ipad及其同屏技术在物理实验教学的应用

黄治海

（常州市第三中学，江苏 常州 213000）

摘要：利用AirPlay技术，可实现iPad屏幕、电脑屏幕、投影屏幕三屏同屏。该同屏技术可解决物理实验教学中的直观性、互动性不足等现实问题，笔者结合案例来谈ipad的功能及其同屏技术在物理实验教学的应用。

关键词：物理实验教学；同屏显示；AirPlay技术

随着网络接入环境的不断改善和互联网技术的快速发展，使智能手机、智能平板等智能设备进入课堂成为可能，智能设备易携带、功能强大、普及率高等诸多优势，为我们解决传统实验教学的直观性、互动性不足提供了可能性。笔者结合自己的实践操作，例谈如何利用苹果智能设备ipad的功能及同屏技术来提升物理实验教学的有效性。

一、利用ipad的镜像功能实现同屏技术

AirPlay是苹果公司的在iOS4.2及OS X Mountain Lion中加入的一种播放技术，可以将苹果设备上的视频镜像传送到支持Airplay的设备上。它能将iPad 屏幕上的内容通过无线WiFi可以直接投射到电脑屏幕上，即可实现iPad屏幕、电脑屏幕、投影屏幕三屏同屏。此功能实现后，教师或者学生就可以在教室的任何一个位置操作iPad，并将iPad屏幕上所有操作共享给教室其他学习者。

那怎样实现呢？操作如下：iTools软件的苹果录屏大师可在电脑上实现AirPlay技术，将iPad与安装有AirPlay的电脑或设备连在同一无线网络下，iPad可自动检测到它，并提供AirPlay的连接选项。如果是iOS10系统的话，从iPad屏幕底部向上划，找到底部任务管理区域，找到AirPlay图标，点击以后勾选“我的电脑”，即可把iPad的内容直接投放上电脑，即实现了iPad屏幕、电脑屏幕、投影屏幕三屏同屏。

同屏技术的实现取决于无线网络的稳定性。可通过连接网络的路由器或“360免费WiFi”的笔记本创建同一局域网，现有教室网络不佳的现状会导致创建无线网的稳定性不强，会影响同屏技术的实现。智能手机的4G移动网络热点共享，可提供便携式稳定的无线网络，可为同屏技术的实现提供保障。

二、教学应用案例评析

1.慢动作功能，人人能“慢慢”观察

传统的探究平抛运动规律实验，如平抛竖落仪和平抛运动实验仪，无法让学生连续地清晰地看到平抛运动的过程并进一步分析，而是通过间接的方式——听是否有同一撞击声音，此种方式易受躁音的干扰，实验的说服力不强。还可利用QQ影音逐帧播放技术来处理平抛运动视频，能让学生直观地“看到”两小球每时刻都在同一高度或同一水平位置，美中不足的是，不能当堂实验并及时地实验分析。

利用ipad相机的“慢动作”功能和同屏技术，可以完美地解决该问题。打开“相机”APP，再选择如图1“慢动作”功能进行拍摄，并同屏播放拍摄好的视频，直接“慢放”了平抛运动过程，让每个学生都能清晰地看到两小球时刻在同一高度或同一水平位置，学生在观看过程中不自觉地发出“哇”的惊讶声，这是直观现象给学生带来深入人心的振撼。

该方式的优点在于：能及时收集实验素材，并即时进行实验分析，时效性强，也提高了课堂效率，让学生感受到的真实性更强，通过直观的实验现象，呈现出振撼的物理之美。

2.逐帧播放，“看到”速度变化

人蹦极时从弹性绳原长位置运动到最低点过程中的运动分析，是高中生学习的难点。学生基本无相关的生活经验，加之学生思维正处在形象思维向理性思维过渡阶段，很难理解复杂的变速过程。笔者借助逐帧播放的方式，让学生“看到”速度变化，从而有效地突破理解的难点。具体操作和引导过程如下：

    利用弹簧振子来模拟蹦极过程（如图3），长纸条上的红纸条标示弹簧的原长点，下面的红纸条标示弹簧受力的平衡点。在略高于原长点的位置释放，运动过程很快，无法观察到位置变化及速度的变化。可先将此运动过程拍摄下来，再点击屏幕右上角的视频编辑键（如图2），拖动下方的进度条可实现逐帧步进并同屏播放。让每个学生能看到慢放的过程，发现画面当中的重锤有模糊的“拖影”，引导学生将之与生活中拍糊的照片联系起来，发现拖影的长度可以定性地反映物体运动速度的快慢，如此可以让学生观察重锤上红纸条拖影的长度，得到下落过程中速度大致是如何变化的，最后，通过理论分析来验证观察结果。

利用ipad逐帧步进并同屏播放方式实现逐帧播放，可以让学生“看到”速度变化过程，“看到” 速度变化是传统实验无法做到的。从学生学习的学的角度来看，此方式是突破该难点的最佳方式。

3.平台共享，智慧火花碰撞

学生分组实验既有预设的实验现象和结论，也有意外的实验现象和结论，如何让实验小组间进行经验教训、实验心得、实验成果等信息的交流共享，如何借鉴失败的实验教训和规范的实验操作，是实验教学中长期存在的难题。基于ipad及其同屏技术有望成为解决该问题的途径。

    在“探究感应电流产生条件”的教学环节中，如何让学生通过不同的实验操作现象去归纳总结感应电流产生条件是本节课的重点，但由于上课时间有限，不可能给学生很多时间去进行各种探索，再加上学生自身的思维局限性，很难想到各种不同的操作方式。如果能让学生的思维相互启发，在短时间内显现出多种不同的实验现象，有利于物理规律的归纳总结，提高课堂效率。

    教师可在课前建立一个以班级QQ群为核心的学习交流平台，每个小组自带一台ipad或智能手机，可以让学生将实验结果拍成短视频或者图片，分享到班级QQ群当中去，如有学生将条形磁铁在线圈外快速地向下移动，发现有感应电流产生的视频，学生们的思维被激发了，有将条形磁铁斜插入线圈内外的、有将条形磁铁水平向下移动靠近线圈的，还有将条形磁铁水平移动经过线圈的。在总结实验结论时，有学生提到，当线圈和条形磁铁发生相对运动时，闭合回路中才有感应电流产生。此时将条形磁铁水平向下移动靠近线圈而未产生感应电流的实验视频再让大家看一遍，制造思维的矛盾，学生生疑，进一步完善自己的总结。生生间能利用以QQ群为核心的学习平台进行思维的撞碰，让每个学生最大程度获取感应认识的素材。师生间以当堂生成的素材开展教学、生成教学，最大程度保证了学生思维的连贯性、课堂的生成性，此案例因其素材现场生成、真实生动而更能引起学生的共鸣。

4.同屏直播，精彩随时共享

传统的大班教学，学生在教室中不同位置会受距离和观察角度的影响，加之实验器材微小，会导致看不清或看不到有效地物理现象。利用传统的展示平台同步到投影屏上，可以克服观察距离的影响，但固定的展示平台无法调整观察角度。摄像机直播可以随时调整观察角度，由于成本太高，普及性并不广。基于ipad及其同屏技术有效地解决上述问题，让课堂演示实验效果更好。如静电现象中，利用验电羽上细线被吸引来说明带电物体可以吸引轻小物体；楞次定律教学中，利用条形磁铁靠近或远离楞次环来验证楞次定律“阻碍”的本质。类似小型演示实验器具的实验或者微弱现象的实验，都可以通过基于ipad及其同屏技术来取得较好地实验演示效果。

在“利用打点计时器研究小车的运动”学生实验当中，往往是老师先给学生示范操作过程，然后让学生进行实验。但学生在实验操作过程中会出现各种各样的问题，比如说，长木板带定滑轮未露出桌面，在长木板上固定打点计时器位置不对，先释放小车后通电源等。原因之一是教师在示范操作时，没有有意识地去暴露问题，造成学生对问题的出现缺乏预判和准备不足。可以在老师示范操作结束后，请一组同学来完成“利用打点计时器研究小车的运动”的实验操作，教师用ipad对学生实验过程全程直播。在比如固定长木板和打点计时器的位置、开始实验时是先释放小车还是先通电源等细节处，给出操作画面的特定镜头，让其他学生观看投影屏并做出点评，注意到操作要点和注意事项，给自己接下来实验操作积累经验。

基于ipad及其同屏技术很好地解决了物理实验教学中互动性不足、直观性不强的问题，利用QQ群等交流平台解决了实验教学中交流共享难的问题，可让学生的思维在生生交流、师生交流中得到更好地发展。除此之外，ipad智能设备在生活中越来越普遍，多数老师和同学都能较熟练的使用ipad设备，为该项技术的推广和普及降低了学习成本、降低了投入成本，希望更多的老师能开展ipad及其教学相关的研究，帮助学生更好地学，从而提高物理实验教学的有效性。

 参考文献：

[1] 孙建中. 平抛运动实验的改进与思考[J].中学物理，2016，34(10)：57—59.

[2] 李刚. 浅谈 IPAD 在初中物理教学中的运用[J]. 中学物理，2014，34(20)：68—69.

[3] 李明. iPad 在初中物理教学中的应用[J]. 中学物理，2014，34(12)：82—83.