现代化物理教育论文提纲

论文题目：基于智能手机的高中物理实验设计与开发

摘要：在信息化时代背景下,信息技术向各学科渗透是发展之必然,学科教育领域正积极探索信息技术与课程深度整合的模式与途径。就物理学科而言,数字实验系统具备独特的教学优势,因此数字化实验一直是物理教育工作者关注和研究的重点。《普通高中物理课程标准（2017年版）》中明确指出:“数字实验系统是教育信息化发展的需要,更是学生创新能力培养的重要方法和手段。”然而由于专业传感器设备造价昂贵,数字化实验始终难以得到大范围推广。近年来,智能手机与物理实验的结合,受到全球物理教育工作者的普遍关注,并逐渐成为研究热点。智能手机作为数字化实验的新载体,具有普及率高、测量准确、方便携带等优点。因此,为推动信息技术与物理实验教学深度融合,探索物理实验教学和学生学习的多种方式,应充分发挥智能手机在物理实验教学中的价值,让其成为学生学习物理知识的有利工具。本论文首先是对国内外研究现状进行了梳理,概述了国内外智能手机在物理实验教学中的若干应用、实践及研究,尤其对力学、振动与波、光学、磁学、电学等领域的典型案例进行了分析,确定了现有研究的不足之处,即电学实验的缺失以及课外实验的不足。以建构主义理论、视听教育理论为基础,选取文献分析法、实验研究法,结合Phyphox蓝牙拓展技术、以Arduino IDE为软件环境,利用智能手机与ESP32、ADS1115单片机配合展开实验设计与开发研究。在具体研究中,以高中物理电学实验的设计为重点,并以“电容器的充、放电”为例详细介绍了基于智能手机及相关技术的电学实验实现方法;以高中物理课外实验的设计为另一重点,基于智能手机的不同功能,对高中物理课外实验进行了若干设计与开发,并结合具体案例详细介绍了制作型、探究型、测量型、验证型四种类型的课外实验。之后对已设计的实验方案进行实际操作验证,并做出评价。通过以上研究发现,基于智能手机可以很好地实现高中物理电学和课外实验的开发,并具有低成本、高精度、方便获取、集成度高等优势。因此智能手机应用于高中物理实验教学可以有效弥补传统实验的不足,大大提高物理实验教学的质量和效率,同时学生可以体会利用智能手机进行实验探究的乐趣,自由地去探知、发现和验证自然世界的规律,在此过程中提高学生的科学素养。此外还能改变学生沉迷手机的不良习惯,引导学生正确利用现代化工具辅助学习。

关键词：智能手机;物理实验;高中物理

学科专业：学科教学（物理）

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 教育信息化发展的需要

1.1.2 数字化实验仪器的短缺

1.1.3 手机物理实验已成研究热点

1.2 研究目的与意义

1.2.1 研究目的

1.2.2 研究意义

1.3 研究内容和方法

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

第二章 研究综述和理论基础

2.1 研究综述

2.1.1 国外研究现状

2.1.2 国内研究现状

2.1.3 现有研究的问题

2.2 理论基础

2.2.1 建构主义理论

2.2.2 视听教育理论

第三章 基于智能手机的高中物理电学典型实验的设计与开发

3.1 设计与开发的技术简介

3.1.1 Phyphox简介

3.1.2 Arduino简介

3.1.3 ESP32和ADS1115简介

3.2 开发步骤

3.2.1 开发环境的搭建

3.2.2 实验程序的编写与烧录

3.2.3 实验程序的运行与修改

3.3 具体案例——《电容器充放电实验》

3.3.1 “电容器充放电实验”现状

3.3.2 实验部分

3.4 本章小结

第四章 基于智能手机的高中物理课外实验的设计与开发

4.1 智能手机与课外实验的适切性分析

4.1.1 课外实验的意义和特点

4.1.2 智能手机与课外实验的适切性分析

4.2 制作型实验设计——《数字风速计的制作》

4.2.1 制作原理

4.2.2 制作过程

4.2.3 实验评价

4.3 探究型实验设计——《实验探究光度学余弦定律》

4.3.1 实验原理

4.3.2 实验手机的选取

4.3.3 实验过程

4.3.4 数据处理与分析

4.3.5 实验评价

4.4 测量型实验设计——《手机辅助落体法测重力加速度》

4.4.1 实验原理

4.4.2 实验设计

4.4.3 实验装置及实验过程

4.4.4 数据处理与分析

4.4.5 实验评价

4.5 验证型实验设计——《验证“拍”现象的形成条件》

4.5.1 实验原理

4.5.2 实验程序设计

4.5.3 实验过程

4.5.4 数据处理与分析

4.5.5 实验评价

4.6 本章小结

第五章 研究结论与展望

5.1 研究结论与不足

5.1.1 研究结论

5.1.2 研究的创新点与不足

5.2 研究展望

参考文献

致谢