Advanced tools for smartphone-based experiments: phyphox / 开普饭

从即日起，在学术大牛的指导下，微主开始系统地、有选择性地研读与Phyphox相关的国外原始文献，为自己已经开展了6年的课题研究追根溯源。

蹩脚的机器翻译与长期的项目实践经历相结合，连蒙带猜，基本上能弄清楚国外原始文献中说的是啥。

此次研读的是S Staacks、SHütz、H Heinke和C Stampfer四人2018年在《Physics Education》杂志上联合发表的题为《Advanced tools for smartphone-based experiments: phyphox》文章，作者们来自德国亚琛工业大学第一和第二物理研究所。

显然，他们来自于Phyphox的德国老巢。

他们指出：在当前，利用智能手机中的传感器开展物理教育实验，成本低、效益高，非常有前途。但是许多实验都面临实际问题。在实验过程中，手机通常无法直接处理实验数据，通常需要将数据转移到计算机上进行分析。他们通过引入一个名为“ phyphox”的新应用程序解决了这两个问题，该应用程序是专门为在物理教学中利用智能手机做实验而设计。该应用程序是免费的，在安卓系统手机和苹果手机都可以运行，功能完全相同。

当学生们利用智能手机作摆锤摆动时，学生无法在第一时间看到数据，只能盲目地进行实验，只能在实验的最后才能看到实验数据，这些数据通常由一大组数据点组成，这些数据点似乎与刚刚完成的实验脱节。如果学生们能够实时查看实验生成的数据，就可以将实验的不同阶段与实验图像的不同部分关联起来，因为实验图像与实验过程是同步的。

同样的，智能手机的屏幕太小，无法把实验记录的数据展示给听众，因此很难在学校的课堂教学或专题报告中利用智能手机演示实验过程。这些实验数据在计算机上进行分析之前，听众是无法理解的。

学生可能会在实验中看到正在收集的数据，但他们需要将数据导出到计算机中，利用电子表格（Excel）等数据分析软件进行下一步的数据分析。正确、熟练地运用数据分析软件分析实验数据对学生来说并不是一件简单的事情。与动手操作相比，这不仅需要详细的指导和更多的时间熟悉，还带来巨大的外在认知负担，这可能会阻碍有关物理实验内容的学习进度。归根结底，与通常进行的实际物理实验相比，学生还需要额外熟悉用于分析实验数据的软件，这也常常让物理教师们在利用智能手机开展物理实验探究活动时犹豫不决。

为了解决这两个问题，他们开发了一个新的应用程序，利用智能手机中的传感器做物理实验。通过添加一个简单的使用远程访问功能解决了实验过程和数据不便于分享的问题，使用者能够远程控制和观察来自其他智能手机上的实时实验数据。利用在应用程序中内建的数据分析小程序来解决数据分析中遇到的技术难题。值得指出的是，我们构建的是可自定义的数据分析程序，而不是一个只会输出结果的黑匣子，使用者可以查看、修改和优化每个应用程序。

该应用程序允许根据特定学习环境中的每个班级或小组的实验需求调整进行适时调整，可以为教学活动提供巨大的应用前景。

除了上述功能外，为了使尽可能多的学生使用该应用程序，他们的应用程序是免费的，而且没有任何广告，而且在安卓系统和苹果系统中有着形同的功能和截面。教师没有必要把使用安卓设备和苹果设备的学生分开。

他们将应用程序phophox命名为智能手机实验的缩写，并于2016年9月在Google的Play商店和Apple的App Store上发布。为了支持世界各地的用户，他们在http://phyphox.org上创建了一个网站，它以英语和德语提供详细的说明，演示视频和技术信息。目前，来自世界各地的志愿者正在将应用程序本身翻译成其他语言。

利用智能手机开展物理探究实验可以极大地激发学生学习的热情，因为它允许学生使用自己的手机开展自主探索。免费的应用程序phyphox使各种实验更容易访问，并通过简单的方法远程控制实验和现场数据分析，为学生扩展了可用的工具。虽然仅从传感器读取原始数据可以很好地教授数据分析，但它常常分散了对了解实验的物理背景的注意力，并对学生的数学技能提出了更高的要求。使用phyphox可以完全消除这些额外要求，也可以根据特定班级、特定的学生或特定的学习需求量身定制个性化手机实验。

原始文献