高中物理校本实验课玩转手机APP

陈银芝 彭明河

摘   要：阐述手机APP—4physics应用于校本物理实验的开发;初探加速度、初探能量关系的教学实践;总结反思开发过程中存在的问题。

关键词：校本实验;手机APP;物理模型建构

1  研究背景

无论是从前，还是现在，甚至未来，高中物理实验教学始终贯穿于整个高中教学过程中[ 1 ]，新高考背景下，更加注重物理实验情境构建，强调探究方式学习，逐步养成适应社会发展需求的物理思维方法。但是，在过去的教学中，由于观念的束缚，条件的限制，旧课程体制等因素的制约，严重影响了新课改实验教学的发展。

2019年11月教育部印发实施的《关于加强和改进中小学实验教学的意见》（以下简称《意见》）中明确指出“促进传统实验教学与现代新兴科技有机融合，切实增强实验教学的趣味性和吸引力，提高实验教学质量和效果。”对于因受时空限制而在现实世界中无法观察和控制的事物和现象、变化太快或太慢的过程，以及有危险性、破坏性和对环境有危害的实验，《意见》明确表示，“可用增强现实、虚拟现实等技术手段呈现”[ 2 ]。这无疑是促进物理实验教学改革的一大举措，对于开发可视化创新性物理实验教学打了一剂強心针，有着里程碑的意义。以“高中物理校本课程实验”为查找主题，在中国知网检索，从2007年至今，知网上一直都有一些高中物理校本课程的研究，但是对于高中物理校本课程实验的研究与实践，只有5篇，物理校本课程与创新性实验相结合的只有3篇，运用现代化技术（编程，创客，人工智能5G，手机APP等）开发地方课程和校本课程还是处于起步阶段。

笔者对所在的市级两所学校开设的校本选修课程中，就手机APP怎样与高中物理校本课程有机融合，如何培养学生对于物理知识的情境构建思维等问题，做了初步的开发与探索。

2  研究意义

《意见》的公布，对于改革物理实验教学的模式，借助科技力量促进教学模式的创新都提出了明确的要求。开展实地创造情境的实验教学已是社会发展之需，也是我国课改的重要发展部分。换句话说，“填鸭式”教学方式已不适应现在发展的社会环境，教师应勇于打破原有的传统教学模式，改变原有的口头创造情境，创造、创新学生实验情境体验，提升学生的观察感悟能力，增强学生对物理学科的兴趣，让学生深化物理学科思维的培养。

新高考背景下，借力物理校本课程模式的开发，不断实践，不断创新，从眼前来讲，能提高学生物理学科素养，有利于给予学生一定的自主探究权利，有助于培养学生的物理核心素养，还有助于提高物理教师的专业技术水平，革新物理教师教学应用手段，从长远来说，对于我国一直涉足科技教育领域的线上教育平台等企业来说，都是利好消息，从而影响我国科技教育领域的新行业格局。

3  4physics APP应用于物理校本课程的开发与实践

笔者于2019-2020学年在所在市级两所中学分别开设了“在手机APP中玩转物理实验”的校本选修课程，本文通过其中一个APP——4physics（如图1）应用于校本物理实验的开发，教学实践，总结反思，初步探索了学生在高中物理校本选修课堂上如何提升自我自主探究能力，如何培养自我构建物理情境思维的过程，还探索了教师如何提升自我新技术手段的教学应用。

本课程着重通过手机APP向学生展示高中物理课堂中难以建构的物理情境实验，辅助观察理解生活中的物理问题，从而培养学生的物理学科思维。让学生在校本课程学习过程中，学会观察生活物理问题，试着分析物理问题，把抽象问题简单化，并学会建立分析数据，从而把学得的方法，去解决其他同样类型的问题。

3.1  初探加速度

加速度是描述速度变化快慢的物理量，加速度这部分内容对于整个高中物理学习过程起着承上启下的作用，是连接着“运动学”和“动力学”的重要组成部分。但是，这部分内容却相对比较抽象，课堂上比较难让学生直观的感受到物理运动状态的改变，不利于教师给学生建构接下去的物理知识。

在同期开展的物理校本选修课程中，利用手机APP——4physics中的acceterometer（加速度计），学生只需在课堂上将手机放在移动的物体上，按下开始键，以每秒数十次的采样频率，可采集x，y，z三个轴的加速度数据，并生成图标以供分析，就可以直观地记录物体的加速度（如图2）。 这样的手机APP还有一个很大的优点，学生可以在课堂外观察任何关于加速度的问题，比如回家坐电梯，就可以观察电梯上下的加速度变化（如图3）

3.2  初探能量关系

依托现实生活中的例子，初探能量关系，建构物理模型，对于新入学的高一学生具有重要的意义。比如，学生观察到平常打篮球时，每次反弹的高度总是低于前一次，直到最后停止，引导学生思考动能，重力势能和机械能的关系。

在物理实验室的墙壁上用纸建立一个竖直方向上的坐标轴，让一位同学站在坐标轴旁边，将球尽可能举高，测量者使用4physics里的物理相机工具记录球的运动，从球离开同学的手那一刻直到它到达地面，当球弹起三次后，测量员停止记录，确认第一次反弹发生的时间，在反弹后找出点的时间值。现在，在数据表中找到这个时间点，并为接下来的几个时间点编写以下信息：时间、位置和您选择分析的轴上的速度，指明您选择的轴线。使用与上面相同的过程，确定第二次反弹的时间，然后将此反弹的数据写入表中，计算第一次反弹的动能、重力势能和机械能。画出动能和势能对时间的曲线图，然后，画出机械能对时间的曲线图，重复第二次反弹的过程，比较两次反弹，不同类型的能量值如何？指出相同点和不同点，引导学生探究动能，重力势能与机械能的关系，并说说机械能有怎样的变化。（如图4）

4  校本开发过程中存在的问题

笔者在市级两所中学同时开展校本实验课前对于新入学的高一学生做过调查报告，94.3%的学生表示喜欢做一些贴近生活的小实验，82.1%的学生表示对手机APP研究物理实验产生好奇。但在此课程实施过程中遇到一些硬件上的问题，比如每次开校本课程需要叫学生带上自己的手机，而且像“物理实验课”“phyphox””PhET”等实验APP安卓手机可下载，但4physics只能是苹果手机下载，而且是英文版，对于学生的硬件有一定要求，而且若没有教师引导，对于学生的语言能力也有一定的要求。

5  总结

在新高考改革背景下，对于学生基于生活的物理实验情境建构模型要求越来越突出，对于教师基于信息技术融合开展实验教学的要求也越来越显著。无论从哪方面来谈，随着未来5G技术的发展，线上线下实验融合，课内课外实验促进学生开拓适应时代潮流的物理思维显得越发重要。

参考文献：

[1] 孙春成. 江阴市高中物理实验教学现状调查研究[D]. 上海：华东师范大学， 2010 .

[2] 教育部.关于加强和改进中小学实验教学的意见[Z].教基2019第16号文件.

[3] 徐家连.基于App Inventor的高中信息技术校本课程建设与实践——以校本教材《玩转手机APP编程》为例[J]. 教育信息技术，2019（7）.

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