基于智能手机的物理实验活动设计

（一）课外物理实验探究的作用与意义

课外实验是相对课堂实验而提出的，两者在教学任务与目的、内容与形式上是有区分或分工的，理论上认为课外实验是课堂实验的补充和延伸。由于教学任务繁重，课堂教学时间也不充裕，有的课堂探究实验的探究过程并不完整，因此课外实验不仅丰富了实验探究活动，促进知识迁移应用，更重要的是在探究过程中培养学生科学探究的物理核心素养。

基于智能手机的课外物理实验探究活动，能激发学生的学习兴趣，有利于知识应用与迁移。智能手机自身对学生而言有着非常大的吸引力，在课堂上教师应用智能手机开展物理实验，课后学生会迫不及待地使用智能手机再现实验过程，且智能手机不受时间、空间限制，有利于学生将生活中丰富的素材与之相结合，以此开展更多新的实验探究活动，有效促进所学知识迁移与应用。

自主探究活动有利于促使学生去独立思考，培养创新能力。课外实验的取材丰富，所谓“瓶瓶罐罐做实验”，学生利用生活中触手可及的生活物品，选择简单的实验器材展开实验探究活动；教师鼓励学生大胆探究，鼓励学生独立设计实验方案，进行实验验证。通过自主探究活动调动学生自主学习的积极性，学生能在独立思考、大胆实践中，提升自身的创新意识和探究能力。

课外实验有效开展，能提高课内探究式课堂效率；经历了丰富的课外探究活动，在课堂内的探究活动中，学生能发散自己的思维，大胆地表达自己的想法和观点；当教师提出问题后，能快速抓住问题本质，能在脑海中快速建构探究过程；当讨论中观点不一致时，能大胆表述自己的观点，与同学进行交流讨论，从而使探究式课堂有效顺利开展。

（二）课外物理实验探究举例

大多初中学校是明令禁止学生带手机进入校园的，基于智能手机开展物理实验更多地是教师在课堂上进行演示实验。但学生在课下也可以重复教师课堂上的实验操作步骤再现实验过程，加深对实验内容的理解培养实验探究能力，在探究过程中发散思维，展开更多的实验探究活动，下面简单举例了一些运用智能手机在生活中展开的实验探究活动。

1.基于声音传感器的探究活动

（1）声音传感器测量不同环境中的声音强度

在手机中下载噪声分贝仪APP，该软件调用手机内置的声音传感器测量声音的强度，并能记录测量数据。噪声分贝仪能记录测量过程中声音强度的最小值、最大值、平均值以及当前值。学生使用这样一个简单的应用软件，能随时随地探究生活环境中的声音强度。通过测量大街上商家的广告声、广场上广场舞的音乐声、车辆的鸣笛声、鞭炮燃放时的声响等等，在实际的体验感受中了解到为什么一般的噪声限制为60dB，实现学以致用，将所学的知识与生活相联系。

（2）声音传感器探究吉他琴弦音调与频率的关系

运用Phyphox软件声学部分的Audio Autocorrelation模块，测量声音的频率大小。通过拨动不同的琴弦感受音调高低变化的同时，还可以通过Phyphox测量出琴弦振动时声音的频率大小。吉他的六根琴弦粗细不同，从一弦到六弦琴弦越来越粗，音调从高到低变化。在该实验中，拨动吉他的一弦时，测量出的声音频率为326.46Hz；拨动三弦时测量出的声音频率为197.03Hz；拨动六弦时测量出的声音频率为160.32Hz。从一弦到三弦再到六弦，音调在降低，对应声音的频率也变小。(www.xing528.com)

在这个实验中，运用手机和吉他就能完成，操作简单，实验现象明显，在拨动吉他琴弦时能明显观察到琴弦振动，加深了对声音是由于物体振动产生这一知识点的理解，体验不同琴弦音调高低的不同，通过实验所记录的数据直观感受音调高低与频率的关系。运用该软件还可以测量其他乐器和物体的声音频率。

（3）声音传感器测量声速

运用Phyphox软件声学部分的Acoustic Stopwatch记录两个声音之间的时间间隔。选择较为安静空旷的场地，两名同学各持一部手机相隔距离d，为了准确地接收到声音，设置Acoustic Stopwatch的声音触发阈值高于环境噪声级。第一位同学靠近手机1击掌，这时手机1开始计时，随后手机2接收到第一位同学的击掌声开始计时。此时第二位同学靠近手机2击掌，手机2接收到该声音停止计时，手机2记录的时间间隔为Δt1，接着手机1接收到第二位同学的击掌声停止计时，手机1所记录的时间间隔为Δt2。两个手机所记录的时间差值Δt＝Δ t1－Δt2，即声音在传播过程中所用的时间。通过实验测量出声音在传播中所经历的时间，又已知两部手机之间的距离，这样就能计算出声音的传播速度。

（4）声音传感器探究弹球的高度变化及运动过程中的能量变化

Phyphox软件中声学部分的（In）elastic collision模块，通过手机麦克风记录弹球与地面接触时相邻的时间间隔，并自动计算出弹球最初释放的高度以及每次反弹高度。需要注意的是，在实验过程中需要保证实验环境的安静。将记录的实验数据与机械能守恒定律进行分析，引导学生观察数据，可以分析弹球在反弹过程中的能量变化情况。弹球在下落的过程中重力势能转换为动能；撞击地面的形变恢复过程中弹性势能转换为动能；在上升的过程中动能转换为重力势能。由于在碰撞过程中能量损失，弹球反弹的高度越来越低，机械能越来越小。

2.基于气压测量仪的探究活动

（1）气压测量仪测量楼层高度及海拔高度

气压测量仪通过调用智能手机内置的压力传感器以及定位系统，可以准确测量出某地大气压强，海拔高度以及经度与纬度。通过气压测量仪可测得到不同的楼层所处海拔高度，进而计算出楼层间的高度，以及分别测量山底和山顶的海拔高度得到山的高度，与此同时根据气压测量仪上显示的大气压强的数据变化，可以发现随着海拔高度的上升，大气压强在不断地下降，进而得到大气压强与海拔高度之间的关系。

例如：应用气压测量机测量一层和十七层的大气压强和海拔高度。在一楼测得大气压强约为95.657KPa，海拔为510.14m；在十七楼测得大气压强约为95.143KPa，海拔为556.34m。通过实验测量数据可得，随着楼层增高，海拔高度也增大，大气压强也对应着降低了。

（2）气压测量仪测量探究气体压强与流速之间的关系

当高铁或动车穿过隧道时，有些人会感觉到耳朵不舒服，这一现象的出现是因为气体流速增大导致压强变小。在列车行驶的过程中，若把列车视为参照物，那么列车周围的空气相对于列车来说就是向后流动的；当列车经过隧道时，等同于流动的空气突然进入到一个狭窄的通道，这时空气流速迅速增大，导致附近的气压降低，乘客就会感觉到耳朵不舒服。当学生坐上动车时，可以运用气压测量仪测出列车进入隧道前后的气压值，测量发现列车进入隧道后气压降低，与课堂上教师所讲解的理论相互验证。在站台上候车或等待地铁时，也可以应用气压测量仪测量，列车未进站时站台周围的大气压强，以及列车经过站台时站台周围的大气压强。