智能手机开展中学物理实验的可行性研究

（一）基于智能手机设计物理实验的理论基础

1.戴尔经验之塔学习理论

经验之塔学习理论是由美国教育专家戴尔提出的，他把学习的经验分为三个大类、十个层次。三个大类是按照经验抽象程度来划分的，分别是“抽象的经验”“观察的经验”和“做的经验”。其学习理论的基本观点是：教学过程要以具体经验为出发点，从具体经验逐渐向抽象和普遍发展，最终形成能推理的概念。^[2]

对于学生分组实验，在实验过程中学生通过动手操作能获得直接的经验，即“做的经验”。分组实验过程，不仅能激发学习物理的兴趣，还能使学生经历了动手操作过程更能加深印象和加深对知识理解与掌握。对于演示实验，学生通过观察教师演示实验的过程，并对实验现象加以思考，结合教师讲授，增强其对知识的感性认识，加深对知识的理解、巩固记忆。在演示实验过程中学生获得“观察的经验”。还有一类在实际情况下很难操作的实验，教师通过会选择让学生观看实验视频，并结合视频对实验进行讲解，这类实验教学中所对应地分别是“观察的经验”和“抽象的经验”，这些经验并不具备直接性。

俗话说“眼见为实，耳听为虚”，人类的感官在对于外部事物认知过程中，靠视觉获取认知中的占83%，听觉占11%。在实际教与学的过程中，要想发挥实验的真正作用与效果，就是要尽可能地创造相对应的情境，让学生亲自体验完整的实验探究过程。这样不仅能锻炼学生基础的实验操作技能，而且在经历完整的实验过程基础上能更深刻的理解相关物理理论和物理规律，真实地感受到物理学的严谨与美妙。

2.有意义学习理论

著名的美国心理学家奥苏贝尔认为学生的学习过程是有意义的接受过程。有意义学习是指能够将所要学习的新知识与原本知识体系中相似的某些东西建立起一定联系，这种联系是具有一定逻辑性的而不是随意强加的。在学习过程中新知识与旧知识建立具有逻辑性意义。奥苏贝尔认为，为了更好地达到有意义学习需要注意以下三个方面：第一个方面是学习内容的习得是在新旧知识的相互联系下不断深化的，而不是靠单纯的机械记忆来理解掌握的；第二个方面，学习内容能与学生已有的知识体系产生一定的联系；第三个方面是学习者要有主动构建新旧知识之间联系的意愿和动机。只要具备以上三个因素就会发生有意义学习。

智能手机已经成为日常生活不可缺失的重要组成部分，在日常生活中扮演着非常重要的角色。在信息时代发展的大背景下，智能手机不仅仅是通信工具，更是我们获得各类所需信息、与外界沟通交流学习的重要平台。学生熟悉智能手机的各种应用操作等同为已有经验。物理实验对于学生科学探究能力、创新精神培养有着非常重要的作用和意义。利用智能手机设计物理实验，有利于帮助学生建立与已有经验之间的联系，手机作为日常生活中非常熟悉的物品自然能吸引学生的学习兴趣。在有意义学习的理论基础上，笔者在本书中提出了智能手机在物理实验教学中设计原则及教学实践原则。

在教学过程中强调引导学生运用已有的知识经验体系对学习内容进行有意义的建构过程，而不是把建构好的知识体系强加给学生。为了支持学生完成有意义的建构过程，为学习者提供各种信息资源、各种类型的教学媒体和教学资料，为学习者创造良好的学习环境。(www.xing528.com)

从学生的内在动机出发合理利用智能手机参与设计物理实验教学，目的在于充分调动学生学习物理的兴趣。这样不仅了解了学生已有的知识经验，而且有利于学生对知识的有意义建构。基于智能手机的物理实验，能探究生活中的物理，在真实的生活环境背景下开展教学活动，有利于学生将所学的知识融入真实的社会生活中，有利于培养学生在实际生活中处理问题的能力，还有利于学生与教师之间沟通交流。学生借助智能手机来探究课内外物理实验，更是一种通过智能手机这一信息技术的视角来观察周围世界的又一有效方式。这一系列的过程说明，智能手机能够充分帮助学习者构建知识。在教师的引导下学生经历利用多媒体对自然科学问题的研究过程，在这样一个过程中学生建构知识网络的能力以及综合能力都得到提高。

（二）使用智能手机开展物理实验教学的可行性分析

智能手机是指具有移动操作系统，可通过安装应用软件、游戏等程序来扩充功能，并可以通过移动通信网络来实现无线网络接入手机类型的总称。从1G模拟蜂窝网络到2G数字网络到3G高速IP数据网络再到4G全IP数据网络以及5G蜂窝移动通信技术，在越来越先进的通信技术支持下，智能手机正发生着翻天覆地的变化，智能手机已经成为我们日常生活中不可或缺的重要部分。

中国互联网络信息中心，最新统计发布的《中国互联网发展状况统计报告》中显示，到2019年8月30日为止我国网民规模达到8.54亿，其中使用手机上网的网民比例达到99.1%。

通过分析，可以了解到初中学生网民群体，是整个网民群体中所占比例较大的一部分。如何充分利用智能手机的各项强大功能服务于我们的教学活动，这是值得我们去认真思考的问题。由此可见将智能手机融入物理实验中很有必要，一方面运用智能手机进行实验为物理实验教学注入了新鲜的血液；另一方面将智能手机运用在学习中能在潜移默化中改变学生对手机的认识。智能手机开展物理实验不受时间、空间的限制，学生不仅能在课下运用智能手机重现课堂实验过程，还能在课后运用智能手机进行课外物理实验探究活动。

（三）Phyphox软件介绍

Phyphox全称Physical Phone Experiments，是2016年由德国亚琛工业大学基于传感器设计开发的物理实验手机软件，安卓系统和iPhone OS（IOS）系统均可下载，Phyphox软件通过调用手机的内置传感器，根据手机的运行情况和周围环境进行相应的数据测量。Phyphox由多个部分组成，如单独的传感器：加速度传感器、陀螺仪传感器、光学传感器、定位传感器、磁性传感器和压力传感器；基于传感器开发的实用工具：声学秒表、运动秒表、光学秒表、角度测量仪、音频发生器等；多个传感器组合而来便于探究转动、滚动、弹性碰撞、弹簧振动、单摆、失重和超重等多种基本运动。该软件还有远程访问的功能，可以通过计算机远程操控该软件。软件还有更大的优势是可以按照实际实验的需求，自行编写实验创建自己的“实验室”。