自由落體運動多媒體教學(xué)演示平臺的設(shè)計與開發(fā)

王文煒 郭興婷 于 慶 程揚碩 陳 丹 李 林

(衡陽師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系，湖南 衡陽 421008)

引言

重力加速度是物理學(xué)中一個重要的參量。重力加速度的測量不僅在物理中具有重要意義，而且對研究地層結(jié)構(gòu)和探查地下資源都有實用價值[1]。因而做好重力加速度實驗及教學(xué)授課也是十分必要的。本設(shè)計針對于現(xiàn)有教學(xué)儀器僅有說明書而不包含相應(yīng)教學(xué)課件的局限，及VC++制作課件過程中編程復(fù)雜、CPU 資源消耗較大的問題，提出了在自由落體運動多媒體教學(xué)平臺中以VC++為主體，結(jié)合調(diào)用PowerPoint 和Flash 動畫的設(shè)計開發(fā)。由于VC++并不是一款每個人都能夠掌握的軟件，因而通過VC++調(diào)用PowerPoint，修改課件則不需要修改VC++源程序，只要修改powerpoint 中須修改的內(nèi)容即可。該實驗教學(xué)平臺還可以同步顯示自由落體實驗中小球的下落過程，及測得加速度數(shù)據(jù)及繪制時間、位移曲線。該演示儀在教學(xué)過程中能夠真實、科學(xué)地將自由落體運動規(guī)律演示出來，不但簡化了VC++編程，而且還具備了操作簡單、容易上手、動感十足的優(yōu)點。該多媒體教學(xué)實驗平臺使學(xué)生不但能夠掌握課程要求的知識技能，而且還可以培養(yǎng)學(xué)生的實驗興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

1 自由落體教學(xué)演示儀的教學(xué)實驗平臺總體框架

自由落體教學(xué)演示實驗教學(xué)平臺以VC++為主體，調(diào)用Powerpoint 和Flash 動畫共同構(gòu)建了自由落體多媒體教學(xué)演示儀的教學(xué)實驗平臺。本教學(xué)實驗演示平臺主要有三部分構(gòu)成：①通過VC++本身設(shè)計制作的小球同步顯示、繪制位移與時間曲線、顯示小球測得的重力加速度值部分；②利用VC++調(diào)用PowerPoint 和Flash動畫制作的動感課件部分；③利用VC++本身編寫的使用幫助。該實驗平臺功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。通過點擊教學(xué)試驗平臺上相應(yīng)的菜單或工具欄圖標(biāo)，可以快速的切換實驗界面及理論知識課件界面，對于無論是否了解該儀器的操作人員均能夠使用，既方便快捷又生動形象。

2 自由落體教學(xué)演示儀的教學(xué)實驗平臺具體實施

利用VC++中的MFC 函數(shù)構(gòu)建的自由落體實驗平臺，具有美觀、方便、快捷的特點，在一定程度上為程序運行提供了良好的基礎(chǔ)。實驗平臺主界面主要包括“課件”、“小球演示實驗”、“幫助”、“退出課堂”、“翻到課件首頁”、“翻到課件末頁”、“課件上一頁”、“課件下一頁”等功能。點擊自由落體教學(xué)演示儀的教學(xué)實驗平臺，即可進入實驗項目的視圖界面，在不同界面可以快速進行切換，其實驗平臺主界面如下圖2 所示。

課件部分采用VC++調(diào)用flash 動畫及PoverPoint 設(shè)計而成。其可以根據(jù)課堂需求翻頁，能夠快速翻到課件的最前一頁及課件的最后一頁，亦可在授課過程中進行前后翻頁，能夠按照任課老師的需要自行調(diào)節(jié)。PowerPoint 和Flash 動畫是目前制作課件最常用的軟件，其中PowerPoint 是一款操作簡單、容易上手，有豐富頁面過度效果的一款軟件，但在表現(xiàn)手段和交互性上略顯不足，網(wǎng)絡(luò)保護功能差，容易被盜用；而Flash 是一個實踐性、藝術(shù)性、創(chuàng)新性很強的動畫制作軟件，其內(nèi)容豐富、工具繁多、動畫效果豐富多彩，但是其在文字、圖像處理，特別是動作腳本中存在不足[2-3]。本設(shè)計采用flash 動畫及PoverPoint 相結(jié)合的設(shè)計來編寫相應(yīng)自由落體課件的，其彌補了兩個應(yīng)用軟件之間的不足，且保證了課堂教學(xué)真實、有趣。

小球演示實驗部分采用VC++為主體編寫設(shè)計而成。實驗平臺利用開關(guān)線程的方法設(shè)計的小球同步演示部分，在很大程度上使演示實驗更加接近于小球真實下落的過程，極大地減小了實驗誤差，使實驗更具真實性、科學(xué)性。同時通過控制拖拽光電門的個數(shù)，從而利用不同的計算方式計算得到重力加速度，通過比較可從不同的角度來說明重力加速度規(guī)律及驗證測量得到的重力加速度是否正確。只要用鼠標(biāo)點擊平臺上的小手拖拽光電門，即可在某個點上顯示對應(yīng)的重力加速度和下落到該點時間，實驗效果更直觀。繪制曲線部分根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，通過理論計算繪制相對應(yīng)的位移與時間曲線規(guī)律，直觀地將重力加速的規(guī)律演示出來，無需過多解釋即可令實驗人員觀察得到重力加速度規(guī)律。如若想結(jié)束實驗回到理論課堂，點擊小球演示實驗上的退出按鈕即可關(guān)閉小球演示實驗部分。

使用幫助是以VC++為主體編寫的使用說明，其對該自由落體運動教學(xué)演示儀使用操作進行了詳盡說明，操作者無需擔(dān)心不會操作該儀器及演示實驗平臺，其擴大了該重力加速的測量儀能夠使用范圍及應(yīng)用前景。

3 自由落體教學(xué)演示儀的教學(xué)實驗平臺應(yīng)用

完成實驗平臺的設(shè)計與制作后，即開始對實驗平臺進行測試，其操作過程如下：（1）在實驗平臺菜單上按下課件開始按鈕，即可進入自由落體的PowerPoint 課件，任課教師既可開始授課，也可對PowerPoint 課件進行修改，但是操作這些之前，必須保證使用的計算機上裝有PowerPoint 軟件，否則會打開出錯。進入課件后，可通過菜單上的“翻到課件首頁”、“翻到課件末頁”、“課件上一頁”、“課件下一頁”對課件進行簡單操作。若想開始試驗，點擊“小球演示實驗”按鈕，彈出實驗界面對話框。（2）做實驗之前應(yīng)該首先做好儀器硬件準(zhǔn)備工作，確認(rèn)電源已經(jīng)供電，儀器是否可以正常工作。若儀器可以正常工作，則調(diào)節(jié)儀器平衡按鈕，使儀器保持在鉛直狀態(tài)，然后等待測量重力加速度的實驗開始。（3）在實驗平臺菜單上按下小球演示實驗按鈕進入小球?qū)嶒灢僮鹘缑婧?，首先點擊“串口測試”按鈕，對串口是否正常工作進行測試，觀察串口是否可以正常使用，如果串口沒有問題，則可繼續(xù)下一步實驗；按下“打開串口”按鈕后，在小球釋放裝置內(nèi)放入小球，開始重力加速度測試實驗；在小球下落的同時，單片機將采集得到的時間及位移發(fā)送給計算機，實驗平臺上的小球則會同步下落，并繪制相對應(yīng)的時間與位移關(guān)系曲線，其一次實驗后小球?qū)嶒灲缑嫒鐖D3所示。如果需要進行下一次實驗，則按下“清空數(shù)據(jù)”按鈕，實驗測得的數(shù)據(jù)及繪制的曲線將會清空，即可進行下一次實驗。也可多次試驗后，再進行清空，但是由于使用線程編寫程序執(zhí)行操作時占用CPU 資源，多次測量可能影響CPU 工作速度，所以建議最好一次實驗進行一次數(shù)據(jù)及曲線清空，以免發(fā)上顯示延時。（4）若想結(jié)束實驗，點擊小球演示界面上的“退出”，即可關(guān)閉小球演示實驗界面，回到實驗平臺主界面。根據(jù)自己的需要選擇繼續(xù)試驗還是退出實驗。

4 結(jié)論

通過實驗測量得到的數(shù)據(jù)及繪制的曲線可知，該實驗平臺能夠真實地反應(yīng)出小球同步下落的過程，并可以將小球重力加速度規(guī)律通過曲線直觀地展示出來。經(jīng)過長期測試，該儀器比較穩(wěn)定的，能夠提供較為精確的數(shù)據(jù)，及繪制正確的時間、位移規(guī)律曲線。該實驗教學(xué)演示平臺能夠使學(xué)生置身于尋找規(guī)律的情景之中，使原本平淡的課堂教學(xué)變得真實、有趣，極大地提高了實驗教學(xué)效果。

[1]李繼紅.張清早.用落體法測重力加速的的實驗方案選擇.2009（3）：36-37.

[2]黃海平.讓Flash 在PowerPoint 課件中閃酷[J].電腦學(xué)習(xí)，2009（8）：49-50.

[3]董玉新.PowerPoint 中調(diào)用Flash 的方法及特點[J].濱州職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2007（8）：36-38.