的发展形势下，调整和改进人才培养目标和模式是基础教育课程的方向。目前我国增强国力，积蓄未来国际竞争实力需要把基础教育课程改革作为战略措施加以推行[1]。

课标背景下的“互联网+教学”模式也成为教育改革的新模式。传统教学模式已经无法达到新的教学目标，在新的教学模式中要求引入更多元化的教学方法，更多资源融合的教学模式，使教学效果达到最优化[7][1]。

本文从物理教学与信息技术深度融合的内涵、案例和反思等三个方面陈述。

一、内涵和意义

（一）什么是信息技术与教学的深度融合

“深度融合”的确切内涵包含三个基本属性：一、营造信息化教学环境;二、实现新型教与学方式;三、变革传统的课堂教学结构[3]。践行把信息技术与学科教学“深度融合”的实质，需要我们深刻理解深度融合的三个属性，正确掌握信息技术与学科教学深层次整合的确切内涵。

信息化教学环境应该包括以下几个属性：可以创设真实情境、支持学生自主探究、可以获取网络资源信息、多重交互协作学习等的用于支持新的教与学方式的教学环境。信息技术深度融合的课堂目标就是可以实现学生“自主、探究、合作”，突出学生课堂的主体地位。改变传统课堂以教师为主导的教学结构，从教授、启发转变为学生自主探究、创新的学习过程，变革传统的课堂教学结构。新的教与学方式为学生提供认知探究工具、协作交流工具和情感体验与内化的工具，在这些信息化资源的支持下和以培养学生核心素养为指导的观念下实现人才培养目标。

（二）信息技术融合的意义

有趣的知识更有传播力，形象的知识更有吸引力，有用的知识更有生命力。能不能让物理知识也变得更生动、形象、有趣。

随着信息技术的发展，目前各种智能教育产品和智慧课堂推动探索未来学习模式。让信息技术成为课堂的有机组成部分，无缝衔接课堂教学内容，渗透教学重、难点。比如：网上视频的应用、慢镜头拍摄实现实验现象的可视化、延时拍摄的应用、同屏仪、一些网站（门口）测评技术、DIS传感器实验教学软件、自制微视频、思维导图的应用等。信息技术对图形、图像、动画等的综合处理及强大交互式特点，充分培养学生的问题解决能力和模型建构能力。信息技术下的课堂能充分创造一个图文并茂的、生动逼真的教学环境，使学生突破认知屏障和壁垒。并且在学习过程中始终保持兴奋、愉悦的好奇心，激发学习兴趣[6]。

二、案例

以使用Phyphox软件探究向心加速度与角速度关系为例

（一）Phyphox软件

Phyphox软件内置传感器包括加速度传感器、磁力传感器、旋转传感器、光传感器、压力传感器以及GPS等，可根据手机所处的环境和运动情景调用内置传感器，将相关参数通过传感器测量数据以图形或数字的形式呈现。例如：研究匀变速运动中加速度大小，可以让手机放在小车上在斜面上做匀加速运动。例如：研究光电效应可以用手机测量光照强度。研究多普勒效应可以用多普勒效应传感器测量小范围频率偏移等。力学方面包括有向心加速度、弹簧振子周期和频率、单摆，弹性碰撞。声学包括声音振幅和频谱、声呐等。工具类有测斜面倾斜角度、磁场谱、磁性标尺等。日常工具还有测量掌声的时长与幅度，还有利用气压计测量电梯速度等29种内置功能[2]。

（二）使用Phyphox软件探究向心加速度与角速度关系

物理是一门以实验为基础的学科，然而教师在教授《向心加速度》这节内容时，在以往的物理教学课堂上，一般都通过理论推导得出向心加速度与角速度的关系表达式ac=ω2r。本文我们可以调用Phyphox软件中的Centrifugal acceleration功能收集数据，定量研究向心加速度与角速度的关系，让学生在信息环境下获得直接的实验体验。培养学生科学探究的能力。

手机Centrifugal acceleration功能调用向心加速度传感器，测量手机转动时的加速度随角速度变化的数据关系，并分别绘制向心加速度ac与角速度ω以及角速度平方ω2的函数图像。生活中有很多物体做圆周运动，例如：圆盘转动，自行车轮转动，水平面上绳拉物体的圆周运动等。我们可以将手机与这些物体绑定，从而研究运动物体的向心加速度与角速度和半径的关系。

本文选择将手机放在自制的转盘上（网购电机和调速器，圆盘和手机卡壳），将手机固定在转盘上。打开Phyphox软件找到Centrifugal acceleration，将手机放在圆盘的手机架上，点击开始，打开电动機，调节调速器使手机随着圆盘缓慢做匀速圆周运动，调节调速器记录不同的速度时生成的点迹分布。使用手机投屏软件，可以将Phyphox软件实时数据（如图1）展示给全部学生。

对记录的数据图像选取一段，然后进行数据拟合，可以得到向心加速度与角速度呈曲线关系，与角速度的平方呈正比的线性关系（如图2）。在调节变速器保证圆周运动的角速度不变，调节手机在圆盘上转动的半径，记录不同半径下向心加速度的大小，将数据进行拟合得到了向心加速度与半径成正比的线性关系（如图3）。有效地验证了公式ac=ω2r。

Phyphox软件还可以利用手机内置传感器，测量声音在空气中的传播速度、探究单摆运动周期与摆长的定量关系等。物理教学方式如果能有效地融合信息技术手段。善于利用网络信息技术，有助于突破学生认知难点。

三、反思

随着信息技术的发展，如何把信息技术和物理教学的学科特点深度融是值得我们教育工作者思考的问题。高中物理概念教学、探究性教学、真实情境教学、实验教学、物理建模等都可与信息技术实现深度融合[4][5]，但融合过程切记一味融合，要切合教学实际需要。

信息技术有效地与物理教学融合，有利于提高学生的学习积极性，伟大的物理学家爱因斯坦曾说过“兴趣是最好的老师”，有了兴趣就有了良好的学习动机。启发和激励学生的好奇心就需要将信息技术融于课堂教学，利用信息技术图文并茂、声像并举、能动会变、形象直观的特点为学生创设各种情境，激起和调动学生强烈的学习欲望和参与度，充分体现课堂以学生为主体的地位。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通物理课程标准[S].北京：人民教育出版社，2018.1.

[2]惠宇洁.智能手机在物理实验教学中的应用探讨—以Phyphox软件为例[J].物理教学探讨：中学教学教研版，2018，36（10）：70-73.

[3]何克抗.如何实现信息技术与学科教学的“深度融合”[J].教育研究，2017，38（10）：88-92.

[4]高佑勤.现代信息技术与学科课程教学深度融合研究[J].新课程，2021，21：20.

[5]欧佩玲.信息技术与学科教学深度融合下的思考[J].课程教学研究. 2020，（03）：58-63.

[6]李宝业.信息技术与高中物理教学深度融合探讨[J].成才之路，2017，09：78.

[7]林厚从.融合信息技术，培养学生核心素养的实践研究[J].物理教学，2020，3：42.