移动智能终端在数字化学习中的应用研究

王 苗，彭 立

（东北师范大学 计算机科学与信息技术学院，吉林 长春130117）

本文试图将移动智能终端与数字化学习相融合，以带有多传感器的智能手机在高中物理实验的数字化学习为例探究移动智能终端应用于数字化学习的优势及其应用前景。

一、移动智能终端在数字化学习中应用的可行性

移动智能终端以用户为中心，向着更加智能化、环保化、云化以及和其他领域融合化方向发展[1]。以带有多传感器的智能手机为例，移动智能终端应用于教育教学领域具有如下优势：

1.普及性

《2011-2012年中国智能手机市场研究报告》数据显示：2011年中国手机市场中智能手机进一步普及，全年的整体关注比例达到了81.8%，智能手机的关注比例超过八成，较2010年提高了14.7%之多，预计2012年将会超过九成[2]。

2.易操作性

智能手机的多触点交互技术打破了传统计算机鼠标键盘的束缚，无需鼠标键盘作为中介进行繁琐的输入，即可达到人机交互的目的。由于知识的迁移性，有传统芯片手机体验的学习者很容易操作智能手机，不需要学习操作流程，节省了大量的时间和精力。

3.多重感知性

传感器技术在智能手机中的应用，使得智能手机能够从不同维度获取学习者以及周围环境中的各种信息，包括通过视觉、触觉、听觉、味觉来获取。[3]智能手机内置的多种传感器从外界探知的信息经过处理后转化为学习者可识别的物理信号，传递到屏幕上，供学习者学习。从而实现了智能手机与学习者之间多种维度的自然交互。

4.开放性

（1）操作系统的开放性。操作系统的开放性为学习者提供海量的数字化学习资源；开放式操作系统通过开放其应用程序编程接口以及外部函数来接受外部的程序，第三方可以根据已有的程序通过接口安装更多的应用程序，不断的完善智能手机操作系统的功能，使智能手机的功能得到无限的扩充，从而实现更加丰富多彩的用户体验。

（2）程序的开源性。智能手机操作系统程序源代码开放，使得设备具有良好的拓展性，可以拓展程序的功能；学习者可以根据个人的需要自行开发数字化的学习资源，不断完善程序；程序的开源性使得智能手机操作系统不仅能够满足学习者简单的访问，而且能够实现复杂的人机交互，甚至完全可以将手机操作系统作为开发平台，开发出更加丰富的功能。

5.多触点交互性

移动智能终端的多触点交互技术允许单个用户或多个用户通过手势与交互界面进行对话[4]。移动智能终端没有繁琐的输入输出设备，多触点触摸屏将鼠标、键盘等输入设备以及显示屏输出设备融为一体，输入信息无需中间设备即可呈现反馈结果交互自然、便捷。极大地方便了学生之间的协作学习，能够满足多个学生共同合作完成同一学习任务。

二、移动智能终端在数字化学习中应用的必要性

麦克鲁汉认为：任何媒体设备都是人体的延伸，都在试图延伸人体的某些器官及其机能，笔是手的延伸，书是眼的延伸，电视是眼和耳的延伸[5]。将带有多传感器的移动智能终端引入到数字化学习中，与数字化学习相融合，具有极大的必要性，为学习者自主探究，分析问题，解决问题提供强有力支持。移动智能终端能够实现与学习者进行方便、快捷、准确、人性化的信息交互体验，同时也为移动学习、泛在学习的手段带来全新的技术变革。

我们通过文献调查发现，以往有关于智能终端运用于教学实验的文献，大都集中于智能终端与计算机以相配合辅助教学，这些终端设备体积庞大、操作复杂，中小学生未经培训很难独立使用。以智能手机为代表的移动智能终端将多种传感器内置到设备中，体积精小携带方便，操作简单，学习者可以实验前在智能手机上安装数据处理软件，这样采集信息、处理分析信息、呈现信息这一过程一气呵成，完全自动化，无需学习者介入，而且数据准确，误差非常小，节省学习者大量的时间和精力，使其将全部精力投放在实验结果的分析中。

三、基于移动智能终端的数字化学习（以基于移动智能终端的“实验：探究加速度、力与质量的关系”的数字化学习为例）

以智能手机为工具，QQ群为平台，展开的人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《物理必修1》中的第四章第二节“实验：探究加速度、力与质量的关系”一课为例，探讨移动智能终端在数字化学习中的应用。

在基于智能终端的数字化学习中，教师的角色发生重大转变，由课堂的主宰者转变为学生知识建构的促进者、引导者，在数字化学习中更加注重学生的主体地位，基于智能终端的数字化教学过程恰好体现了 “以学习者为中心”、“教师主导，学生主体”的理念。整个多终端的数字化学习过程是在QQ群中展开的，教师和学生首先通过移动智能终端同步登陆QQ群，数字化学习活动在此平台中展开，整个数字化学习过程分为课前、课中、课后三个阶段，具体的环节如图1所示。任何一个阶段师生、生生之间都可运用多传感器的智能手机进行双向实时的连续性的信息交互，移动智能终端的多触点交互技术有利于师生、生生之间建立起良好的互动关系，便于信息的及时反馈，辅助学生提高数字化学习的效率、效果、效益。

图1 基于移动智能终端的

1.课前阶段

（1）在线考勤。移动智能终端的图像传感器技术能够鉴别出被摄物体细微的差别，提供面部识别以及真人识别的功能，能够清晰的分辨出摄像头对面是否是学习者本人而不是他人，是真人而不是一张照片。在本节课的学习中教师运用移动智能终端的视频功能与学习者进行视频通话，对学习者进行在线考勤，有效地防止学习者“逃课”现象。在线测试环节中，能够防止替考代考现象的发生。

（2）作业检查。物理是以实验为基础的课程，而课堂时间有限，教师无法面面俱到，某些与课堂实验相关的典型实验只能由学习者在课下独立完成。移动智能终端协助学习者完成实验同时能将整个实验过程完美的记录下来，课前分享到QQ群中，教师可以对学习者的实验过程进行检查，便于个别指导和评价，更能体现以“以人为本”“学习者为中心”，注重学习者的个性化发展。

（3）制定计划。制定计划是学习新课之前需要准备的重要的环节，数字化学习中制定计划尤为重要，是整个学习过程得以实施的动力。在学习“实验：探究加速度、力与质量的关系”一课之前，教师将本节课的学习计划（用比较法测量加速度；控制变量法探究加速度与质量、力的关系；掌握利用图像处理软件数据的方法）通过移动智能终端发布到群共享里，供学习者参考。

（4）安装相关软件。为了使本节课有效的进行，课前教师将本节课用到的相关软件共享到QQ群平台，学习者自行下载安装到智能手机中。本节课需要安装的软件有QQ客户端、虚拟实验动画、3D赛车游戏、滑雪游戏、超音速飞行游戏、数据处理软件。

2.课中阶段

（1）创设情境（5分钟左右）。教师和学习者同时进入3D赛车游戏，通过改变智能手机的角度即可实现前进、后退、转弯、加速、减速等动作而不需要控制方向键。学习者犹如在现实的场景中一样，亲近感极强。3D赛车游戏使学习者对加速度有了深刻的体验，为引出加速度与力、质量的关系做好铺垫。

（2）提出假设（2分钟左右）。3D赛车游戏体验之后，学习者能够认识到要想使赛车加速就要为赛车提供更大的牵引力，在牵引力相同的情况下，载有副驾驶的赛车要比无副驾驶的赛车提速慢，那么我们可以提出如下假设：加速度a和力F有关；加速度a和质量m有关，它们之间存在什么关系呢，以下实验来进一步验证。

（3）演示实验（15分钟左右）。演示实验由教师完成，学生通过QQ群的实时视频观看整个过程。将智能手机放入一辆匀加速行驶的车，移动智能终端的加速度传感器能够准确的测量出此时车的加速度并且能够以可识别的物理量形式呈现到屏幕上，学习者可以一目了然的看到车的加速度a1，同时记录此时车内牵引力测试仪中的牵引力F。预先测定光滑路面的摩擦系数μ，由于对水平路面正压力N即车的重力G，可由汽车重量检测秤测得，摩擦力f=摩擦系数μ*正压力N，水平线上的合力F1=F-f。采用控制变量法，保持质量不变，多次改变加速度，分别记录加速度和合力的值。

在传统的课堂中，做加速度a与力F、质量m关系的实验需要打点计时器、纸带、小车、带有滑轮的长板、绳子等实验器材，实验器材繁多而且操作起来繁琐，误差大，不利于得出结论，而移动智能终端则可轻松的实现、数据真实可靠，误差极小。移动智能终端将物理实验搬出实验室，引入到真实的生活情境中，有利于培养学生形成“理论知识源于生活，用于生活”的理念，改变理论与实际运用脱节的现状，学以致用，将物理知识置入于生活实践中。

（4）自主实验（10分钟左右）。学生在自己的移动智能终端中通过课前安装的虚拟实验动画进行自主实验。学生有了观看教师在现实生活中测量加速度与力、质量的关系实验经历，很容易独立完成实验。移动智能终端的多触点交互技术能够使学生通过拖拽对象轻松改变小车的质量；虚拟试验中可以提供不同摩擦系数的平面来改变摩擦力的大小；牵引力的大小也可以随时改变，学生模仿老师采取控制变量法采集多组数据。

（5）数据分析（8分钟左右）。传统的实验需要人工记录每组数据然后绘制关系图像，描点不准确容易造成误差。此环节的重点是通过图像探究数据之间的关系而不是图像的绘制，因此在图像绘制上耗费大量的时间得不偿失。移动智能终端支持后台运行程序，可以同时处理并发进程，由实验得出的数据可以及时的导入预先安装的数据处理软件中，自动化的生成m一定时a-F、F一定时a-m的关系图像。通过图像可以得出：当m一定时，随着牵引力F的匀速增大加速度a也增大；力F一定时，随着质量m的增大，车的加速度a随之减小。

（6）得出结论（2分钟左右）。以事实说话，通过对图像的客观显示，学生不难得出如下结论：当质量一定是，力与加速度成正比例；当力一定时质量与加速度成反比例。

（7）回顾历程（3分钟左右）。教师将本节课的流程发布到QQ群中，为学习者回顾提供一条主线。首先是情境创设，将学习者引入到完全真实的情境中；接着提出假设：加速度a与质量m力F存在一定关系；通过实验验证三者之间的关系；数据分析得出结论。此环节是学生需要掌握的重难点，基于移动智能终端的数字化学习则可将整个课堂录制下来，学生根据个人掌握知识的差异性，选择性的回放自己薄弱的环节，尊重学生个体的差异性，极大地满足学生个性化学习的需要。

3.课后阶段

（1）重温实验。“纸上得来终觉浅，绝知此事须躬行”，学生观看教师实验对实验过程有了感性的认识，学习者借助移动智能终端，按照教师设计的实验方案重新完成教师的实验，此过程可以通过讨论组组建虚拟协作学习小组，小组成员共同探究实验交流心得，教师针对学生在讨论组中的探究过程出现的问题给出适当的点播。每一位学生都可以在自己方便的时间基于自己的移动智能终端重新进行课堂探究性实验。

（2）自主创新。以课堂实验为基础，课后学习者运用移动智能终端展开自主创新实验。《普通高中物理课程标准（实验）》中提出：在课程实施上要注重学生的自主学习，高中物理课程应培养学生自主创新能力，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考[6]。基于智能移动终端的数字化学使学习者体会到了物理研究过程并不是非常神秘的，每位同学都可以自主开展物理研究，激发学生的自主创新、探索新知的积极性和主动性。

（3）益智游戏。课后学生可以通过移动智能终端操作一些和本节课相关的益智游戏，如滑雪游戏、超音速飞行游戏，通过益智游戏进一步体验加速度与力、质量之间的关系，将生命的体验和乐趣变为学习的目的和手段（祝智庭，2005）。

“实验：探究加速度力与质量的关系”为探究性实验，安排在牛顿第一定律和牛顿第二定律之间，具有承上启下的作用，因此本节课的学习对于知识的衔接以及第三节牛顿第二定律的学习至关重要，而探究性实验不同于验证性试验，难度性更大，要求学生具有较强的自主学习、探究学习、协作学习的能力以及物理量的测量、分析、归纳总结的能力。多传感器技术的移动智能终端恰好能在数据的采集、处理以及呈现方面为学生的实验探究提供了强有力的支持，有助于学习者各方面能力的提高。

四、结束语

移动智能终端传感器技术进入数字化教学中能够营造出一个生动形象的教学环境，有效地将移动应用技术引入到教师课堂教学，学生自主探究，小组协作学习以及教学管理中，提高学生掌握知识技能的效率，优化数字化学习过程，变革教学手段，以期达到教育教学效果的最优化。

[1]鲁帆.移动智能终端发展趋势研究[J].现代传播,2011(11):139-140.

[2]中商情报网.2011-2012中国智能手机市场研究年度报告(简版)[DB/OL].http://tech.hexun.com/2012-01-14/13726 190 8.html.

[3]威尔逊(著),林龙信(译).传感器技术手册[M].北京:人民邮电出版社,2009.

[4]郁晓华,薛耀锋,祝智庭.多触点技术的教育应用前景分析[J].中国电化教育,2010(2):107-110.

[5]麦克卢汉.理解媒介——论人的延伸[M].商务印书馆,2004.

[6]普通高中物理课程标准(实验)[Z].http://www.ks5u.com/news/2009-2/10368/.