安卓智能手机在中学物理教学中的应用研究

陈桂鹏

一、利用安卓手机现有的配置回放教学视频资源、录制观察到的现象，加深对物理知识的理解

物理是一门以观察和实验为基础的学科。观察是研究物理现象的开端和基础，是人们感知物理世界的重要方式。观察和实验是认识物理现象的动力之源，是学好物理知识的基础。

在物理教学过程中，尽管有教师有目的地引导，但教师演示实验只是一个短暂的过程。对于学生而言，由于观察角度不同会有不同的观察结果。在教学过程中，如果教师把演示实验录制下来，拷贝到学生的安卓手机中，学生可以反复观看，有利于更深入地学习实验的本质。同时，有条件的学生还可以仿照教师的实验过程重新实验，加深对物理知识的理解。

学生可以利用安卓手机的摄像功能，把在实验过程中遇到的疑惑现象录制下来，以便和教师以及其他同学进行交流。

观察不仅仅局限于课本中提及的实验，在现实生活中物理现象随处可见。鼓励学生利用手机把观察到的与物理有关的现象录制下来，一来可以多次回放，便于仔细观察研究；二来，可以和同学以及教师探讨，锻炼学生解决问题的能力。

目前，安卓系统已经成为智能手机的主流系统，手机摄像头在300万像素以上。显示屏多采用高像素、大尺寸屏幕，能储存多达32 G数据，而这样的手机配置价格只需几百元，性价比高，可以满足学生清晰的视频播放和录制要求。

二、利用手机上网功能实现资源共享，引导学生收集更多的物理现象等学习资料，加强学生之间的交流合作

目前，网络的普及，给人们的学习带来极大的便利，其最大的特点就是资源共享。安卓手机基本上配置了GPRS，WIFI和蓝牙等无线通信设备，利用这些设备，可以把学生记录的点点滴滴的资源组织起来，组建一张知识网。

如压水井，这个在城市中心基本消失的工具，学生已经很难见到了。如果某位学生去过乡下，见到了并录制下来，回到学校后通过手机蓝牙功能传给周边的学生。这样便有更多的学生看到真实的压水井工作过程，同时，提供共享资源的学生会受到更大鼓励，会去积极观察并录制更多的物理现象。

蓝牙只能实现点对点传输，即一名学生只能给一名学生发送数据，要把一个有价值的片源传给全班甚至全年级的学生，会花费很多时间。鉴于这个缺点，学校建立了一个资源共享网站，每名学生上传片源后，通过专职教师审核后，即可提供给全年级的学生下载。学校对优质片源的提供者给予适当的积分奖励，让资源共享实现“价值”化，使学生具有成就感。这样学生就会更多地去观察、寻找更有价值的物理现象。

三、安装相关软件，对现有的教学资源移植，构建虚拟化实验室

安卓系统具有开放性的特点，受到越来越多编程爱好者的欢迎。目前有大量Office，Flash等安卓软件，可以将计算机上的教学资源很容易地传到安卓手机系统上。例如，教师在备课过程中精心制作的PPT课件，只要学生的安卓手机安装了相应程序，就可以直接播放，节约了大量的课件转换时间。

基于安卓系统的虚拟仿真实验是利用Java语言创建的实验操作虚拟环境，将真实实验的仪器和设备的功能虚拟为相应的物理模型，通过触屏点击操作这些虚拟的实验仪器或设备，即可进行各种实验，实现与真实实验一致的效果。它集专业理论知识、虚拟仿真技术、Java编程技术于一身，学生可进入虚拟实验室操作仪器，进行各种实验。

仿真物理实验室的使用旨在创造一个激发学生积极探究的物理情境，它具有很强的目的性、交互性和开放性。对于想象能力、理解能力较差的学生来说，仿真实验室是一个理想的学习工具。同时，仿真实验室是基于安卓系统的移动设备，方便学生利用课余时间对虚拟实验室进行操作。

四、利用安卓手机自带的传感器和外扩传感器，构建虚实结合的物理测量工具箱，方便学生随时对现象进行观测

虚拟物理实验室与真实物理实验室最大的区别在于虚拟实验室中操作的并不是真实存在的实验仪器和设备，而只是用软件仿真来模拟日常使用教学设备。它本身就有一定的局限性—缺乏真实感。鉴于此，利用安卓手机自带的多种传感器和外扩传感器来真实感知环境量的变化，与虚拟仪器相结合，使学生操作更具有真实感，为学生随时感知周围的物理现象提供便利条件。

在初中物理实验中，需要测量的物理量大致为温度、速度、时间、电阻、电流、电压等。

1.安卓手机内部传感器

安卓手机传感器受手机品牌的限制，种类也不相同，但基本上都有加速度传感器、位置传感器和时钟。转换见表1。

表1

2.通过手机USB外扩传感器

外扩传感器需要外加具有USB模块的单片机系统，大多数单片机内部有测电压的多通道AD转换器，利用该转换通道可以构建电压表、电流表、欧姆表等，同时也可以测量压强、温度等物理量。由于单片机内部AD转换器可以测量的最大电压值是3.3 V，多量程的电压值、电流值、电阻值都可以通过相应的电路转化为电压值来测量。

(1)双量程电压表设计

实验室电压表的量程分为0～3 V和0～15 V两个量程，采用电学中串联电路的分压作用来扩展AD转换的测量范围，由于AD转换自身的测量范围能满足0～3.3 V电压的测量，因而只需扩展0～15 V。当测量电压是15 V时，AD转换测量电压最大为3 V，根据分压公式U1/U2=R1/R2，计算得出电阻R1:R2=4:1，由于电压表阻值比较大，因此采用R1=8 MΩ，R2=2 MΩ。

(2)双量程电流表设计

如图1所示，当选档开关打到0～0.6 A档时，I=U测/5 Ω，U测最大电压即为AD采集的最大电压3 V，I=0.6 A；当选档开关打到0～3 A档时，I=U测/1 Ω，I=3 A。

(3)欧姆表设计

如图1所示，采用串联电路的分压作用，用两路AD转换分别采集RX与R0两端的总电压UX0，R0两端的电压U0，R0=10 Ω，根据公式：RX=(UX0-U0)R0/U0即可以得出所测电阻阻值。

图1

(4)温度计设计

单片机检测温度采用18B20温度传感器，其感温范围—55～+125 ℃，可通过单总线直接读取传感器内的温度值，使用非常方便。

(5)压强计设计

采用压强传感器检测。量程：40 kPa(差压)；输出：mV信号，可用AD转换来检测压强传感器输出的电压信号。

总体框图如图2所示，当手机采集内置传感器和外扩传感器的数据后，利用编程技术在手机可视化程序中虚拟与传感器对应的测量工具。这样，学生的手机就成了真实的多元化仪器箱。

图2

五、使用权限设置，禁止学生利用手机上网、聊天、玩游戏，解决家长后顾之忧

目前，我校大多数家长没有为学生配备手机，原因很简单，担心孩子利用手机上网、聊天，影响学习。但是，因为这些原因而拒绝给孩子配备手机显然是不合理的。我们可以通过技术手段来解决学生使用手机玩游戏的弊端，如使用权限控制软件，给上网、短信、安装软件等进行限制，这样学生只能用手机进行学习和日常交流。

六、结束语

安卓手机在中学物理教学中的应用，不但可以解决资源共享，扩展学生知识面，还可以促进学生利用手中的手机资源记录生活中的物理现象。达到和学生、教师相互交流的目的。同时，使用虚拟技术和传感器检测技术相结合的方法，充分利用虚拟技术的预设目的性和传感器检测的真实性特点，给予学生多元化的感受，使学生的物理知识得到巩固。通过设计权限软件限制学生的使用权限，解决家长和教师最担心的学生上网聊天、玩游戏等问题。如果在今后的实际运用中普及，引进大公司为学生量身定做安卓手机，使学生在各学科中都能使用丰富的资源，这将把学生领进数字化的学习时代。