摘要：為了推進(jìn)DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用，筆者研發(fā)了基于DIS的視頻與數(shù)據(jù)采集同步教學(xué)課件。并對(duì)其制作設(shè)想、實(shí)現(xiàn)方法等進(jìn)行了闡述，對(duì)教學(xué)功能進(jìn)行了挖掘。

關(guān)鍵詞：DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)；數(shù)據(jù)采集；視頻資料；課件

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148(2008)4(S)-0053-3

1 制作設(shè)想

隨著新課程改革的推進(jìn)，DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在中學(xué)物理中的應(yīng)用日益廣泛，成為中學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的有效工具。但由于地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡，而DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的成本較高，許多學(xué)校無(wú)法大批量的購(gòu)買(mǎi)，大多數(shù)學(xué)校只是購(gòu)買(mǎi)一兩套，給教師講公開(kāi)課或者學(xué)生進(jìn)行專(zhuān)題研究時(shí)使用，這樣大大制約了數(shù)據(jù)采集器的應(yīng)用，無(wú)法滿足對(duì)廣大學(xué)生教學(xué)的需要。

為此筆者認(rèn)為：教師如果能將用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、圖象等以課件、網(wǎng)頁(yè)或其他的形式展示給學(xué)生，也能在一定程度上加深學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的理解能力，給學(xué)生較強(qiáng)的感性認(rèn)識(shí)。在對(duì)廣東省的物理教師進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，92.5％的教師都很希望獲得DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)資料，特別是一些視頻資料。鑒于這些原因，我們提出了基于DIS的視頻與數(shù)據(jù)采集同步教學(xué)課件的設(shè)想，希望能夠彌補(bǔ)此不足，減少數(shù)據(jù)采集器實(shí)驗(yàn)對(duì)真實(shí)情景的過(guò)分依賴(lài)性，擴(kuò)展其教學(xué)功能。

2 實(shí)現(xiàn)方法

2.1 利用Datastudio實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)視頻與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（圖象）采集同步

利用軟件實(shí)現(xiàn)DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的視頻與數(shù)據(jù)（圖象）采集同步的技術(shù)最早出現(xiàn)在美國(guó)PASCO公司生產(chǎn)的DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的配套軟件Datastudio 1.90之中，它可以將DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)視頻與數(shù)據(jù)采集器采集下來(lái)的數(shù)據(jù)（圖象）完美地結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行同步播放。實(shí)現(xiàn)方法為：

在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，利用攝像機(jī)或者帶有錄像功能的數(shù)碼相機(jī)將實(shí)驗(yàn)的過(guò)程拍攝下來(lái)，請(qǐng)注意，拍攝的視頻必須為.mov或者.avi的格式。將視頻導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，并與保存的數(shù)據(jù)文件放在同一目錄下。打開(kāi)Datastudio軟件中的活頁(yè)簿（workbook），通過(guò) 和 按鈕分別將視頻和數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入，并點(diǎn)擊右鍵設(shè)置同步，最后可得到這樣的效果：將導(dǎo)入的實(shí)驗(yàn)視頻啟動(dòng)，即可發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)視頻和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（圖象）同步運(yùn)動(dòng)，并一一對(duì)應(yīng)；將視頻暫停在某一時(shí)刻，相應(yīng)的數(shù)據(jù)（圖象）也將在此時(shí)停止。如圖2，截取了彈性球的運(yùn)動(dòng)視頻運(yùn)行過(guò)程中的兩幅圖，從中我們可以看出實(shí)驗(yàn)視頻和圖象的對(duì)應(yīng)關(guān)系。



用Datastudio實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)視頻與數(shù)據(jù)（圖象）同步，其最大的局限性在于其播放無(wú)法脫離該軟件，該軟件的價(jià)位較高，購(gòu)買(mǎi)此軟件的學(xué)校很少。倘若能脫離此平臺(tái)，插入課件或網(wǎng)頁(yè)中，應(yīng)用就更方便，也容易得到推廣?；谶@種想法，我們提出了利用Flash實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)視頻和數(shù)據(jù)（圖象）采集同步的方法。

2.2 利用Flash實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)視頻和數(shù)據(jù)（圖象）采集同步

這種方法是先利用屏幕動(dòng)態(tài)捕捉軟件Camtasia Studio獲取真實(shí)數(shù)據(jù)視頻，利用flash軟件強(qiáng)大的腳本功能將獲取的數(shù)據(jù)視頻與攝像機(jī)拍攝的實(shí)驗(yàn)過(guò)程視頻制作成實(shí)驗(yàn)視頻和數(shù)據(jù)采集同步的課件。下面簡(jiǎn)單地介紹一下這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。

所需硬件：電腦，數(shù)據(jù)采集器，傳感器，實(shí)驗(yàn)器材，攝像機(jī)（配支架）

所需軟件：數(shù)據(jù)采集器配套軟件，Camtasia Studio屏幕錄像軟件，Macromedia flash課件制作軟件。

其基本步驟如下：

（1）設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并觀察實(shí)驗(yàn)操作與采集的信號(hào)的對(duì)應(yīng)情況；

（2）準(zhǔn)備好攝像機(jī)，對(duì)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，調(diào)節(jié)，讓拍攝達(dá)到最佳效果；

（3）打開(kāi)屏幕錄像軟件Camtasia Studio，新建錄制向?qū)Вx擇錄像區(qū)域，選定的錄像區(qū)域?yàn)榫G色邊框；

（4）在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，一方面用攝像機(jī)拍攝實(shí)驗(yàn)操作場(chǎng)景，另一方面用Camtasia Studio將正在動(dòng)態(tài)變化的數(shù)據(jù)采集器信號(hào)捕捉下來(lái)，如變化的圖線，變化的數(shù)據(jù)，保存為視頻格式。可以多人操作，保證兩者在時(shí)間上的一致性；

（5）將攝像機(jī)里的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景錄像進(jìn)行剪輯導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)中，并在Flash中實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景錄像和數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)（圖象）錄像的同步運(yùn)行及控制。如圖2，是已經(jīng)制作好的“自感”視頻與數(shù)據(jù)采集同步課件中截取的圖，將兩個(gè)電壓傳感器分別并聯(lián)在兩個(gè)燈炮兩端，①、②兩條曲線分別代表了上下兩個(gè)燈泡兩端電壓隨時(shí)間變化的圖線。

該課件包括以下功能：

（1）同步播放、暫停，同步快進(jìn)、快退，跳到開(kāi)頭，跳到結(jié)尾。分別采用了Flash里的函數(shù)是：play，stop，prevFrame，nextFrame，gotoAndStop（開(kāi)頭禎），gotoAndStop（結(jié)束禎）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）實(shí)物錄像場(chǎng)景的窗口的大小可以控制，用Flash里的_xscale，_yscale函數(shù)，并且可以隨意的拖動(dòng)，或隱藏，這些功能的設(shè)置大大的方便了老師的教學(xué)。



3 預(yù)期目標(biāo)

相比之下，采用Flash制作的實(shí)驗(yàn)視頻和數(shù)據(jù)（圖象）采集同步教學(xué)課件具有推廣價(jià)值?，F(xiàn)在我們正利用此技術(shù)制作一套與粵教版高中物理教材相配套的，與教師教學(xué)緊密結(jié)合的關(guān)于DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的課件光盤(pán)素材。光盤(pán)中，課件以積件庫(kù)的形式存在，即各個(gè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立分開(kāi)，一個(gè)實(shí)驗(yàn)，一個(gè)小課件，方便老師調(diào)用。

4 教學(xué)價(jià)值挖掘

將以上視頻同步課件應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)具有以下的教學(xué)價(jià)值：

①集合了視頻教學(xué)和DIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，將真實(shí)的物理情景和物理數(shù)據(jù)（圖象）結(jié)合、對(duì)應(yīng)起來(lái)，符合建構(gòu)主義的教學(xué)思想，更能反映物理現(xiàn)象的本質(zhì)，深化了對(duì)于學(xué)生物理規(guī)律的理解。視頻揭示了實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)（圖象）直觀地反映了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所對(duì)應(yīng)的物理規(guī)律，兩者同步起來(lái)，相得益彰，突破教學(xué)難點(diǎn)。采用此教學(xué)課件教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生捕捉信

息、獲取信息、處理信息的能力；能提高課堂教學(xué)效率；使學(xué)生仿佛身臨其境，能更有效地啟發(fā)學(xué)生思維，激勵(lì)學(xué)生參與教學(xué)過(guò)程，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用。 



②其最大的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)視頻和數(shù)據(jù)（圖象）采集視頻可以同步播放和同步暫停。有的物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝，學(xué)生可能都沒(méi)觀察清楚就已經(jīng)過(guò)去了，利用這個(gè)課件可以給學(xué)生反復(fù)的觀察，倘若變化太快，還以將課件停在某一處仔細(xì)觀察，“暫?！边@樣一個(gè)小小的功能會(huì)給物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)意想不到的方便和直觀，如在進(jìn)行“簡(jiǎn)諧振動(dòng)”（如圖3）的教學(xué)時(shí)，可將實(shí)驗(yàn)視頻和圖象同時(shí)停止在某一特殊位置，如平衡位置，位移最大，位移最小處等，將兩者結(jié)合起來(lái)分析此時(shí)的位置、速度、受力、加速度等特點(diǎn)。在講授“自感”時(shí)，可以利用暫停將實(shí)驗(yàn)的過(guò)程分為三個(gè)不同的階段，通電時(shí)，電流穩(wěn)定時(shí)，斷電時(shí)分別觀察。這種方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，理解物理概念和規(guī)律大有裨益。



5 應(yīng)用途徑

無(wú)論是否具備數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)的學(xué)校，都可以利用該課件讓教師和學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)采集器，傳感器有所了解；觀察數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程；將課件與實(shí)際課堂教學(xué)相結(jié)合，利用提供的圖象和數(shù)據(jù)，提高學(xué)生對(duì)圖象的認(rèn)知能力和分析處理數(shù)據(jù)的能力；也可以在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上利用該課件進(jìn)行深化教學(xué)。

對(duì)于數(shù)據(jù)采集器充足的學(xué)校，課件中提供的案例實(shí)際上是對(duì)教師一種培訓(xùn)資源。教學(xué)時(shí)，可以同實(shí)物演示相結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生在實(shí)物演示后能夠觀察到實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)。還可以利用該課件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)總結(jié)。

總之，數(shù)據(jù)視頻同步課件在某種程度上緩和了學(xué)校實(shí)驗(yàn)儀器不足，能夠改善“畫(huà)實(shí)驗(yàn)”，“講實(shí)驗(yàn)”的情況，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供了一個(gè)比較真實(shí)的認(rèn)知環(huán)境。

最近，筆者利用以上的“自感”的視頻與數(shù)據(jù)采集同步課件在廣州真光中學(xué)進(jìn)行授課，從學(xué)生的反饋可以看出取得了非常好的教學(xué)效果，課件也深受廣大物理教師的歡迎。

(欄目編輯王柏廬)