張麗娜

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，中學(xué)物理中的許多概念和規(guī)律，都是在觀察生活與實驗的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的.因此，物理教師需要準(zhǔn)備不同類型的演示實驗以達(dá)到創(chuàng)設(shè)物理情境的目的，讓學(xué)生置身于這個物理情境，通過形象直觀的實驗現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生的大腦和感覺器官并用獲得生動的感性認(rèn)識，并且最終能夠理解并建立正確的物理概念或形成物理規(guī)律.教師在演示實驗時，由于實驗條件、場地的限制，有時很難將實驗現(xiàn)象及過程很好地展示在學(xué)生面前，肯定會有學(xué)生由于實驗現(xiàn)象不易觀察而游離于課堂情境之外，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果.所以如何讓全部學(xué)生都獲得相同且直觀可信的實驗現(xiàn)象，是需要我們教師思考的.下面我就結(jié)合本人在教學(xué)中的實踐，談?wù)剶z像頭在兩個演示實驗中的重要應(yīng)用.

在“用牛頓運動定律解決問題（二）——超重失重”這一節(jié)的教學(xué)中，很多老師都會選擇將彈簧測力計和砝碼發(fā)給學(xué)生，期望通過學(xué)生親自動手實驗獨立總結(jié)出超重失重的概念.可是學(xué)生在獨立實驗中手提砝碼運動時，彈簧測力計示數(shù)變化過快，很多學(xué)生并沒有很明確的觀察到示數(shù)改變.砝碼向上先加速后減速，運動過程時間短，彈簧測力計示數(shù)先變大后變小，學(xué)生即便觀察到了示數(shù)的變化，也不容易與相應(yīng)的運動過程匹配上，從而很難獲得正確的超重失重概念.有些教師會再演示一遍，讓加速運動或者減速運動過程變長，延長彈簧測力計示數(shù)可觀察的時間，這樣也只能夠讓一部分離教師比較近的學(xué)生觀察到實驗現(xiàn)象.那么如何讓全部學(xué)生都獲得相同而直觀可信的實驗現(xiàn)象呢？可以自行制作一個超重失重演示儀.

超重失重演示儀是在由晾衣架和兩個滑輪組成的骨架上，左側(cè)掛彈簧測力計和砝碼，右側(cè)掛一重物（如圖1、圖2所示）.為了便于所有學(xué)生觀察到實驗現(xiàn)象，左側(cè)不是簡單的將彈簧測力計和砝碼直接掛上，而是找一方形透明塑料板，在塑料板一側(cè)適當(dāng)位置開兩個孔，把攝像頭用繩固定在孔前，塑料板另一側(cè)用膠將一個彈簧測力計側(cè)放粘上（如圖3所示）.

彈簧測力計側(cè)放方向及位置剛好可以使攝像頭拍攝并顯示彈簧測力計的示數(shù)，彈簧測力計的下方掛一適當(dāng)砝碼.然后在塑料板上方適當(dāng)位置開孔，讓其重心為開孔豎直正下方，以保證把這個塑料板掛到骨架左側(cè)時，整個塑料板裝置可以在豎直方向上上下運動.當(dāng)右側(cè)重物質(zhì)量等于左側(cè)塑料板裝置質(zhì)量時，兩側(cè)靜止，彈簧測力計示數(shù)為砝碼重力.當(dāng)右側(cè)重物質(zhì)量大于左側(cè)塑料板裝置質(zhì)量時，教師把重物一松手，學(xué)生就可以觀察到塑料板裝置整體加速向上運動.同時，通過投影在黑板上的攝像頭所捕捉的彈簧測力計示數(shù)（如圖4所示），很容易的就可以讓全體學(xué)生獲得相同的實時實驗數(shù)據(jù)，建立相同的形象直觀的認(rèn)識，集中了同學(xué)們的注意力，調(diào)動了他們的學(xué)習(xí)積極性，在愉快的情境里，充分發(fā)揮他們的分析能力，最終把實驗獲得的感性認(rèn)識歸納、綜合為超重這一物理概念，完成認(rèn)識過程的飛躍.當(dāng)右側(cè)重物質(zhì)量小于左側(cè)塑料板裝置時，可以讓學(xué)生觀察并總結(jié)出失重這一概念；當(dāng)右側(cè)不掛重物時，讓彈簧測力計和砝碼自由下落，可以觀察并得到完全失重的概念（如圖5所示）.

自制超重失重演示儀有很多優(yōu)點.重物的運用比起手提使彈簧測力計運動更穩(wěn)定，示數(shù)更可信.晾衣架的使用延長了加速過程的時間，使示數(shù)顯示的時間更長，便于學(xué)生觀察.而攝像頭的使用可以讓全體學(xué)生獲得相同的感官體驗，為理解物理知識提供了可靠可信的事實依據(jù)，使單調(diào)枯燥的學(xué)習(xí)變得生動、有趣了.在演示實驗中，也培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力、整合能力、理解和表達(dá)能力.

攝像頭作為一種即時的可視設(shè)備，在很多演示實驗里都可以發(fā)揮巨大的作用.在“帶電粒子在勻強磁場中的運動”一節(jié)的教學(xué)中，教師一定會利用洛倫茲力演示儀演示帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動.如果直接在講臺演示，肯定會有一些同學(xué)觀察不到明顯的實驗現(xiàn)象，所以有些老師會利用ppt在黑板打出之前做好的實驗圖片讓學(xué)生觀察，這樣做能夠讓同學(xué)們獲得一致的實驗結(jié)論，可是實驗結(jié)論的可信度就會大打折扣，利用攝像頭就可以解決這一問題.在洛倫茲力演示儀的不同位置上可以安裝三個攝像頭：一個在玻璃泡的左側(cè)，可以實時顯示帶電粒子運動軌跡的側(cè)面圖；一個在玻璃泡的正前方，可以顯示帶電粒子運動軌跡的正面圖；最后一個在加速電壓和勵磁電流表盤的正上方，可以實時顯示表盤內(nèi)示數(shù)的改變.通過投影在黑板上的攝像頭所捕捉的畫面（如圖6所示），就可以讓學(xué)生獲得多角度全方位真實可信的實驗現(xiàn)象，最終總結(jié)獲得帶電粒子在勻強磁場中到底做什么運動這一教學(xué)重點.

新課標(biāo)旨在讓學(xué)生感受物理知識探究過程走科學(xué)家探索之路.利用攝像頭結(jié)合計算機、投影儀這些設(shè)備就可以克服真實物理實驗中現(xiàn)象不明顯、過程不清楚的缺點，讓學(xué)生獲得相同的直觀實驗現(xiàn)象，在實驗所得真實可靠結(jié)論的基礎(chǔ)上加以推理，才能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果.