利用手機內建感測器與應用程式進行實驗

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第 期 18 18

COVER STORY

專案特搜

利用手機內建感測器 與應用程式進行實驗 P.2

數位e秘技

OneNote在平板 教學上的應用 P.6

本期刊物電子檔

(2)

 前言

智慧型手機近年來逐漸普及,對於物理教學 而言,無疑是多了一個隨身的數位化量測工具。

「智慧型」手機可以偵測到使用者把螢幕從橫放 換成了直立,並且即時調整螢幕顯示方向以符合 使用需求 ;遇到不想接的來電,使用者只要將 手機的螢幕朝下蓋在桌上,來電鈴聲就自動停 止;甚至於能夠檢測現在的溫度與氣壓;告訴使 用者最近的捷運站有多遠等,這一切「聰明」的 強大功能,都與手機內建的感測器(sensor) 息息 相關。我們如果能夠利用內建感測器,針對特定 物理量進行量測,甚至將所測得的數據輸出並繪 圖,相信對同學在學習物理上定能有所助益。

 手機內建感測器

現今大部分的手機其內建的感測器,主要可 分成三大領域,包括了:

1. 動作感測器 (Motion sensors):

針對三軸加速度和旋轉狀態進行測量,如加 速 規(accelerometers)、 重 力 感 測 器 (gravity sensors)、陀螺儀 (gyroscopes) 和旋轉向量感測 器(rotation vector sensors)。

2. 環境感測器 (Environmental sensors):

周遭環境之溫度、氣壓、光照的測量。 如氣 壓 計(barometer)、 光 度 計 (photometers) 和 溫 度計(thermometer)。

3. 位置感測器 (Position sensors):

物 理 位 置 的 測 量。 其 中 包 括 方 向 感 測 器 (orientation sensors)、磁力計 (magnetometers) 等。

利用手機內建感 測器與應用程式 進行實驗

 手機內建哪些感測器呢?

許多的手機應用程式(俗稱App),可以 快 速 幫 助 我 們 檢 測 手 機 內 建 哪 些 感 測 器。 以 Android 手機為例,我們可以到 Google Play 商 店下載名叫My Sensors 的應用程式,下載完打 開它可以發現,此應用程式除了可以告訴你手機 內有哪些感測器外,點選進入個別的感測器內,

還可以看到各感測器正在不斷的擷取各項數值,

右圖1 即為 My Sensors 打開後之操作介面。

 利用手機感測器配合應用程式來 進行測量(以Android手機為例)

下面我們以力學上常常需要量測的加速度為 例,利用手機感測器配合應用程式來進行測量。

加速度的量測及a—t 圖的繪製(以 Physics Toolbox Sensor Suite 為例):

1.  請 開 啟 手 機, 至Google Play 商 店 內 鍵 入

「Physics Toolbox Sensor Suite」,並下載之。

2.  開 啟Physics Toolbox Sensor Suite,程式預設 使用的感測器為「g-Force Meter」,將會看到 手機正在測量x、y、z 三軸的 g 值,並繪製 g 值與時間t 之關係圖(如圖 2,x 軸:紅色、y 軸:綠色、z 軸:藍色、合成後淨 g 值:白色)。

筆者進行螢幕擷取過程,所有因手機晃動所造 成的變化都被忠實的記錄下來了。(手機內定 的x、y、z 三軸所指的方向,如圖 3 所示)

3.  點 選 畫 面 左 上 方 向 左 之 箭 號, 將 會 看 到 Physics Toolbox Sensor Suite 應用程式可以監 測紀錄的感測器數值最高可達有17 項之多,

實際可搭配的數目則視手機內建之感測器多 寡而定。

金陵女中/翁正鴻老師

圖 1 My Sensors 之操作 介面

圖 2 x 軸:紅色、y 軸:

綠色、z 軸:藍色、合成 後淨g 值:白色

圖 3 手機內定的x、y、

z 三軸所指的方向

(3)

3.  如果需要輸出感測器所擷取的數據,本應用程 式也提供相對應的輸出功能,可輸出成*.CVS 檔,檔案可選擇以電子郵件夾帶寄出或是儲存 於雲端硬碟中,方便我們利用Excel 做後續的 數據分析。(圖8)

 iPhone手機的相關應用程式

對 於iPhone 手 機 的 使 用 者 而 言, 在 利 用 感測器擷取相關數據時,雖然在應用程式使用 界面上與Android 陣營手機可能有些出入(圖 9),但亦有許多其他的應用程式如「Sensor Kinetics」(圖 10),可以偵測你的 iPhone 上具 有哪些感測器,甚至使用該軟體的付費版本,亦 提供記錄感測器所採集的數據並支援數據匯出的 功能。

 總結

利用手機內建感測器可即時測出特定的物理 量,結合螢幕錄像程式或是螢幕鏡射,更可立即 將量測結果在課堂上分享,增添了物理實驗與演 示的趣味性 ; 應用程式的數據擷取與繪圖功能,

更大幅縮減了課堂上進行實驗所需的時間 ; 此 外,師生亦可以利用課堂外的時間,針對有興趣 主題隨時進行實驗設計與操作,相當值得推廣。

 圖片來源

圖1:My Sensors

圖2、7:Physics Toolbox Sensor Suite 圖4 ∼ 6:翁正鴻提供

圖8、10 :Sensor Kinetics

圖9:iOS 版的 Physics Toolbox Sensor Suite 實驗影片來源:翁正鴻提供

4.  點選其中第二項之「Linear Accelerometer(線 加速度感測器)」,點選後將發現手機螢幕上 正顯示所測得之x、y、z 三軸加速度。若手機 平放在桌面上,三軸加速度雖然隨時會有微幅 的變化,但基本上趨近於零。

5.  調整各方向加速度數據擷取的頻率,按右上方 齒輪鍵進入,預設為Fastest,每秒最大擷取 數據量因手機而異。

6.  回到前頁面後,就可以進行相關實驗囉!

(礙於篇幅及應用程式截圖之版權問題,上述步 驟無法一一截圖對應說明)

 操作實例:滑車沿斜面運動之加 速度測定

1.  將手機以泡棉雙面膠固定在滑車上,放置於斜 面軌道上後(圖4),點選 Physics Toolbox 右 上方紅色加號鍵,應用程式即開始記錄數值。

2.  使滑車在斜面上運動,Physics Toolbox 將即時 記錄滑車在軌道上軌道運動之加速度,螢幕上 所顯示的圖形即為運動過程之a—t 圖。

 實例1:

  滑車由斜面軌道頂端靜止釋放,請掃描 QR CODE(圖 5),播放實驗影片。

 實例2:

  滑車以一初速度由斜面底端沿著軌道往上移 動,請掃描QR CODE(圖6),播放實驗影片。

(圖7 即為影片中應用程式所繪出圖形之放大 圖)

圖 4 將手機以泡棉雙面膠固定在滑車上

圖 5 滑車由斜面軌道頂端靜止釋 放實驗操作影片QR CODE

圖 6 滑車以一初速度由斜面底端 沿著軌道往上移動之實驗操作影片 QR CODE

圖 7 影片中應用程式所繪出之圖形

圖 8 實驗匯出相關數據 Excel 表

圖 9 iOS 版 的 Physics Toolbox Sensor Suite 只 支援3 種感測器

圖 10 Sensor Kinetics 之 軟體界面

(4)

如 前 所 述,OneNote 為 Microsoft Office 隨附的軟體,在 Office 2003 以上 的版本均有隨附,點開後會出現類似畫 面,如圖1(以筆者資料為例,Office 2016),此即為 OneNote 的標準畫面。

本:

留意到在畫面的左邊,有著「涂兆 佐的筆記本」、「小綠綠筆記本」、「崇 光女中筆記本」等字樣,此即為我們所 設置的筆記本,可依據不同的需求而設 置更多「本」筆記本(如圖2 紅框框起 處)。

節:

畫面的中央上方處,即為單一筆記 本的「節」,亦即此筆記本的分類標籤

(如圖3 紅框框起處)。同樣的,可依 據不同的需求而設置更多節,以方便分 類。

頁:

畫面的右方處,是單一筆記本的

「頁」(如圖4 紅框框起處),亦即為 實際撰寫筆記內容的地方。同樣的,也 可依據需求而增設更多頁。而也可利用 搜尋功能,搜尋不同頁裡面的內容。

簡單的來說,我們可以把OneNote 的分類方式,想像成是我們怎麼分類一 本書或一本筆記本那樣,在一本筆記本 裡面,上方的分類就類似第一章節、第 二章節、第三章節等,而每一章節打開 後,右方就有頁面清單,就是這個章節 裡面等待翻閱的有順序的內容。

以筆者的資料為例,我在「小綠綠 筆記本」中,依照班級的不同而設置了

「二和」、「二平」、「二儉」等筆記本,

而二儉的筆記本中,有放置著「課本」、

「學資」等頁,上課時,我就打開「學 資」這一頁,進行解題的動作。而整個 螢幕,就透過VGA 直接投影在布幕上,

直接取代板書的功能。

 前言

近年來,隨著資訊融入教育的普及,及平板 電腦價格的親民化,平板教學已不再是教學演示 的展示品,而成為能夠實際應用在教學現場的利 器。坊間亦有不少套裝軟體的開發,但以泛用性 及普及性來說,仍以Windows 和 OS X 兩大系統 為主力。本文以OneNote 這套軟體為例,簡介 平板電腦在實際教學上的應用。

 多媒體教學不再只有PowerPoint

資訊融入至今,我們看到了什麼現象呢?

1.  教學資料的展示速度變快了 2.  學生可取得的資源變多了 3.  課堂中的影音效果變豐富了 4.  抽象概念變具體了

5.  老師的教學點滴可以被記錄了

我們可以在課堂中,輕易的將圖表、動畫、

影片等,嵌入PowerPoint 等文書處理軟體,即 時播放來增強教學效果,這在現代的課堂中是

可以輕鬆做到的事情。但,大量依賴PowerPoint 的結果是:缺乏板書互動、尤其是針對大量計算 式的部分,若直接以PowerPoint 來展示,效果 不見得好。而OneNote,就是個可以兼顧傳統板 書及多媒體結合的最佳工具。

 OneNote基本功能介紹

OneNote 為 Microsoft Office 隨 附 的 軟 體,

其概念為「筆記本」的功能,亦即一般紙本筆記 本能做到的功能如手寫、螢光重點、資料整理分 門別類等,OneNote 也都能做到,且功能更為強 大;再者,由於同樣隸屬於Microsoft Office,所 以OneNote 和 Word、PowerPoint、Excel 等軟體 的相容性是相當高的,故教師平時備課時,無須 擔心軟體相容性的問題,平時所準備的教材資 源,可無縫接軌到OneNote 整理及使用。而若 要在教學現場實際應用在教學上,亦即取代板書 的功能,我們則需另準備能夠手寫的平板電腦,

在本文中亦會提及。

OneNote 在平板 教學上的應用

崇光女中/涂兆佐老師

圖 1 OneNote 的標準畫面

圖 3 OneNote 上方「分類標籤 - 節」的擷取畫面 圖 2 OneNote 左方「筆記本」的擷取畫面

圖 4 OneNote 右方「頁」的擷取畫面 高一課本 高一講義 高一習作 單位練習

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 OneNote優點及進階教學

1. 輕鬆串接教學資源

可輕鬆地將Word、Excel、PDF 等教學 素材直接貼進OneNote,無須另外重新 製作教學資料(如圖5 紅框框起處)。

2. 資料分門別類

有「本」、「節」、「頁」等分類方式,

方便做資料整理分類。

3. 補充資料多元化

可插入補充資料:音樂、影片、小程式、

動畫等素材,如圖6。

4. 即時儲存,資料不漏失

即時儲存,無須擔心因當機而造成的資 料毀損。(Windows 的當機率還是挺高 的)

5. 即時錄製教學影片

可即時儲存筆跡及語音,進行即時的教 學影片錄製(如圖7 紅框框起處),錄 製後上傳至youtube 等平台,即可提供 同學複習補課之用。

6. 筆記功能個人化

一般筆記本可以進行的功能,OneNote 均可做到:可進行不同顏色的手寫、螢 光筆劃記重點等。OneNote 2016 內建九 種不同粗細的畫筆及螢光筆,而色澤均 可依自己喜好設置,再設成快捷按鈕以 方便使用(如圖8 及圖 9)。

7. 支援手寫功能,兼顧傳統板書

可支援手寫辨識,直接轉成數位文字

(如圖10),連數學方程式亦可辨識(如 圖11 及圖 12)。上完課後可直接將筆 記檔案轉寄給學生,方便學生複習。此 功能在速記、編撰講義或會議記錄時非 常好用,可彌補打字速度不足的缺憾。

8. 搜尋重要內容 so easy

標記重要筆記段落,可利用筆記內圖示 標籤來做過濾搜尋。

9. 支援簡易計算

支 援 簡 易 的Excel 計算,例:在頁面 上 直 接 輸 入「3+5=」 的 字 樣, 再 鍵 入Enter,則計算結果自動顯現(如圖 13)。

10. 隨意放大縮小換位置

利用套索工具將筆跡圈選起來,就可隨 意放大縮小及位置搬移,如圖14。

圖 10 支援手寫辨識,直接轉成數位文 字(連這麼醜的字都可以順利辨識…)

圖 5 OneNote 上方「插入-檔案」的擷取畫面

圖 6 講解到宇宙學,直接將宇宙學相關的影片放在旁邊,

點選立即播放,不耽誤時間

圖 7 OneNote 上方「插入-錄製」的擷取畫面

圖 8 可將喜好的顏色及粗細設定成快捷鍵放置在最上方,

方便使用

圖 11 出數學或物理考卷變得十分便利,不須花費太多時 間在方程式編輯器上

圖 9 可依照自己的喜好,任意設定想要的顏色及粗細

圖 12 這麼醜的字也辨識的出來,重點是,連微積分都可 辨識

圖 14 利用套索工具將筆跡圈記起來,接著點選邊點直接 放大或縮小

圖 13 在頁面上直接輸入「3+5=」的字樣,再鍵入 Enter,

則計算結果自動顯現

(6)

 OneNote在教學現場上應用的優 缺點

在教學現場中,我們會直接將OneNote 的 畫面,透過HDMI 或 VGA 等傳輸至投影機上,

OneNote 的介面就變成我們的黑板,直接透過手 寫功能來進行教學活動。所以,我們所使用的 平板電腦或筆記型電腦,必須要支援手寫筆的 功能。而目前諸家廠商如Wacom(如圖 15)、

Lenovo、Asus、Acer、Microsoft 等, 均 有 生 產 支援手寫筆的筆記型電腦,售價從兩萬到六、七 萬不等。

因為仍須依賴投影機作為展示的媒介,所以 所有使用投影機教學的缺點,OneNote 也會有。

且因會搭配大量手寫,故投影螢幕的大小,就會 對我們的教學造成很大的限制;也就是說,等於 我們的「黑板大小」是縮小的。

這個部分則需要各教師依照自己的教學習慣 來做調整,例如說,可搭配傳統板書交替使用,

或利用筆跡放大縮小的方式,來增加可撰寫的空 間等等。而國內也有部分的熱血教師,開始研發

「全黑板投影」技術,或可為OneNote 教學提 供解套方式。

然而,OneNote 會具備所有筆記型電腦所擁 有的優點,資訊統合能力及硬體支援能力無人能 及,故如何在優缺點之間做取捨,端看個人的習 慣。

另,現在的投影技術已經足夠成熟,部分的 投影機或轉接器,已可支援無線投影功能,加上 部分廠商的筆記型電腦如surface pro 系列,其重 量已經減輕到幾乎等於一台iPad 的重量,試想 像,拿著一台重量約等於iPad 的筆電或平板,

在教室各地穿梭,一邊巡視、一邊寫板書寫計算 式、一邊和同學互動,這種場景是不是很吸引人 呢?

 結語

任何一種資訊融入教學法,都不應成為教學 的唯一選項,而是教學策略的一種選擇及點綴,

教學內容的精進才是最重要的。期許本文能提供 諸位先進一點火花,能夠讓教學現場變得更加多 采多姿。

 圖片來源

圖1 ∼ 14:Microsoft OneNote 軟體畫面擷取。

圖 15:http://wacom.com/en-us/products/pen- displays/cintiq-companion-2

圖 15 Wacom 的筆記型電腦,支援手寫筆功能

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