寇虹

摘 要：隨著智能手機(jī)日益強(qiáng)大的操作系統(tǒng)，手機(jī)中的開發(fā)軟件越來越功能化，選擇其中合適的功能和開發(fā)軟件作為教學(xué)資源為教學(xué)服務(wù)，既能提高課堂效率，又能體現(xiàn)出與時(shí)俱進(jìn)的教學(xué)理念.本文嘗試運(yùn)用智能手機(jī)中軟硬件的優(yōu)勢，以人教版初中物理教材九年級上冊第十八章第三節(jié)“測量小燈泡的電功率”為例來說明智能手機(jī)中的APP在物理教學(xué)中的具體應(yīng)用.

關(guān)鍵詞：測量小燈泡的電功率;智能手機(jī);物理教學(xué)

文章編號：1008-4134（2020）06-0061 ? ?中圖分類號：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 概述

“測量小燈泡的電功率”是初中電學(xué)部分的重要知識，以人教版教材為例，如圖 1所示，該節(jié)作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生自行設(shè)計(jì)電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能利用滑動(dòng)變阻器控制電路，分別記錄小燈泡在不同亮暗下實(shí)際功率的大小，再與額定功率進(jìn)行比較，得出結(jié)論.就傳統(tǒng)課堂的學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，電學(xué)實(shí)驗(yàn)存在一個(gè)很大的隱患.即安全問題.由于初二學(xué)生電學(xué)知識薄弱，實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)較少，在改變小燈泡兩端的電壓超過了其額定電壓時(shí)，極易燒壞小燈泡，甚至燒毀電路，從而增加了實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性.因此，讓學(xué)生學(xué)會“規(guī)范操作”“安全用電”是本節(jié)課堂教學(xué)的重點(diǎn).為此，本文將智能手機(jī)運(yùn)用到課堂上，嘗試運(yùn)用手機(jī)中軟硬件的優(yōu)勢解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的問題.讓學(xué)生深切地體會到物理與現(xiàn)代的科技生活存在緊密聯(lián)系，達(dá)到從物理走向生活這一課程理念，也能在一定程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性. ? 2 智能手機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)較實(shí)物實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢

隨著近幾十年社會科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展，智能手機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域得到了迅速的普及和運(yùn)用，其功能也得到了豐富的擴(kuò)展.一般來說，智能手機(jī)均配備了力、熱、聲、電以及磁等多種傳感器，并且可以免費(fèi)下載各式各樣的測量工具軟件，可以通過這些工具軟件測量多種物理量，如長度、時(shí)間、加速度、角度、坡度、高度、距離、面積、壓力、聲強(qiáng)、頻率以及磁感應(yīng)強(qiáng)度等，這為學(xué)生開展課外自主型的物理實(shí)驗(yàn)提供了極大的方便.所以引入智能手機(jī)輔助教學(xué)不僅能使教學(xué)者更加方便靈活地組織課堂教學(xué)，也能提高學(xué)習(xí)者的積極性和針對性.

2.1 實(shí)驗(yàn)精確度方面

現(xiàn)階段，一般的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)器材都比較陳舊老化，歷屆學(xué)生不熟練規(guī)范的操作也給實(shí)驗(yàn)器材造成了一定的損壞，導(dǎo)致許多器材在實(shí)驗(yàn)前本身就不準(zhǔn)確，在這樣條件下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)就會出現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)想的實(shí)驗(yàn)誤差.但手機(jī)軟件中的模擬仿真器材都是理想元件，可以在使用前進(jìn)行修復(fù)調(diào)零，比如像電流表、電壓表、電源等儀表，都是理想元件，讀數(shù)精準(zhǔn)度也極高，都可以通過數(shù)字顯示直接讀出.以此達(dá)到現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中不能達(dá)到的理想條件.

2.2 電學(xué)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性方面

傳統(tǒng)課堂中，“測量小燈泡的電功率”一節(jié)是作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，在此之前，初中學(xué)生對電學(xué)部分的知識認(rèn)識較淺，并沒有形成系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，也沒有養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣，很難避免接錯(cuò)電路，燒毀用電器等情況出現(xiàn)，更有甚者會給實(shí)驗(yàn)室?guī)戆踩[患的問題，因此采用手機(jī)APP模擬仿真實(shí)驗(yàn)好處就在于：（1）絕對安全，不會引發(fā)安全事故;（2）可以重來，讓學(xué)生有多次試錯(cuò)的機(jī)會;（3）幫助學(xué)生養(yǎng)成安全用電意識和良好的操作習(xí)慣;（4）可以促進(jìn)學(xué)生節(jié)能環(huán)保意識的養(yǎng)成;（5）操作方便靈活，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)后還可根據(jù)其它方案連接電路，嘗試多種方式的電路連接以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力.在此基礎(chǔ)之上，再進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，會大大降低學(xué)生連接實(shí)際電路的錯(cuò)誤率，結(jié)合對比兩種不同情景下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生可以自行進(jìn)行誤差分析，更好地理解理想條件與實(shí)際情況的差距與利弊關(guān)系.

2.3 其它方面

（1）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)無限接近實(shí)物，卻又比實(shí)物的性能好，可以達(dá)到實(shí)物無法達(dá)到的理想條件.

（2）較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的可視性更高，可通過手機(jī)與電腦投屏實(shí)時(shí)反映任一學(xué)生實(shí)際實(shí)驗(yàn)情況.

（3）智能手機(jī)的運(yùn)用簡單，學(xué)生易操作，以此可以激起學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)手興趣.

（4）將智能手機(jī)及其相關(guān)軟件合理運(yùn)用于課前課后教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課練習(xí)以及其他教學(xué)管理等教學(xué)環(huán)節(jié)，可以極大地提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率.

3 軟件介紹

本堂課教學(xué)使用的輔助手機(jī)軟件有“物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)”與“Total Control”，其中“物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)”用來模擬電學(xué)實(shí)驗(yàn)，“Total Control”這一軟件用來將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過程同步直觀投影在多媒體上.

3.1 “物理實(shí)驗(yàn)課”與“Total Control”的下載途徑

途徑一：在手機(jī)應(yīng)用商店搜索“物理實(shí)驗(yàn)課”與“Total Control”兩款軟件直接下載.

途徑二：掃描圖 2二維碼下載“應(yīng)用寶”，再在應(yīng)用寶中搜索“物理實(shí)驗(yàn)課”與“Total Control”， 簡稱“TC”，按步驟下載安裝即可. ? 3.2 “物理實(shí)驗(yàn)課”與“ Total Control”的基本使用

“物理實(shí)驗(yàn)課”的工作界面如圖3（a）所示，點(diǎn)擊“電學(xué)”實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭M(jìn)入圖3（b）界面，根據(jù)所需在右下方“+”工具欄中選擇合適器材，拖動(dòng)到上方界面即可對其進(jìn)行自由組裝連接電路.

手機(jī)與電腦需安裝相同版本的“ Total Control”才能投影，它是課堂展示的關(guān)鍵，可以將多部手機(jī)屏幕同時(shí)投影到電腦上.初次連接先按圖4的四步操作步驟進(jìn)行有線連接將手機(jī)屏幕同步投影到電腦.之后就可以實(shí)現(xiàn)用同一無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線連接，并且可以多臺設(shè)備同時(shí)投影到同一屏幕.圖5為電腦與手機(jī)連接成功后的界面，在手機(jī)上連接電路的實(shí)驗(yàn)操作步驟將會同步在電腦上呈現(xiàn).

4 基于智能手機(jī)運(yùn)用的教學(xué)過程

“測量小燈泡的電功率”是初中電學(xué)部分的重要知識.以人民教育出版社初中物理教材為例，本節(jié)被編排在九年級上冊第十八章第三節(jié)，其內(nèi)容建立在“電能 電功”“電功率”等內(nèi)容的基礎(chǔ)上，在此之前，學(xué)生初步接觸過“電阻的測量”這一電學(xué)實(shí)驗(yàn)，所以“測量小燈泡的電功率”這一節(jié)是他們對電學(xué)實(shí)驗(yàn)部分更深入的學(xué)習(xí)與了解，同時(shí)也為下一章節(jié)“生活用電”的學(xué)習(xí)做鋪墊.

學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是學(xué)會設(shè)計(jì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)去測量小燈泡的電功率，理解實(shí)際功率和額定功率的概念及意義.而教學(xué)難點(diǎn)也就在于實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、電路圖的設(shè)計(jì)與實(shí)物圖的連接以及電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器的正確使用.本節(jié)課通過情景引入激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度;利用虛擬手機(jī)實(shí)驗(yàn)給學(xué)生提供更大的發(fā)揮空間，使學(xué)生認(rèn)識到安全用電的重要性;并在反思階段傳遞給學(xué)生節(jié)能環(huán)保的觀念.

4.1 創(chuàng)設(shè)問題情景引入

詢問學(xué)生是否觀察過家中房間里的燈泡有時(shí)亮有時(shí)暗的情景.

（手機(jī)連接電腦在多媒體上）教師演示：手機(jī)上移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，學(xué)生觀察小燈泡忽暗忽亮現(xiàn)象如圖6所示，教師提問：小燈泡在不同的亮暗程度時(shí)所消耗的電功率將會發(fā)生怎樣的變化？

（從實(shí)際生活情境出發(fā)，并從情境中提出問題，激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣）.

4.2 新課展開

4.2.1 給出額定功率與額定電壓概念

利用圖6小燈泡，上面標(biāo)識了一個(gè)“3.0V 0.85W”的字樣.

教師提問：“3.0V 0.85W”代表什么含義？

引導(dǎo)學(xué)生回答“額定電壓”“額定功率”，也就是小燈泡正常工作時(shí)的電壓與電功率;即小燈泡正常工作時(shí)加在其兩端的電壓為額定電壓，在額定電壓下工作所消耗的功率稱為額定功率.

教師提問：那大家想一想若小燈泡不是在額定電壓下工作，即在燈泡亮暗程度不同時(shí)，它所消耗的是什么功率呢？這個(gè)功率有多大？

（從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象入手，環(huán)環(huán)相扣，使學(xué)生一步一步進(jìn)入到教學(xué)情境中）

4.2.2 實(shí)驗(yàn)探究小燈泡在不同亮暗程度時(shí)實(shí)際功率的變化情況

教師提問：既要測量小燈泡的電功率，那計(jì)算電功率的方法有哪些呢？

幫助學(xué)生回憶：計(jì)算電功率的方法有P=Wt、P=UI兩種.

確定實(shí)驗(yàn)原理為P=UI，再根據(jù)所需測量的物理量——電壓、電流，將其測量對應(yīng)到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器電壓表、電流表，從而得到實(shí)驗(yàn)大體框架，再選定實(shí)驗(yàn)方案.

教師提問：由于探究的是小燈泡在不同亮暗程度時(shí)實(shí)際功率的變化情況，那在實(shí)驗(yàn)中怎樣才能改變小燈泡的亮暗程度？

引導(dǎo)學(xué)生回答：利用滑動(dòng)變阻器分壓改變小燈泡的亮暗程度.

（從問題引發(fā)思考，一步一步引導(dǎo)學(xué)生解決問題）

（1）測量要求.

為全面看清小燈泡電功率的變化情況，要求測量以下三種情況下小燈泡的實(shí)際功率：U實(shí)U額;見表1.

（2）學(xué)生小組內(nèi)相互討論.

根據(jù)提供器材先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖，在小組討論中思考如下問題：

a.要是小燈泡兩端電壓達(dá)到額定電壓并超過額定電壓需要幾節(jié)干電池串聯(lián)作為電源？

b.怎樣去連接電路圖來改變小燈泡兩端的電壓？

（以這種合作學(xué)習(xí)的方式突破難點(diǎn)，并激起學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)熱情，通過這種科學(xué)探究過程，使學(xué)生養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)素養(yǎng)）.

（3）學(xué)生小組總結(jié).

該實(shí)驗(yàn)所需實(shí)驗(yàn)器材需要哪些？如圖 7所示：

（4）擬定實(shí)驗(yàn)方案.

根據(jù)小組商討方案畫出電路圖（并通過手機(jī)APP實(shí)際操作去動(dòng)手連接電路）實(shí)驗(yàn)原理如圖8所示，只需要用手調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器到適當(dāng)位置讀出所需三個(gè)要求的數(shù)值即可.

（教師巡視輔助指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，選擇幾個(gè)典型小組利用手機(jī)投影在教室投影儀上同步進(jìn)行.可能會有其他同學(xué)在這個(gè)過程中觀察其他小組實(shí)驗(yàn)操作并發(fā)現(xiàn)問題）

（5）學(xué)生小組總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

不同電壓下小燈泡的實(shí)際功率不同，電壓越大，實(shí)際功率越大;燈泡的亮度由實(shí)際功率決定，實(shí)際功率越大，小燈泡越亮.

（6）交流討論環(huán)節(jié).

交流討論環(huán)節(jié)①.

教師提問：在剛才的實(shí)驗(yàn)探究過程中你們是否遇到過什么問題？或者你們在實(shí)驗(yàn)中有沒有嘗試其他新的方法？（可在環(huán)節(jié)二連線展示）

學(xué)生：燈泡亮暗變化不明顯/燒壞了小燈泡/燒壞了電表……/我們小組利用學(xué)生電源去代替干電池/我們小組用的不同規(guī)格的小燈泡……

交流討論環(huán)節(jié)②.

教師選取某幾組同學(xué)現(xiàn)場手機(jī)連線電腦再重新進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)，其他小組學(xué)生則扮演教師角色來記錄實(shí)驗(yàn)操作中的不當(dāng)之處并嘗試在討論環(huán)節(jié)講出改進(jìn)方法.

學(xué)生：連接電路時(shí)開關(guān)未斷開/閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器沒有置于最大阻值處/使用的學(xué)生電源量程太大所以燒壞了小燈泡……

交流討論環(huán)節(jié)③.

教師提問：針對我們實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問題，同學(xué)們對此有何體會與想法？

（學(xué)生自由發(fā)表感想，暢所欲言.從物理課堂走向情感升華）.

（7）教師評價(jià)與總結(jié).

教師先對學(xué)生具體問題進(jìn)行討論解惑，再針對實(shí)驗(yàn)中燒壞小燈泡的情況做重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)：小燈泡被燒壞的原因可能是由于加在其兩端的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其額定電壓導(dǎo)致，還可能是小燈泡長時(shí)間超額工作導(dǎo)致，這是在我們手機(jī)上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，燒壞的小燈泡還可以被修復(fù)，但要是我們實(shí)際生活中用電器的操作不當(dāng)呢？帶來的可就不僅僅是小燈泡被燒壞的問題，而是更有可能威脅到自己與他人的生命安全，所以大家以后無論是在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)操作還是平時(shí)的日常生活中都一定要注意用電器銘牌上所標(biāo)識的額定值，萬萬不可忽視它們的作用.

4.3 課堂小結(jié)

利用板書回顧整節(jié)課知識點(diǎn)，做好知識梳理，并結(jié)合前面所學(xué)電學(xué)知識幫助學(xué)生對電學(xué)實(shí)驗(yàn)形成一個(gè)較為完善知識體系.

本節(jié)課通過生活現(xiàn)象引入，使用手機(jī)軟件再現(xiàn)情景視頻使學(xué)生發(fā)現(xiàn)變化規(guī)律;從而引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn).學(xué)生會利用電流表和電壓表測量了小燈泡的電功率由此認(rèn)識家用電器銘牌的重要性;理解了額定功率與實(shí)際功率的區(qū)別與聯(lián)系;還進(jìn)一步掌握了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)操作的技能.

通過手機(jī)模擬的實(shí)驗(yàn)課程，不損壞一樣器件，就可以給學(xué)生在以后的實(shí)驗(yàn)操作以及生活用電中提供警示作用，基于此環(huán)節(jié)進(jìn)行不僅可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題以及反思總結(jié)問題的能力，還能落實(shí)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任這一目標(biāo)的達(dá)成.由此實(shí)驗(yàn)過程，強(qiáng)調(diào)用電器銘牌的重要性，充分發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的重要作用.也能體現(xiàn)總結(jié)反思的重要性，是從物理走向生活的體現(xiàn).

4.4 對教學(xué)設(shè)計(jì)的總結(jié)反思

從教師方面來講，背離常規(guī)模式，采用另辟蹊徑的教學(xué)方式，可以彰顯教師自身專業(yè)的發(fā)展，對課內(nèi)課外相關(guān)知識的系統(tǒng)掌握，以及對現(xiàn)代技術(shù)的靈活運(yùn)用能力.

從學(xué)生方面來講，既能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，也以此向?qū)W生傳達(dá)手機(jī)也是一個(gè)很好的學(xué)習(xí)載體，我們應(yīng)該如何合理運(yùn)用.

從教學(xué)效果來講，手機(jī)“APP”模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，便于觀察，不僅能幫助學(xué)生更加輕松地掌握本節(jié)知識，還避開了實(shí)物教具易損壞、誤差大等弊端.

智能手機(jī)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用，不但可以解決資源共享，擴(kuò)展學(xué)生知識面，還可以促進(jìn)學(xué)生利用手中的手機(jī)資源記錄生活中的物理現(xiàn)象.達(dá)到和學(xué)生、教師相互交流的目的.同時(shí)，使用虛擬技術(shù)和傳感器檢測技術(shù)相結(jié)合的方法，充分利用虛擬技術(shù)的預(yù)設(shè)目的性和傳感器檢測的真實(shí)性特點(diǎn)，給予學(xué)生多元化的感受，使學(xué)生的物理知識得到鞏固.

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（收稿日期：2019-11-04）