黃治海 徐展

摘 要：當前手機有較高的普及率、強大的攝錄功能、豐富的傳感器及各式各樣的教育類APP，使手機成為信息技術融入教學活動的利器。筆者結合高中物理教學，例談手機如何融入物理教學，無線同屏技術可讓手機屏幕上的操作“同步”到投影屏；利用攝錄功能結合相關應用APP，手機可變身為實驗現(xiàn)象捕捉器，實現(xiàn)精細觀察；利用手機傳感器功能，可采集實驗數(shù)據(jù)；社交軟件建立的交流平臺，可讓生生互動、師生互動更加高效。

關鍵詞：無線同屏技術；手機傳感器；信息技術融入物理教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）2-0065-4

近年來，手機技術的成熟使其在各個領域的應用迅猛發(fā)展。功能豐富強大、普及程度高為其進入教學活動奠定了良好的基礎。手機早就不僅僅是通訊工具，如今，購物、導航、旅游無處不活躍著手機的身影。便捷的無線同屏技術、手機強大的攝錄功能、豐富的傳感器以及更新速度極快的免費APP使手機成為信息技術融入教學活動的利器。

1 手機無線同屏技術的成熟

手機融入課堂必須解決“投影”問題，即無線同屏技術。什么是無線同屏呢？筆者的理解是：將手機內(nèi)的圖像、音頻、視頻等多媒體內(nèi)容或設備的操作過程利用無線網(wǎng)絡“同屏”到其他大屏幕上，方便學生觀看。手機實現(xiàn)無線同屏主要有兩種方式：一是“手機+軟件”的方案；二是“手機+硬件”的方案。

“手機+軟件”的方案，是通過手機上安裝的軟件發(fā)送屏幕信號，PC端安裝相應軟件作為接收端，在同一局域網(wǎng)下，通過與電腦連接的投影儀顯示手機畫面。能用來實現(xiàn)手機和投影同屏的手機APP有Total Control、Mirror OP、bbqscreen、Andriod Screen Capture等。相比于另三款軟件，Total Control軟件具有操作界面友好、操作簡單、PC端可控制手機操作等優(yōu)點，故筆者在實踐中選擇了Total Control軟件實現(xiàn)手機和PC端同屏，操作步驟如下：

（1）PC端和手機端安裝軟件：分別在電腦和手機上下載對應的Total Control軟件，并安裝好；

（2）設置PC端和手機處于同一局域網(wǎng)，PC端和手機都選擇WiFi連接，修改PC端的IP地址與手機相同，如圖1所示，PC端發(fā)送連接請求；

（3）手機端確認“連接”，連接上后，手機屏幕同步到電腦屏或投影屏上。

“手機+硬件”方案，需要無線同屏器，來實現(xiàn)手機與大屏幕的同屏。優(yōu)點在于不用借助電腦，可實現(xiàn)手機和大屏顯示器直接相連，不足在于易斷線、穩(wěn)定性不強。若穩(wěn)定性能進一步提高，此種方式非常值得應用。

教室里實現(xiàn)上述方案一需要將手機和電腦接入同一局域網(wǎng)中，設置同一局域網(wǎng)的三種方式所需設備及其優(yōu)點如表1所示，無線同屏技術的穩(wěn)定性取決于接入局域網(wǎng)的穩(wěn)定性。若外出上課，不知道上課教室內(nèi)網(wǎng)絡是否穩(wěn)定，可自帶手機并打開手機熱點，無需開手機流量，即可便捷地設置同一局域網(wǎng)。若教室內(nèi)能提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡，可自帶路由器或設置360免費WiFi。

2 利用手機的攝錄功能

當下手機大多具有高清攝錄功能，結合無線同屏技術，可讓手機變?yōu)椤靶z像機”，可幫助學生近距離觀察實驗；結合手機應用APP，可實現(xiàn)精細觀察，幫助學生直觀地尋找科學證據(jù)。

2.1 利用攝像功能，“直播”演示實驗與學生實驗

傳統(tǒng)的大班教學，受距離和觀察角度的影響，加之實驗器材微小，學生經(jīng)常會看不清或看不到有效的物理現(xiàn)象。如靜電現(xiàn)象中，利用驗電羽上細線被吸引來說明帶電物體可以吸引輕小物體；楞次定律教學中，利用條形磁鐵靠近或遠離楞次環(huán)來驗證楞次定律“阻礙”的本質；幾種典型的磁感線教學中，利用微小鐵條的模擬盤模擬條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁感線?？衫媒淌抑械恼故酒脚_進行“投影”，但固定的鏡頭不便調整角度，也可以利用攝像機直接錄播，但操作成本過高。如圖2所示，固定在三角架自拍桿或懶人支架上的手機[1]，結合無線同屏技術，可將手機變成易操作、低成本、便捷式的“小攝像機”。此“直播”實驗的方式可巧妙地消除觀察角度和距離帶來的不利影響，還可調整手機的焦距放大拍攝畫面，讓每位同學都有平等的機會可以清晰地觀察物理現(xiàn)象。

傳統(tǒng)的學生實驗教學當中，學生動手能力差，會出現(xiàn)各種各樣的錯誤，教師無法一一解答，部分同學的問題無法解決。在“利用打點計時器研究小車的運動”這一學生實驗中，學生存在的操作問題有：長木板帶定滑輪的一端未露出桌面；在長木板上固定打點計時器位置不對；先釋放小車后通電源等。原因之一是教師在示范操作時，沒有刻意去暴露問題，造成學生對問題的出現(xiàn)缺乏預判?？捎蒙鲜觥靶z像機”直播一組同學“利用打點計時器研究小車的運動”的實驗操作，對于固定長木板和打點計時器的位置、開始實驗時是先釋放小車還是先通電源等細節(jié)處，給出操作畫面的特寫鏡頭，讓其他學生觀看投影屏并作出點評，注意操作要點和注意事項，為自己接下來的實驗操作積累經(jīng)驗。利用“小攝像機”直播實驗操作過程，還可在課堂分組實驗中應用，讓學生從觀摩中獲取更多經(jīng)驗，為高效地進行實驗教學提供可能。

2.2 利用小影APP，實現(xiàn)精細觀察

對于諸如微小形變、高速過程等，肉眼很難精細觀察，采用科學儀器或智能設備手段，有可能獲取有價值的科學證據(jù)[2]。利用手機功能是實現(xiàn)精細觀察的重要途徑之一。一般手機拍攝功能有30幀/秒，小影APP能以120幀/秒的速度錄制視頻，并以30幀/秒的速度播放視頻，實現(xiàn)對高速過程以四分之一速度慢放的效果。

小影APP如何實現(xiàn)錄攝慢放視頻呢？打開小影APP，點擊“拍攝”模式（如圖3左圖），在高清相機模式點擊右上角的設置鍵，如圖3右圖出現(xiàn)拍攝速度調節(jié)，調至1/4處后，拍攝即可獲得慢放的運動過程。

慢放的高速過程讓觀察更加直觀、更加從容，如驗證平拋運動與水平分運動（勻速直線運動）的等時性實驗中，平拋運動持續(xù)時間不足0.5 s，學生很難從容地觀察到平拋運動，更難觀察到平拋運動小球和其水平分運動（勻速直線運動）小球的水平位置關系。利用小影APP攝錄下運動過程，播放慢放過程，如圖4所示，可以直觀地看到兩小球在任意時刻都處于同一水平位置。學生看完后，發(fā)出“哇哇”的驚嘆聲，直觀感性的物理素材讓他們感受到了物理之美帶來的震撼。還可類似驗證平拋運動與其豎直分運動（自由落體運動）的等時性，其他快速變化過程也可用此方法“慢放”，如利用單擺能否擺至等高點來驗證機械能守恒，利用牛頓擺來研究彈性碰撞的特點等。

利用小影APP視頻編輯中的逐幀播放，將每幀畫面進行比較，可獲取科學證據(jù)。很少學生體驗過蹦極，對于蹦極過程，大多學生錯認為彈性繩伸直的瞬間，人就開始減速。為了糾正學生的錯誤認知，利用彈簧振子來模擬蹦極過程，引導學生去觀察逐幀播放的畫面，“看到”速度的變化。這該如何實現(xiàn)呢？圖5為模擬裝置，長紙條上面的紙條標記彈簧的原長點，下面的紙條標記彈簧受力的平衡點。在略高于原長點的位置釋放，用小影APP將運動“慢”過程拍攝下來，打開視頻編輯頁面，選中視頻，拖動下方的進度條可實現(xiàn)逐幀步進。此時，發(fā)現(xiàn)畫面當中的重錘有“拖影”，引導學生將之與生活中拍糊的照片聯(lián)系起來，拖影的長度可以定性地反映物體運動速度的快慢。讓學生觀察重錘上紙條拖影長度的變化，得到下落過程中的速度變化情況，速度先變大，達到平衡位置時最大，之后減小至零。因此，彈性繩伸直的瞬間，人不是馬上減速，而是先加速。再結合受力分析，加速的原因在于重力和彈力的合力方向與速度方向相同。逐幀播放畫面“看到”是什么，理論分析知道為什么，此后學生在相關練習當中錯誤率會大大降低。此方式還可用于以下實驗的精細觀察：超重、失重現(xiàn)象當中，視重與重力大小的關系；完全失重現(xiàn)象中，視重為零的現(xiàn)象；裝滿水的礦泉水瓶下落與桌面相碰的形變過程等。

3 利用手機的自帶傳感器

手機中有加速度傳感器、磁傳感器[3]、位置傳感器、聲傳感器、氣壓傳感器等，利用這些傳感器，用相關APP激發(fā)其功能，課堂實驗將更加精彩。

驗證磁感應強度的矢量性教學當中，可利用physics toolbox APP中的指南針和高斯計功能來分別確定磁場的方向和大小，可直觀地感受磁感應強度的矢量性。還可以利用兩個磁場疊加滿足的運算法則區(qū)分矢量和標量，具體操作如下：首先，確定磁傳感器在手機中的位置，條形磁鐵S極平行于手機上邊框、左邊框緩慢移動，磁感應強度最大的位置交點為磁傳感器的大致位置；其次，與手機磁傳感器等距離且相互垂直的兩位置放上相同的條形磁鐵（如圖6所示），單個的磁感應強度約為603 μT，兩垂直磁場在等距點的合磁感應強度為880 μT，該運算法則顯然不滿足代數(shù)相加，近似滿足平行四邊形定則，可加強學生對磁場矢量性的認識。

physics toolbox APP可激發(fā)手機所有傳感器的功能，可滿足的高中物理實驗教學有：線性加速度功能可用于研究與手機綁定物體加速度的相關問題，陀螺儀功能可用于研究角速度的相關問題，重力計可用于研究超重、失重現(xiàn)象等。利用APP激發(fā)手機傳感器功能為低成本物理實驗和生活中隨時隨地實驗提供了極大的便利。

4 利用社交軟件

QQ、微信是當今社會幾乎人人每天都在使用的社交軟件，以此作為教學平臺在課上課下實現(xiàn)師生交流互動，師生不需要操作培訓，課堂使用零障礙。

在“探究感應電流的產(chǎn)生條件”的教學環(huán)節(jié)中，如何讓學生通過不同的實驗操作現(xiàn)象去歸納總結感應電流的產(chǎn)生條件是本節(jié)課的重點。但由于上課時間有限，不可能給學生很多時間去進行各種探索，再加上學生個體思維的局限性，很難想到各種不同的操作方式。如果能讓學生的思維相互啟發(fā)，在短時間內(nèi)顯現(xiàn)出多種不同的實驗現(xiàn)象，就可使學生自主歸納得出感應電流的產(chǎn)生條件。

教師可在課前建立一個班級QQ群，作為核心的學習交流平臺。每個小組自帶一臺手機，可以讓學生將實驗結果拍成短視頻或者圖片，分享到班級QQ群當中去。學生上傳的能觀察到感應電流的情況有：開關閉合、斷開過程；變阻器滑片移動使電磁鐵所在回路電流減小；磁鐵插入線圈內(nèi)；磁鐵靠近線圈；磁鐵經(jīng)過線圈。學生根據(jù)這些自己或同學所做的實驗，思考總結感應電流的產(chǎn)生條件。總結時，有學生提到當線圈和條形磁鐵發(fā)生相對運動時，閉合回路中才有感應電流產(chǎn)生。此時，將條形磁鐵水平向下移動靠近線圈而未產(chǎn)生感應電流的實驗視頻再讓大家看一遍，制造思維的矛盾，學生生疑，進一步完善自己的總結。此案例因其素材現(xiàn)場生成、真實生動而更能引起學生的共鳴。

5 手機輔助物理教學的優(yōu)點

手機輔助教學，輔助的主要手段有：無線同屏技術、手機自帶的功能、基于APP的手機自帶傳感器、社交類APP等。根據(jù)物理教學需要，可使用單一手段，也可綜合多種手段，可取代部分傳統(tǒng)的物理實驗器材，可取代相機、攝像機等傳統(tǒng)的攝錄設備，還具有以下幾個優(yōu)勢。

5.1 手機可成為教師的得力助手

手機輔助教學手段多樣化，為教師備課、課堂教學、課外輔導提供便利。手機的攝錄功能，可突破觀察的角度、距離等問題，還可通過“慢放”“逐幀播放”實現(xiàn)精細觀察。課堂演示實驗可能不成功，會影響課堂進度，利用手機將實驗提前錄制下來作為備選方案，可以很好地保證教學的流暢性。演示實驗、典型的作業(yè)題等素材在教學中可不斷積累、完善，最終成為自己教學的素材庫，儲存在手機中，可成為教師備課、教學的移動資源庫。

5.2 手機融入課堂更接地氣

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下教育的發(fā)展，部分學校開始建設“智慧課堂”“云課堂”等新型課堂模式，將互聯(lián)網(wǎng)技術融入教學當中，但建設成本較高，很難短時間內(nèi)全面普及新系統(tǒng)、新教室，教師和學生的學習成本較高，不利于推廣使用。手機普及率較高，很容易保證教師和學生人手一部手機，且能熟練操作，手機進入課堂的建設成本、學習使用成本都很低，在手機的信息化環(huán)境下的教學就具有成本低、易推廣等接地氣的特點，為提升教育信息化水平提供了一條新路徑。

5.3 手機可成為學生課外學習的助手

學習不僅發(fā)生在課堂，學生課外自主學習也非常重要。手機可以改變課外學習的哪些方面呢？首先是答疑方式，教師可利用社交軟件在線為學生答疑，學生也可自主利用網(wǎng)站搜索功能、學霸君、小猿搜題等學習軟件來解決學習問題；此外，還有物理研究性學習，手機除了可用于查找資料、記錄素材之外，還是強大的實驗工具，如基于APP的手機自帶傳感器、多種視頻分析手段等。

當下手機技術仍在高速發(fā)展，新功能層出不窮，應用軟件日新月異，為手機融入物理教學、提升教學效果提供更多的選擇和可能性。

參考文獻：

[1]梅容芳，蔡百川，梅建國，等.智能手機APP在物理實驗中的開發(fā)與使用[J].中學物理教學參考，2016，45（10）：56-57.

[2]羅樂.視頻分析方法在物理教學中的應用——用數(shù)碼相機實現(xiàn)精細觀察[J].物理教師，2013，34（3）：10-14.

[3]鞠傳信，李玉峰.基于物理磁力工具箱的智能手機輔助磁學實驗創(chuàng)新設計[J].中學物理，2015，33（18）：47-48.

（欄目編輯 張正嚴）