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STEM教育专栏一、问题的提出新课程改革对中学物理教学提出了全新的教学理念，首先是培养中学生了解并采用科学家的探究精神发现和解决物理问题，全面发展学生的科学素养。
其次是引导学生学会细致观察生活中的物理现象，实现“从生活走向物理，从物理走向社会”的STS 教学理念。
第三是通过多种学习与探究方式让学生发挥自身的想象力与创造力发现和解决物理问题。
探究性实验，是指学生在不知道实验结果的前提下，以教师所给的启发性问题为指导，通过实验设计、实验操作、思考分析得出结论的实验形式。
由学生亲身经历和体验物理探究过程，不仅可以获得物理知识与技能，还可以激发对物理的学习兴趣。
通过了解物理探究的方法，知道物理的本质，形成科学精神和科学价值观，从而全面发展学生的科学素养。
STEM 教育(STEM Education)源于美国。
美国科学教育学者最早于20世纪50年代提出科学素养概念，并得到了其他国家科学教育学者的普遍认同；到20世纪90年代，美国国家科学基金会首次使用STEM 描述涉及一至多门STEM 学科的事件、政策、项目或实践;在小布什总统两届任期内，STEM 作为新概念不断出现在美国各种改革政策和项目甚至法律中；奥巴马总统执政之后，对STEM 教育的重视提升到新的层次。
上任初，他便颁布了《美国振兴及投资法案》，将增加财政投入支持STEM 教育写进法案；值得注意的是，美国STEM 教育的推广不是在政府指导下单纯依靠学校推动，而是动员了全社会特别是企业界的力量(中国教育信息化网，2018)。
物理探究实验在实质上是一种模拟性探究活动。
具体而言是一个以学生为主体的探究学习环境。
学生通过经历与科学家进行科学探究相似的过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，领悟科学的精神和思想。
对于中学生而言，物理探究实验有利于在物理新课程的教学活动中，让学生体会从自然到物理，从生活到物理的STS 理念，让学生通过自主学习和协作学习，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探究求知精神、实践能力以及创新思维。
“单摆测重力加速度”资料汇整目录一、单摆测重力加速度的实验报告二、单摆测重力加速度实验的误差分析三、单摆测重力加速度实验的改进四、基于STEM理念的高中物理实验教具制作综述以单摆测重力加速度实验为例五、用单摆测重力加速度实验的拓展和探究六、利用单摆测重力加速度时的最大摆角的再讨论单摆测重力加速度的实验报告通过单摆实验测量重力加速度，了解单摆作为基本物理实验仪器在测量重力加速度中的应用，加深对重力加速度的理解。
单摆是一种简单的摆动装置，由一根固定在一端的轻杆或细线，另一端悬挂质量块组成。
当质量块在平衡位置附近摆动时，其运动可近似为简谐运动。
根据简谐运动的周期公式，可以推导出重力加速度的表达式。
准备实验器材：支架、细线和质量块。
将细线悬挂在支架上，质量块悬挂在细线的一端。
调整细线的悬挂高度，使质量块的初始位置与支架的夹角约为5°。
释放质量块，使其开始摆动，并同时启动计时器。
记录摆动的数据：摆长（从支架到质量块的距离）、摆角（摆动的最大角度）、摆动周期（从释放到回到平衡位置的时间）。
平均摆动周期：T = (42 + 45 + 43 + 44 + 43) / 5 = 432 s根据简谐运动周期公式 T = 2π√(L/g)，其中L为摆长，g为重力加速度。
可以解出 g = (π²L)/(T²)。
将L=10 cm和T=432 s代入公式，计算得到 g = 980 cm/s²。
通过单摆测重力加速度的实验，我们得到重力加速度的值为980 cm/s ²。
这个结果与理论值（约为980 cm/s²）相符，说明我们的实验方法是有效的。
通过这个实验，我们不仅了解了单摆作为基本物理实验仪器在测量重力加速度中的应用，还加深了对重力加速度的理解。
单摆测重力加速度实验的误差分析单摆测重力加速度实验是物理学中一个基础实验，目的是通过测量单摆的周期和摆长，计算出地球的重力加速度。
融合STEM教育理念的物理教学实践分享STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics)教育是一种综合性的教育理念，旨在培养学生的创新能力和解决实际问题的能力。
在物理教学中融合STEM教育理念能够使学生更好地理解物理知识，并将其应用于实际生活中。
本文将分享我在物理教学中融合STEM教育理念的实践经验。
一、概述融合STEM教育理念的物理教学旨在帮助学生将所学的物理知识与科学、技术、工程和数学的实际应用相结合。
通过这种方式，学生可以更深入地理解物理的概念，培养他们的创新思维和问题解决能力。
二、实践经验分享1. 设计项目实践将物理知识与实际问题相融合，可以通过设计项目实践来实现。
例如，在学习力学的过程中，可以设计一个桥梁建设项目，让学生自己设计并建造一座强度合适的小型桥梁。
通过这个项目，学生可以应用他们的物理知识来解决实际问题，并加深对力学原理的理解。
2. 实验探究在物理实验中融入STEM教育理念，可以激发学生对物理的兴趣和学习热情。
例如，在学习光学的过程中，可以设计一个反射和折射的实验，让学生通过自己亲身操作和观察，深入理解光的传播规律，并思考实际应用中的问题。
3. 探索科技应用借助科技工具和应用，可以帮助学生更好地理解物理概念，并将其应用到实际生活中。
例如，在学习电学的过程中，可以使用虚拟实验软件或电路模拟器，让学生自己搭建电路并观察其工作原理。
通过这种方式，学生可以在虚拟环境中进行实验，降低实验操作的门槛，同时又能够理解电路的工作原理。
4. 跨学科整合在物理教学中，与其他学科的整合也是融合STEM教育理念的重要方面。
例如，在学习天体物理学时，可以结合数学知识，让学生通过计算来解决天体运动的问题。
通过跨学科的整合，学生可以将所学的不同学科知识相互联系起来，提高问题解决的能力。
三、效果及展望融合STEM教育理念的物理教学可以帮助学生深入理解物理概念，培养他们的创新能力和问题解决能力。
基于“STEAM+”理念的高中物理创新实验校本课程开发与实践作者：赵忠文来源：《学周刊》2022年第04期摘要：STEAM作为新课程背景下的一种综合性教学理念，将多个学科知识进行了有效融合，更加关注综合能力的发展，这与新课程改革背景下高中物理实验教学要求不谋而合。
基于此，高中物理教师在优化实验教学时，应立足于物理实验教学现状，结合物理实验教学目标，从多个途径积极开发一套行之有效的物理实验校本课程，创新、优化实验教学策略，不断提升物理实验教学的有效性。
关键词：STEAM;高中物理;实验;校本课程中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2022）04-0038-02DOI：10.16657/ki.issn1673-9132.2022.04.018在以往的高中物理课堂教学模式下，课堂教学局限在单科知识中，致使培养出来的人才综合能力比较低，难以满足新时代背景下对综合性人才的需求。
而STEAM教学理念的出现，则彻底打破了传统人才培养过程中暴露出来的弊端和问题，拓展了物理实验教学内容，将其与科学、技术、艺术、工程、数学等学科的知识进行整合，以更好地满足社会发展需求。
基于此，教师在优化实验教学时，应立足于物理实验教学现状，结合STEAM教育理念，全面加强物理实验校本课程的开发。
一、基于“STEAM+”理念下物理实验现状物理实验的教学价值十分重要，是连接知识与实践的枢纽。
新课程理念下教师要重视实验的育人价值，开展各项实验活动，然而还存在影响物理教学的一些因素：第一，教師因素。
教师是实验教学质量好坏的关键性因素。
但是调查和研究中发现，教师在开展实验教学时，由于对物理实验新课程理念研究不够深入、不够全面，以至于物理实验教学理念陈旧，物理实验教学计划设计不够科学、选择的实验教学方法不够灵活等。
在这种情况下，教师在开展实验教学时，仅仅是依据教材中的实验内容进行实验讲解，或者指导学生开展实验操作。
浅析“STEAM+”理念下高中物理创新实验校本课程的开发和实践作者：柳向辉来源：《学周刊》2022年第01期摘要：新时代背景下，国家、社会对创新型人才提出了更高的要求，学校在开展人才培养的过程中，应紧紧围绕STEAM理论，结合高中物理创新实验教学内容，积极开展物理创新实验校本课程的开发，促进学生在实验探究学习的过程中逐渐提升自身的实践操作能力、创新能力等。
基于此，笔者以高中物理创新实验教学作为研究的中心，对当前物理实验教学的情况进行了简要的分析，并在此基础上结合STEAM理论，提出了实验校本课程开发的有效途径。
关键词：STEAM理念;高中物理;实验教学;校本课程;开发中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2022）01-0114-02DOI：10.16657/ki.issn1673-9132.2022.01.055高中物理学科是建立在物理实验基础之上，在具体的教学中不仅仅要向学生传授各种物理理论知识，使得学生理解物理定律和现象，还要在学习的过程中激发自身的学习动机，发展自身实践操作能力，发散自身的思维，最终实现学生的全面发展。
尤其是在新时代下的“创新型人才”培养目标，可将STEAM理念与高中物理实验教学有机结合起来，积极开展实验校本课程，提升实验教学的有效性，最终促使学生在这一过程中提升物理核心素养。
一、新课程标准下，高中物理创新实验教学现状解析在高中物理课堂教学中，基于物理学科的特点，创新实验教学占据十分重要的地位，不仅仅是深化物理理论知识的重要途径，也是落实学生物理学科核心素养的关键点。
但是在调查中发现，当前高中物理实验教学效果不甚理想，依然存在多种问题，集中体现在以下几个方面。
（一）教师教学存在的问题教师作为实验教学的主要组织者，在创新实验教学的过程中存在以下几个问题：（1）对其重视程度不够。
部分物理教师深受传统教学理念的束缚，将教学的重点集中在理论知识教学、解题教学中，认为物理实验可有可无，以致对其重视程度不够。
基于STEAM理念的高中物理校本课程的开发与实践研究一、STEAM理念在高中物理课程中的应用1、科学与技术的结合在STEAM教育模式中，科学与技术是密不可分的。
在高中物理课程中，我们可以通过设计一些与现实生活相关的实验和案例，引导学生探索物理现象背后的科学机理，并结合现代科技的应用，让学生感受到科学与技术的结合，激发他们对科技创新的兴趣和热情。
2、工程与艺术的融合物理学与工程学有着密切的联系，二者相互促进。
在高中物理课程中，我们可以通过设计一些与工程实践相关的项目，让学生从问题出发，进行设计与改进，从中领略到工程实践中的乐趣和挑战，激发他们对工程与技术的兴趣。
我们也可以引入一些艺术元素，比如物理实验的装置设计，让学生感受到物理学与艺术的融合之美，启发他们的创造力和想象力。
3、数学与自然的结合数学是物理学的工具，而自然是物理学的研究对象。
在高中物理课程中，我们可以通过引导学生运用数学工具解决物理问题，让他们体验到数学与自然的结合之美。
我们也可以引入一些自然现象的观察和探索，让学生发现数学在自然中的运用，激发他们对数学与自然之间的联系的兴趣。
1、确定课程目标在开发高中物理校本课程时，首先要确定课程目标。
即要明确学生在本课程中应该掌握的知识、技能和素养，以及他们应该具备的学习态度和价值观。
在基于STEAM理念的课程开发中，要充分考虑到科学、技术、工程、艺术和数学的综合性，确定能够培养学生综合素质和创新精神的课程目标。
2、设计课程内容在确定课程目标之后，就可以开始设计课程内容。
在基于STEAM理念的高中物理校本课程中，可以结合科学、技术、工程、艺术和数学的内容，设计一些有趣有意义的实验、案例和项目，让学生从中感受到科学与技术的结合、工程与艺术的融合、数学与自然的结合等美妙之处。
3、选择教学方法在课程内容设计好之后，就可以选择合适的教学方法。
在基于STEAM理念的高中物理校本课程中，可以采用多种教学方法，如案例教学、项目驱动学习、探究式学习等，让学生在实践中学习，激发他们的学习兴趣和创造力，培养他们的实际动手能力和团队合作精神。
基于STEAM理念的高中物理校本课程的开发与实践研究一、基于STEAM理念的高中物理课程开发的理论依据高中物理是一门学科，其内容涉及到物质的本质、运动规律、能量转换等方面，在STEAM理念下，可以将物理学科与科学、技术、工程、艺术和数学相互融合，使学生在学习物理的过程中，不仅仅掌握物理规律，还能够跨学科地进行综合思考和实践操作。
这与传统的物理教育理念有很大不同，传统的物理课程更加注重知识的传授和规律的讲解，而基于STEAM理念的高中物理课程更加注重学生的综合能力的培养和实践操作的开展。
在教育理论上，基于STEAM理念的高中物理课程开发，需要将物理学科与其他学科相融合，设置综合性的实践项目，引导学生进行跨学科的思维和实践探索。
这样可以增强学生的实践能力和创新能力，培养学生的跨学科综合素养。
高中物理课程开发还需要立足于学生的现实需求，设置符合学生兴趣和特长的实践项目，引导学生主动参与课程学习和实践探索。
这样可以增加学生的学习动力和学习兴趣，促进学生全面发展。
二、基于STEAM理念的高中物理课程实践研究的实施途径基于STEAM理念的高中物理课程实践研究，需要通过设置实践项目、引导学生跨学科思维和实践探索等方式，促进学生的综合能力的培养和实践能力的提升。
实施该途径的具体步骤如下：1.确定实践项目：确定基于STEAM理念的高中物理课程的实践项目，可以设置一些与物理学科有关的科技创新项目、实验设计项目、工程设计项目等，引导学生进行跨学科思维和实践探索。
2.引导学生跨学科思维：在课程教学中，引导学生跨学科思维，设置一些与艺术、数学、科学、技术、工程相结合的课程内容，引导学生进行综合思考和实践操作。
3.组织实践活动：在课程教学中，组织学生进行实践活动，引导学生跨学科思维和实践探索，促进学生综合能力的培养和实践能力的提升。
4.评价学生成果：评价学生的实践项目成果，包括评价学生的项目设计、实践操作、成果展示等环节，促进学生实践能力的提升和综合能力的培养。
基于STEM教育模式的高中物理教学设计【摘要】STEM教育模式在高中物理教学中具有重要意义，帮助学生全面理解物理知识和发展实际解决问题的能力。
高中物理教学存在挑战，如学生学习兴趣不高和理论知识与实践之间的脱节。
基于STEM教育模式的高中物理教学设计应遵循一定原则，注重实践和跨学科整合。
通过案例分析和结合实践，探讨STEM教育在高中物理教学中的应用效果。
有效实施STEM教育需要教师跨学科合作和创新教学方法。
总结基于STEM教育的高中物理教学设计优势，展望未来发展方向并提出建设性建议，促进高中物理教学质量和学生创新能力的提升。
【关键词】STEM教育模式、高中物理教学、设计原则、应用、案例分析、实验设计、实践探讨、效果、实施、优势、发展方向、建议。
1. 引言1.1 介绍STEM教育模式的重要性STEM教育模式是一种综合性的教学方法，涵盖了科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）等学科。
这种教育模式致力于培养学生的创新思维、跨学科的综合能力以及解决问题的能力。
在当今高度信息化和全球化的社会背景下，STEM教育模式的重要性愈发凸显。
STEM教育模式能够培养学生的实践能力和创新精神。
通过跨学科的学习和项目实践，学生在解决现实问题的过程中，不仅可以巩固所学知识，还能培养动手能力和创造力。
这种能力培养远远超出了传统教育模式下的知识传授和考试应试。
STEM教育模式有利于引导学生发展终身学习的意识和能力。
在STEM教育的框架下，学生需要不断更新知识、提升技能，适应社会变化和科技进步的需求。
这种积极进取的学习态度是未来社会成功的重要基础。
STEM教育模式的重要性在于它能够促进学生全面发展，培养学生具备未来社会所需的能力和素养。
在高中物理教学中，借鉴和应用STEM教育模式将有助于提高教学效果，激发学生学习的兴趣和热情。
1.2 介绍高中物理教学的挑战在高中物理教学中，教师面临着诸多挑战。
基于STEAM理念的高中物理科学探究教学设计研究基于STEAM理念的高中物理科学探究教学设计研究引言：近年来，随着科技的发展和社会对创新型人才的需求日益增加，教育界不断探索各种能够培养学生创新思维和实践能力的教学方法。
在这其中，基于STEAM理念的教学设计慢慢占据了教育改革的前沿。
本文旨在探讨如何将STEAM理念融入高中物理课堂，促进学生对科学的探究，培养创新能力。
一、STEAM理念介绍STEAM是Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Arts（艺术）和Mathematics（数学）五个学科的首字母缩写。
STEAM理念提倡通过跨学科的学习和综合性项目，培养学生的创新、思考和解决问题的能力，使学生能够触摸、观察、思考、动手实践和运用知识。
二、高中物理科学探究教学设计1. 选取有挑战性的实验项目在教学中，可以选取一些有挑战性的实验项目，让学生亲自动手进行实验，培养学生的观察和实验设计能力。
例如，设计一个能够转动的太阳能风车，让学生通过实验来观察、研究和分析太阳能转化为机械能的过程。
2. 引导学生进行科学发现通过启发式问题和实践情境，引导学生进行科学探究。
例如，在学习电磁感应时，可以提出一个问题：“如何利用磁场的变化产生电流？”然后让学生通过实验和调研进行科学发现，激发学生的学习兴趣和独立思考能力。
3. 实施小组合作学习将学生分组进行合作学习，通过小组之间的相互讨论和合作来解决实践问题。
例如，在学习力学时，可以组织学生设计一个能够减缓摔倒速度的装置，并让学生进行小组合作来解决问题。
通过合作学习，不仅能够增强学生的团队合作意识，还能够培养学生的创新能力和解决问题的能力。
4. 运用技术工具辅助学习在教学过程中，可以运用各种技术工具辅助学习，如虚拟实验、模拟软件、3D打印等。
例如，在学习光学时，可以利用虚拟实验软件让学生模拟光线的传播和折射现象，增强学生对光学知识的理解。
基于STEM教育模式的高中物理教学设计【摘要】本文主要介绍了基于STEM教育模式的高中物理教学设计。
在首先介绍了STEM教育模式的概念及高中物理教学的重要性。
在详细阐述了基于STEM教育模式的高中物理教学理念，设计STEM教育任务型实验，融入实际案例分析以及结合工程设计项目的方法和实践。
在分析了基于STEM教育模式的高中物理教学的优势，并展望了未来的发展方向。
通过本文的阐述，可以更好地了解如何运用STEM教育模式提升高中物理教学的质量，培养学生的综合能力和创新思维。
【关键词】STEM教育模式, 高中物理教学, 理念, 任务型实验, 实际案例分析, 工程设计项目, 优势, 发展方向, 创新1. 引言1.1 介绍STEM教育模式STEM教育是一种综合性教育模式，它将科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）有机地结合在一起，旨在培养学生的跨学科思维能力、解决问题的能力和创新精神。
STEM教育注重实践、探究和合作，帮助学生将所学知识应用于实际问题解决，培养他们的综合素质和竞争力。
STEM教育模式强调学科之间的融合和跨学科学习，鼓励学生从多个角度去理解和解决问题，培养他们的系统思维和综合能力。
通过STEM教育，学生可以更好地理解科学知识的实际应用，增强对技术和工程的兴趣，培养解决实际问题的能力，同时也提高数学素养。
STEM 教育模式的引入，使教育更加贴近现实和未来需求，促进学生的综合发展，为其未来的学习和就业做好准备。
1.2 高中物理教学的重要性高中物理教学在学生的整体学习中具有重要的地位，它不仅是培养学生科学素养和实践能力的重要途径，更是帮助学生理解世界、发展思维能力和解决实际问题的重要学科。
通过高中物理教学，学生可以深入了解自然规律和科学原理，探究物质运动的规律，培养逻辑思维能力和科学探究精神。
高中物理教学也为学生提供了解决问题的方法和途径，帮助他们在未来的学习和工作中更好地应对挑战。
基于STEM理念的高中物理实验教具制作综述
作者：杨磊
来源：《中国信息技术教育》2019年第03期
特色与亮点
本教具设计融高中物理实验单摆测重力加速度、开源硬件设计、手机APP开发等多学科知识于一体，让学生通过动手实践学习物理知识，体会动手制作的乐趣，实现“做中学、用中学”的教育理念。
课程设计分两个层次：针对全体学生的课堂演示教具和针对部分学生的创客开发案例。
1.课堂演示亮点
①学生对新教具充满好奇感，争先恐后地尝试操作，可见学生对新鲜事物还是充满好奇心的，他们的求知欲被激发。
②学生的动手能力、数据处理能力、观察能力以及分析判断能力在分工协作下都得到不同程度的训练和提升。
③以学生为主体的教学形式可最大程度地调动学生的思维活动，让学生的“脑”跟着他们的“手”动起来，再由他们的“脑”去指导他们的“手”。
2.创客案例亮点
①Arduino简便的开发方式使开发者更能关注创意与实现，高效地完成项目的开发任务，大大节约学习成本，缩短项目的开发周期。
②教具的底座由环保塑料积木搭建而成，整体无焊接，无胶水，内部硬件通过杜邦线连接，体现即拆即用的设计风格，可实现核心组件及传感器的重复利用。
③新教具的部分自动化、过程可视化、与电子白板的应用达到了很好的教学效果，让学生认识到科技进步带来的便捷。
④通过编程解决实际问题，培养学生计算思维。
制作背景
STEM是一种教育理念，有别于传统的单学科、重书本知识的教育方式。
这是一种重实践的超学科教育概念。
任何事情的成功都不是依靠某一种能力来实现，而是需要借助多种能力来完成，如高科技电子产品的建造过程中，不但需要科学技术，运用高科技手段创新产品功能，还需要好看的外观，也就是艺术等方面的综合才能，所以单一技能的运用已经无法支撑未来人才的发展。
未来，我们需要的是多方面的综合型人才，STEM教育理念的提出便是这一人才需求形势的产物。
计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。
它通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看似困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的方法，还可通过利用启发式推理寻求解答，即它是在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法，同时也是利用海量数据来加快计算，即在时间和空间之间、在处理能力和存储容量之间进行折衷的思维方法。
本教具设计是基于STEM理念体现计算思维培养的教学示范。
单摆测量加速度实验是高中物理最经典的实验之一，它在各级公开课、各省市高考中频繁出现，是高中物理教学的重点内容之一。
本教具将开源控制平台Arduino控制器结合传感器融入实验，既可提高学生学习兴趣，开阔实验思路，也可让学生在做实验的同时，改进并创新出自己的实验新思路。
因传统的实验设计利用秒表作为重要的实验器材，通过记录时间和记录单摆次数，进行重力加速度的求解，能很好地让学生体会实验操作乐趣，故而本实验设计并没有在原理上做改动，而是思考如何让学生使用传感器及编程方法，部分代替人工，实现部分功能的自动化，争取提升传统实验过程的有效性。
本实验充分利用开源硬件的优势，并将计算思维融入教具研发的全过程，使用C语言进行软件开发，实现数学计算；它通过运用蜂鸣器、数码显示管和蓝牙传感器等，使其全过程高度自动化、细节可视化。
不仅如此，它能克服使用传统教具过程中的人为干扰因素：红外传感器代替人工计数，消除计数过程中的人为误差；利用电磁铁释放金属小球能避免因人为释放导致单摆变成螺旋摆的失误。
设计思路及内容结构
1.硬件部分
利用Arduino开源硬件平台，结合传感器的使用，将传统的以人工为主的实验过程，通过硬件的方式完成。
（1）外观设计（如图1、图2）
（2）硬件设计（如图3）
（3）硬件连接（如图4）
2.软件部分
（1）Arduino IDE基于Processing IDE开发
对于初学者来说，它不仅极易掌握，而且具有足够的灵活性。
Arduino语言基于Wiring语言开发，是对avr-gcc库的二次封装，它不需要太多的单片机基础及编程基础，就可快速地进行開发（如下页图5）。
本教具的程序用C语言编写而成，由四大功能模块组成：①初始化模块，对传感器引脚进行定义及赋初值；②输入输出模块，为用户提供清晰的操作提示，实现在数码管及外接终端上整个计数过程的可视化，并将输出结果分别显示在数码管及终端上；③传感器功能模块，负责红外传感器、电磁铁、超声波传感器的功能实现；④蓝牙通信模块，实现与蓝牙终端设备的连接。
（2）APP Inventor
APP Inventor原是Google实验室（Google Lab）的一个子计划，由一群Google工程师和勇于挑战的Google使用者共同参与设计完成。
Google App Inventor是一个完全在线开发的Android编程环境，它抛弃复杂的程式代码而使用积木式的堆叠法来完成Android程式。
因为对于想要用手机控制机器人的使用者而言，他们不大需要太华丽的界面，只要使用基本元件如按钮、文字输入输出即可。
本教具开发手机端是为了让学生可以利用手机与教具产生交互功能，实现远距离控制和数据传输（如图6、图7）。
3.操作步骤
将本教具放置在水平桌面，用数据线连接电脑或蓝牙连接手机、Pad。
安装铁架台和单摆装置。
单摆小球球心与教具的红外线传感器探头保持水平，以红外线红色指示灯长亮为准。
本教具利用串口与终端进行通信，终外端需安装敞口通信软件，如sscom32等。
通电后，计算机终端会显示欢迎界面和操作选项。
如事前已知摆长（100cm以内），请在终端上输入“Y”；然后按仪器上第二个按钮，调节数码管，使显示屏显示已知摆长的数值；再按第三个按钮确定。
如需测量摆长，请在终端上输入“N”；然后把超声波传感器放置在小球底端并长按第二个按钮，当终端上重复显示测量值时松开按钮；再将小球移到悬点处，按第三个按钮重复之前步骤。
该过程可借助CD碟盘托住小球，便于测量。
当摆长确定，电磁铁通电开始工作。
将小球靠近电磁铁，使其被电磁铁吸住。
在终端上输入“A”，电磁铁断电停止工作，小球开始做单摆运动。
红外线传感器开始计数，并在终端上显示计数过程，当计数达到40次，蜂鸣器响起。
在终端上（电子白板或手机屏幕）显示测量结果：摆长、周期和重力加速度。
关键技术处理
实验原理：在偏角小于5°的情况下，单摆近似做简谐运动，其周期，由此可得重力加速度，测出摆长L、周期T，代入上式，可算出g值。
与传统实验进行对比：①秒表由Arduino内部的计时器取代；②可利用超声波传感器测量摆长；③人工计数部分使用红外传感器进行计数并将计数过程在数码管上呈现出来；④人工释放小球容易导致运动形式发生变化，采用电磁铁控制小球释放，可避免运动偏差；⑤利用蓝牙将数据传送到手机端，开发APP实现手机端控制，并接收数据；⑥计数过程和测量结果可在教具端、手机端、电脑端同时呈现。
幕前幕后
本教具设计初衷是基于STEM理念将高中物理、开源硬件搭建、编程等多学科知识进行融合，让学生通过不同的角度体会科技的发展及对学习方式方法的影响。
本教具可让不懂技术的教师和学生很方便地使用，同时，整个设计过程一直考虑能否让学生参与到教具的开发和设计中去。
参与创客学习的学生，经过教师的讲解能掌握基本原理，并在教师的帮助下顺地利完成开发过程。
学生完成该教具的制作后，还可以在班级其他同学面前进行演示和讲解，从中收获知识带给他的荣誉感。
所以它既是物理课上的演示教具，同时也是一个很好的创客学习的教学案例。
本教具的设计和开发过程是对STEM教育的一次尝试。
本教具结构简单，操作方便，便于教学推广，其全部过程高度自动化，细节可视化，减少操作者进行手动操作和人工计算时产生的误差，验证结果准确，能够让学生直观、明了地理解利用单摆原理测量重力加速度的方法和步骤，有利于学生主动参与、师生互动、合作交流，激发学生和教师的创作热情，因此本教具在教学应用过程中得到学生和教师的好评。
因利用多个传感器之间协同工作完成基础物理实验，所以它对学生产生积极影响和深深触动。
创客课程的开发，将教具的教学功能以不同的角度呈现，让学生充分认识到“用中学、学中用”的真正内涵。
评委印象
作为高中物理兼信息技术学科教师，作者从教14年，在编程教学和基于STEM促进信息技术与物理和数学学科教学深度融合方面有较深的理论研究和嚴谨的教学实践。
该项作品是基于STEM理念的教具设计。
作品对传统单摆实验教具进行了优化升级和空间拓展，虽然相关主题的实验教具已经很多，但作品更加注重过程的精准性和可视化，并结合电子白板、手机等多个终端进行交互。
作品在误差控制上，引入电磁铁释放单摆小球，利用红外线低点计数，有效降低偶然误差的产生。
在实际教学中，作品既可以作为物理课堂教具，又可以作为综合实践活动的教学课程。
从教学案例的角度讲，作品使用了Arduino开源硬件、多个数字传感器的组合、乐高风格的外观、C语言编程和图形可视化APP手机编程等元素，便于教师以此设计教学活动，让学生自己动手，将物理和数学与信息技术有机融合，实现了“学中做，做中学”。
利用作品将数字化学习应用于教学实践之中，既很好地完成了课堂教学任务，又激发了学生学习兴趣，开阔了学生视野，点燃了学生创新热情。
该作品是第十六届NOC活动数字化学习工具评优赛项中的典型案例。
（点评人：NOC活动数字化学习工具评优赛项裁判长/湖北省教育信息化发展中心雷春）。
