多媒體技術(shù)在物理實驗教學中的應用

林引春

摘 要： 電腦結(jié)合數(shù)碼相機、傳感器等配置應用于物理實驗教學，克服部分演示實驗中存在的能見度低、直觀性不強、實驗現(xiàn)象不易觀察等缺點，提高相關演示實驗的水平，可達到較好的教學效果。本文介紹了多媒體技術(shù)在物理實驗教學中的應用。

關鍵詞： 多媒體 物理實驗教學 教學應用

隨著多媒體硬件的不斷完善，以電腦為主體的多媒體技術(shù)教學不斷普及，其真實、直觀、形象和生動的特點，可以彌補傳統(tǒng)物理實驗教學的不足。

一、運用Flash軟件和實物投影儀演示儀器結(jié)構(gòu)和操作方法

運用Flash軟件和實物投影儀介紹器材的工作原理及其使用方法，是多媒體技術(shù)在提高可視性方面的應用。

實驗儀器教學是物理實驗教學最重要的一環(huán)，實驗的基本原理教學是指導實驗的基礎，實驗操作教學是指導學生正確實際操作的先導。有些儀器可見度低，如在教學游標卡尺、螺旋測微器、多用電表等的原理、使用方法及其讀數(shù)時，教師演示起來很費力，實驗效果差。我們可以借鑒以下兩種方法：一是利用Flash課件，采用實物照片與Flash動畫相結(jié)合的方法，可以一邊講解一邊演示。這樣可以將某些不易講解的內(nèi)容通過直觀的形式加以表達，在相同的時間內(nèi)傳遞給學生更多直觀的教學信息，從而提高學生的學習效率。二是利用實物投影儀的放大作用，將游標卡尺、螺旋測微器、多用電表等實驗儀器選擇合適的角度放在實物投影儀下進行演示和講解，讓全班學生觀察到教師的具體操作過程和讀數(shù)方法，增強實驗效果。

二、運用視頻和投影儀觀察實驗過程和實驗現(xiàn)象

運用拍攝視頻等方式呈現(xiàn)實驗過程和實驗現(xiàn)象的細節(jié)問題，是多媒體技術(shù)在展現(xiàn)細節(jié)方面的應用。

實驗現(xiàn)象是物理實驗的目的，是驗證物理原理是否正確的重要依據(jù)，是探究物理規(guī)律的重要事實證據(jù)。清楚地觀察到實驗現(xiàn)象是演示實驗的要求。由于現(xiàn)行教育的班級人數(shù)多、教室大，造成部分實驗的能見度低；有的實驗由于受實驗環(huán)境、器材本身的局限，無法直接地讓全班學生觀察清楚實驗過程及實驗現(xiàn)象，造成傳統(tǒng)的物理演示實驗在課堂上進行演示時效果不佳。學生由于沒有獲得關于這些現(xiàn)象和過程的感性認識，因而對實驗原理、現(xiàn)象及結(jié)論的理解甚為困難，難以形成從實驗現(xiàn)象到物理規(guī)律的抽象思維。

比如“水波干涉條紋的產(chǎn)生實驗”的演示教學，實驗只能在平面上做，如果教師在講臺上做實驗，學生根本看不到教師的每一步操作，而把發(fā)波水槽放在實物投影儀下操作，將實驗現(xiàn)象投射在熒幕上，學生對實驗的操作過程和發(fā)生的現(xiàn)象就一目了然。通過實物投影，學生能夠清晰地觀察到振動圖像，既激發(fā)學習興趣，又降低理解振動圖像的難度。

可以運用投射儀清晰展示一些微觀粒子的運動。比如“布朗運動”的觀察實驗，由于觀察的是微觀現(xiàn)象，以前只能用顯微鏡進行觀察，現(xiàn)在改用顯微視頻投影儀進行觀察，把學生通過顯微鏡看到的現(xiàn)象直接投影在銀幕上，使學生觀察得更方便、更直接，從而加深學生對“布朗運動”的理解。

有些物理實驗現(xiàn)象發(fā)生的速度很快，轉(zhuǎn)瞬即逝，這就不利于學生清楚地觀察到實驗現(xiàn)象，阻礙對正確物理規(guī)律的理解。這時可以運用數(shù)碼相機的錄像功能，記錄下整個實驗過程中的現(xiàn)象，運用慢鏡頭回放，便可顯示實驗現(xiàn)象中的細節(jié)，從而大大提高學生對實驗現(xiàn)象的認識，便于掌握正確的物理規(guī)律。

比如，在演示平拋物體的運動實驗中，我們利用如圖1的裝置演示平拋運動在豎直方向和自由落體的規(guī)律相同。由于物體下落時間極短，我們不能用眼睛直接觀察到兩球的運動情況，只能憑這兩個小球落到地面上發(fā)出的聲音判斷是否同時落地。然后改變高度，繼續(xù)驗證它們是同時落地的，通過抽象思維，建立成平拋運動在豎直方向的運動規(guī)律是自由落體運動，也就是說在下落過程中，不管何時，它和自由落體運動的物體總是在同一水平面上。這種傳統(tǒng)的做法，學生很難掌握這一規(guī)律。為了觀察這一細節(jié)問題，我事先用數(shù)碼相機拍攝下這一實驗的整個過程，做好上述實驗后，用慢鏡頭回放這一過程的錄像，用一幀一幀的方式播放。學生立即發(fā)現(xiàn)，做平拋運動的物體和自由下落的物體在下落過程中都處在同一水平面上，不難建立起平拋運動在豎直方向的運動規(guī)律模型。用同樣的方法，學生很直觀地認識到做平拋運動的物體和以相同初速度勻速運動的物體總是在同一豎直線上，因而平拋運動可以分解為水平方向的勻速直線和豎直方向的自由落體運動規(guī)律。運用多媒體技術(shù)，可以很輕松地體現(xiàn)從實驗現(xiàn)象到物理規(guī)律的抽象思維。

圖1 研究平拋運動豎直方向做自由落體運動的視頻截圖

三、PASCO實驗平臺探究物理實驗教學中的動態(tài)變化關系

某些物理實驗要求探究物理量之間的瞬時對應關系，但由于變化過程中的物理量很難讀出，應用PASCO實驗平臺就能輕松做到。

比如在演示牛頓第三定律實驗中，為了探究作用力和反作用力之間的瞬時對應關系，我們可以應用PASCO實驗平臺，采用傳感器進行數(shù)據(jù)采集，以電腦進行過程控制和數(shù)據(jù)處理，把作用力和反作用力的關系以圖像形式直觀地展示在學生面前。這種將計算機數(shù)據(jù)采集與分析應用于物理實驗的系統(tǒng)，能對一些瞬態(tài)變化的物理量做到實時測量，對某些不易觀察的物理現(xiàn)象實現(xiàn)感官展示，這更有利于學生的對物理本質(zhì)的認識。

在實驗教學中引進多媒體技術(shù)，利用它可操作性強、現(xiàn)象直觀、對教師的要求較低等特點，不僅方法簡單、方便，效果顯著，能夠解決傳統(tǒng)演示實驗難做、可見度差、有些細節(jié)不易觀察等問題，取得傳統(tǒng)手段很難實現(xiàn)的教學效果，而且能調(diào)動學生學習的積極性和主動性，更能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)造能力，相關做法值得借鑒。

參考文獻：

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[2]姜洪喜，任常愚，任敦亮，李海寶.運用多媒體技術(shù)優(yōu)化物理演示實驗教學.大學物理實驗，2011（1）.