[摘要]充分利用身邊的器材，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)的有效性是新課程改革的要求，也是提高創(chuàng)新能力的需要。文章巧妙運(yùn)用數(shù)碼攝像機(jī)，突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

[關(guān)鍵詞]數(shù)碼攝像機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)

[中圖分類號(hào)]G633.7[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]16746058（2015）110069

一、問題提出

隨著新課程改革的不斷深入，探究教學(xué)思想已深入人心。探究教學(xué)重在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要組成部分，同時(shí)也是物理科學(xué)探究的重要思想和方法，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要意義。新課程要求重視物理實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)過程，所以加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)是大勢所趨。

但是在實(shí)際教學(xué)中，一些實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果并不是很好，表現(xiàn)為有些實(shí)驗(yàn)需要難度較大的實(shí)驗(yàn)條件，如頻閃照相在中學(xué)實(shí)驗(yàn)條件下很難滿足；有些實(shí)驗(yàn)需要長時(shí)間的觀測才可以完成，如波的干涉。筆者在教學(xué)中將數(shù)碼攝像機(jī)引入了課堂教學(xué)，配以多媒體軟件和投影儀等設(shè)備，提升了實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，提高了學(xué)生的參與度。實(shí)際教學(xué)表明，數(shù)碼攝像機(jī)的使用非常貼近生活，學(xué)生的親切感強(qiáng)、熱情高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)的采集使學(xué)生興奮、好奇，產(chǎn)生了良好的教學(xué)效果，下面謹(jǐn)向大家介紹四個(gè)實(shí)例，希望能起到拋磚引玉的作用。

二、數(shù)碼攝像機(jī)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）變瞬間為永恒，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)探究

人教版高中物理3-4《波的干涉》一節(jié)，學(xué)生對(duì)波的疊加、波的干涉等現(xiàn)象缺乏生活經(jīng)驗(yàn)和感性認(rèn)識(shí)，教師在教學(xué)過程中，對(duì)波的疊加、干涉圖樣的繪制一般采用靜態(tài)圖片描繪或采用計(jì)算機(jī)模擬，這種處理方法不僅缺乏動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)，而且缺乏真實(shí)感。所以，在課堂中巧用攝像機(jī)，可以直接對(duì)真實(shí)的干涉現(xiàn)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察、分析。

（1）利用燈光在水面上的反射，直接用攝像機(jī)鏡頭視頻輸出水槽中波的疊加實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并通過電腦傳輸?shù)酵队吧希▓D1、圖2）。

（2）將畫面投影到黑板上，再用粉筆來標(biāo)出這些點(diǎn)（標(biāo)點(diǎn)的同時(shí)和學(xué)生一起分析判斷，水波是加強(qiáng)的還是減弱的），再用紅色實(shí)線連出加強(qiáng)的線，用白色虛線連出減弱的線。其中畫面的上半部分可以利用對(duì)稱性補(bǔ)全（圖3、圖4）。

（3）根據(jù)這些線的分布，利用數(shù)學(xué)知識(shí)，波源到中間線上的點(diǎn)的距離是相同的，如果用波源的路程差|r1-r2|表示，應(yīng)該為0；相鄰的加強(qiáng)線上的點(diǎn)，由于波傳到這里的時(shí)間差是T，如果用路程來表示就是相差λ；傳播時(shí)間差2T的地方路程差為2λ……而減弱的點(diǎn)的路程差分別為λ/2，3λ/2……所以，路程差滿足nλ的點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，滿足（n+1/2）λ的點(diǎn)振動(dòng)減弱。

圖1圖2

圖3圖4

（二）變動(dòng)為靜，進(jìn)行精確測量

人教版高中物理必修2中《研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律》是具有代表性的一堂探究課。課堂教學(xué)中經(jīng)常使用頻閃照片來研究平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向和豎起方向上的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，效果非常明顯。但是，在實(shí)際教學(xué)中很多學(xué)校沒有高頻攝像機(jī)，更別說讓學(xué)生親歷拍攝過程。

用數(shù)碼攝像機(jī)拍攝小球平拋的運(yùn)動(dòng)過程，并將其采集到多媒體電腦中，利用《超級(jí)解霸3500》自帶的“單幀”功能，記錄不同時(shí)刻小球的橫、縱坐標(biāo)，通過坐標(biāo)分析小球在水平和豎直方向上，在相等時(shí)間內(nèi)的位移變化，運(yùn)用已有知識(shí)分析小球的位移隨時(shí)間的變化，分析判斷小球在水平和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)（圖5）。

圖5

在每次實(shí)驗(yàn)所拍攝的影像中，有8—10幀圖像可看到小球的位置在坐標(biāo)方格內(nèi)，數(shù)據(jù)如下：其中圖6、圖7的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在第1次實(shí)驗(yàn)中。

圖6圖7

第一次實(shí)驗(yàn)：

第二次實(shí)驗(yàn)：

數(shù)據(jù)處理：

水平方向上：在相等的時(shí)間間隔（451秒）內(nèi)，小球水平方向的位移基本相等，平均值為0.08m，由此可判斷小球水平方向上的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)是勻速直線運(yùn)動(dòng)，且水平初速度大小約為1.02m/s。

豎直方向上：連續(xù)相同時(shí)間間隔內(nèi)的位移差均相等，可以判斷豎直方向上的運(yùn)動(dòng)為勻加速直線運(yùn)動(dòng)。又因?yàn)樵?51秒內(nèi)，連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的豎直方向位移差的平均值為Δx=0.06m，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式Δs=aT2，可求得此勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度為9.754m/s2。與自由落體加速度很接近（上海北緯31012′重力加速為9.794m/s2），所以，可以進(jìn)一步判斷平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)為自由落體運(yùn)動(dòng)。

在得到平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向和豎直方向運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，我們可以對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)與自由落體運(yùn)動(dòng)的對(duì)比演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行猜想和驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)過程用數(shù)碼攝像和“逐幀播放”功能，不僅可以聽到同時(shí)落地，學(xué)生還可以清晰地看到，在任何一幀內(nèi)，做平拋運(yùn)動(dòng)的小球和自由落體小球總在一條水平線直線上。

圖8（三）變快為慢，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確分析

人教版高中物理必修2《曲線運(yùn)動(dòng)》一節(jié)中，探究曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向是個(gè)難點(diǎn)。研究過程中我們可以讓學(xué)生投擲飛鏢，用攝像機(jī)拍攝飛鏢的飛行過程，用軟件《會(huì)聲會(huì)影》提圖9圖10取幀圖片，然后將這些圖片依次傳入計(jì)算機(jī)，利用圖像處理軟件（如Photoshop軟件）將這些照片合成在一張照片上（圖9）。在具體的教學(xué)中，我們可以將合成的圖片直接投影到大屏幕上，再用曲線擬合飛鏢的運(yùn)動(dòng)軌跡（圖10），學(xué)生就很容易研究物體做曲線運(yùn)動(dòng)過程中的速度方向，而且實(shí)驗(yàn)貼近學(xué)生實(shí)際生活，學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)過程。同時(shí)，又可以激發(fā)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（四）變課外為課內(nèi)，拓展教學(xué)空間

人教版高中物理必修1《牛頓第一定律》，慣性和牛頓第一定律都比較抽象，伽利略的理想實(shí)驗(yàn)也是一種重要的思想方法，學(xué)生真正理解起來是有難度的。教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，讓學(xué)生真正改變“力是運(yùn)動(dòng)的原因”這一直覺觀念非常困難，很多學(xué)生在分析物理問題時(shí)，總是不自覺地變成亞里士多德的“信徒”。

要改變這一現(xiàn)狀，在教學(xué)前，我們可以組織學(xué)生乘坐公交車，通過觀察公交車內(nèi)籃球、小掛件、和魚缸內(nèi)水的慣性現(xiàn)象，將課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外體驗(yàn)緊密結(jié)合起來，通過自己的觀察與體驗(yàn)獲得力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的基本認(rèn)識(shí)，接著讓學(xué)生帶著問題回到課堂，體驗(yàn)“理想實(shí)驗(yàn)”的魅力，感受科學(xué)的思想方法，最后運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來解釋自身體驗(yàn)與觀察的現(xiàn)象，效果非常明顯。我用錄像機(jī)記錄了整個(gè)體驗(yàn)過程（圖11、圖12），這樣學(xué)生的參與度高，也激起了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更拓展了教學(xué)的空間。同時(shí)，這樣也體現(xiàn)了“從生活走向物理，由物理走向社會(huì)”的理念。

圖11

圖12

三、回顧與思索

以上是筆者在教學(xué)中對(duì)數(shù)碼攝像機(jī)的應(yīng)用做的一些嘗試，事實(shí)證明，將攝像機(jī)引用到物理課堂教學(xué)中，效果非常好。用類似的方法還可以測定自由落體加速度、研究簡諧振動(dòng)、演示超重失重現(xiàn)象等實(shí)驗(yàn)。作為一線教師，我們要靈活地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新整合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材資源，利用數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)等常見電子設(shè)備，增加實(shí)驗(yàn)的可見度和可信度，讓學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)過程，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手的能力，同時(shí)又可以激發(fā)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣，這對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[參考文獻(xiàn)]

顧揚(yáng).創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)探究策略科學(xué)研究平拋運(yùn)動(dòng)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014（1-2）：96-97.

（責(zé)任編輯易志毅）