基于電子信息技術(shù)下的物理實(shí)驗(yàn)

周平

【摘要】信息技術(shù)的快速發(fā)展，在客觀上改變了我們的生產(chǎn)、生活方式。而在教學(xué)活動(dòng)中，電子信息技術(shù)的應(yīng)用也同樣成為當(dāng)前的主流趨勢(shì)。而數(shù)碼相機(jī)和LED作為當(dāng)前生活中較為常見(jiàn)的兩種設(shè)備，不僅獲取較為簡(jiǎn)單，而且和高中物理教學(xué)內(nèi)容有著較強(qiáng)的內(nèi)在聯(lián)系。因此將數(shù)碼相機(jī)和LED應(yīng)用于高中教學(xué)，顯然是豐富教學(xué)課堂的有效途徑。本文從高中物理教學(xué)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)LED和數(shù)碼相機(jī)在運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究和討論，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，希望能借此激發(fā)學(xué)生們對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，提升課堂教學(xué)總體質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】數(shù)碼相機(jī) LED 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

【基金項(xiàng)目】此文為甘肅省“十三五”教育科學(xué)規(guī)劃課題《基于電子信息技術(shù)下的物理實(shí)驗(yàn)——探究LED和數(shù)碼相機(jī)在運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用》的階段性研究成果之一，課題立項(xiàng)號(hào)GS〔2016〕GHB0392。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）26-0183-02

數(shù)碼相機(jī)以及LED作為當(dāng)前生活中較為常見(jiàn)的兩種設(shè)備，如果能夠應(yīng)用于物理學(xué)科教學(xué)中來(lái)，不僅能夠幫助學(xué)生更好的感受物理學(xué)科的魅力，同時(shí)對(duì)于提升課堂教學(xué)效率也同樣有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，值得我們給予應(yīng)有的重視。本文研究中，根據(jù)高中物理運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了一套以數(shù)碼相機(jī)和LED為主要工具的教學(xué)設(shè)計(jì)方案。我們必須認(rèn)識(shí)到，從生活走向物理、從物理走向社會(huì)是我們開(kāi)展高中物理教學(xué)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。而如果能夠讓學(xué)生利用身邊的設(shè)備來(lái)感受物理的價(jià)值，不僅能夠讓學(xué)生對(duì)物理的認(rèn)知更為深刻，而且也同樣能夠讓那些相對(duì)枯燥的物理知識(shí)、物理試驗(yàn)變得生動(dòng)起來(lái)，從而真正意義上的形成對(duì)物理這門(mén)學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣[1]。

一、數(shù)碼相機(jī)和LED的特點(diǎn)

（一）數(shù)碼相機(jī)的特點(diǎn)

隨著我國(guó)人民群眾生活質(zhì)量的提升，數(shù)碼相機(jī)開(kāi)始走進(jìn)千家萬(wàn)戶，為廣大人民群眾的生產(chǎn)和生活提供了巨大的便利條件。實(shí)際上，相機(jī)也同樣是我們開(kāi)展物理學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中較為常見(jiàn)的一種設(shè)備，但是由于傳統(tǒng)相機(jī)存在種種問(wèn)題，因此不僅給實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展人為的設(shè)置了很多難度，同時(shí)操作也相對(duì)困難。而數(shù)碼相機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)相機(jī)來(lái)說(shuō)，具有可以連續(xù)拍攝、支持錄像、支持?jǐn)嗬m(xù)錄像、操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)提取簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，如果能夠應(yīng)用物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中來(lái)，不僅能夠極大的簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟，同時(shí)對(duì)于實(shí)驗(yàn)的整體可操作性的提升也是非常明顯的。

（二）LED的特點(diǎn)

LED是當(dāng)前應(yīng)用非常廣泛的一種發(fā)光裝置，其本質(zhì)是一系列發(fā)光二極管。這種電子元件在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，不僅具有反應(yīng)迅捷的特點(diǎn)，而且工作電流非常小，不僅在安全性上有著出色的表現(xiàn)，而且極低的工作電流也同樣有利于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作。除此之外，LED發(fā)光二極管的顏色非常豐富，在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，可以有效的提升觀察的精度。

二、LED和數(shù)碼相機(jī)在運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)概述

在本次實(shí)驗(yàn)中，為了幫助學(xué)生們更好的計(jì)算加速度、理解加速度公式和模型，設(shè)計(jì)了一個(gè)保持勻加速運(yùn)動(dòng)的小車(chē)，該車(chē)達(dá)到位置1的時(shí)候，將會(huì)有LED燈1亮起。隨后設(shè)計(jì)位置2、位置3，每一個(gè)位置之間的距離相等，并分別對(duì)應(yīng)一個(gè)LED小燈光。小車(chē)車(chē)輪為鐵質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)電流的傳導(dǎo)（具體電路設(shè)計(jì)如圖1所示）。當(dāng)小車(chē)每經(jīng)過(guò)一個(gè)位置的時(shí)候，相應(yīng)的LED等就會(huì)亮起。本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，全程采用數(shù)碼相機(jī)記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)軌跡。由于數(shù)碼相機(jī)的錄像功能中，提供了分時(shí)段錄像和錄像剪輯功能，因此在完成錄制工作之后，我們?yōu)榱双@得數(shù)據(jù)，可直接在數(shù)碼相機(jī)上將小車(chē)到達(dá)位置1之前的影像剪掉，而達(dá)到位置3后的影像也同樣處理。

（二）實(shí)驗(yàn)過(guò)程

首先，從空白區(qū)啟動(dòng)始終保持勻加速運(yùn)動(dòng)的小車(chē)，讓其沿著兩條導(dǎo)線構(gòu)成的軌道直線運(yùn)行，并在這一過(guò)程中啟動(dòng)數(shù)碼相機(jī)的錄像功能，開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行錄像。

其次，小車(chē)經(jīng)過(guò)位置1的時(shí)候，對(duì)應(yīng)LED小燈亮起。

最后，當(dāng)小車(chē)沖過(guò)位置3后，停止錄像。

（三）數(shù)據(jù)處理

由于數(shù)碼相機(jī)本身的特點(diǎn)，我們可以直接獲取所需要的數(shù)據(jù)。首先，我們將小車(chē)到達(dá)位置1和沖過(guò)位置3的影像直接減掉。然后我們播放處理后的錄制視頻，當(dāng)小車(chē)達(dá)到位置1的時(shí)候，暫停播放并記錄此時(shí)視頻中的對(duì)應(yīng)時(shí)間；當(dāng)小車(chē)經(jīng)過(guò)位置2的時(shí)候，暫停播放并記錄此時(shí)視頻中的對(duì)應(yīng)時(shí)間。然后記錄視頻的總時(shí)長(zhǎng)。通過(guò)以上數(shù)據(jù)，我們就可以引導(dǎo)學(xué)生利用加速度公式計(jì)算出該小車(chē)的加速度具體數(shù)值了。

通過(guò)以上幾個(gè)步驟，學(xué)生們初步掌握了物理運(yùn)動(dòng)學(xué)中，加速度計(jì)算方式方法，并加深了對(duì)加速度公式的認(rèn)識(shí)。我則趁熱打鐵，將課本知識(shí)娓娓道來(lái)，讓剛剛學(xué)生們通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證書(shū)本上的知識(shí)，做到“知其所以然”。

三、實(shí)驗(yàn)的總結(jié)和思考

（一）實(shí)驗(yàn)的總結(jié)

通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我將數(shù)碼相機(jī)和LED靈活的應(yīng)用于高中運(yùn)動(dòng)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)之中，在設(shè)計(jì)的教學(xué)方案中充分利用了兩種設(shè)備的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的趣味性。同時(shí)本方案的設(shè)計(jì)相對(duì)于教材中所提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，更為簡(jiǎn)潔易懂，相關(guān)數(shù)據(jù)的活動(dòng)也更為容易，有效的降低了操作的難度。除此之外，這一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案在實(shí)際的操作過(guò)程中，由于使用了LED發(fā)光二極管，因此學(xué)生通過(guò)視頻對(duì)其進(jìn)行觀察也更為容易。

（二）實(shí)驗(yàn)的思考

我們必須認(rèn)識(shí)到，高中物理教學(xué)工作的開(kāi)展過(guò)程中，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)始終是其中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，如何從物理實(shí)驗(yàn)中獲取知識(shí)是一個(gè)值得我們思考的問(wèn)題。而對(duì)于我們的一線物理教師來(lái)說(shuō)，也同樣需要重點(diǎn)考慮，所設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是否能夠得到學(xué)生的喜愛(ài)、激發(fā)他們的參與積極性。而本文研究中，將生活中非常常見(jiàn)的數(shù)碼相機(jī)和LED應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中來(lái)，所采用的設(shè)備和材料更為貼近學(xué)生的生活，因此往往能夠取得意想不到的效果[2]。實(shí)際上，數(shù)碼相機(jī)在這一教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，有效的降低了實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)記錄的難度，這顯然可以有效的降低實(shí)驗(yàn)的枯燥感，讓學(xué)生更容易上手。

將電子信息技術(shù)下引入物理實(shí)驗(yàn)中來(lái)，一方面能夠有效的降低實(shí)驗(yàn)的難度、提升實(shí)驗(yàn)的趣味性，另一方面也同樣能夠充分的利用當(dāng)前學(xué)生的好奇心，讓他們自覺(jué)自動(dòng)的參與到物理實(shí)驗(yàn)中來(lái)。通過(guò)一系列新技術(shù)、新手段簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟，對(duì)于當(dāng)前高中物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的開(kāi)展也同樣有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，一方面能夠?yàn)檎n堂教學(xué)效率的提升和課堂容量的增加提供更多的支持，另一方面也同樣更為貼近學(xué)生的生活，就有濃厚的時(shí)代氣息，易于引起學(xué)生的好奇心。

結(jié)語(yǔ)

在本文的研究中，從高中物理教學(xué)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)LED和數(shù)碼相機(jī)在運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究和討論，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。在認(rèn)真分析和總結(jié)了數(shù)碼相機(jī)和LED的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)化的運(yùn)動(dòng)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)電子信息技術(shù)手段簡(jiǎn)化了學(xué)生獲取、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的難度，并以此為基礎(chǔ)對(duì)本次實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了評(píng)述和反思。筆者認(rèn)為，只要我們的一線教師能夠從當(dāng)前階段學(xué)生的生理和心理特點(diǎn)入手，為其提供更為具有生活化、趣味化的物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，就一定能夠引起學(xué)生們的興趣，調(diào)動(dòng)起他們參與物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的積極性。而通過(guò)物理學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅能夠?yàn)閷W(xué)生更好的理解和掌握書(shū)里書(shū)本知識(shí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)于學(xué)生動(dòng)手能力的形成和綜合素質(zhì)的提升也同樣有著重要的積極意義，值得我們的一線教師給予更為廣泛的關(guān)注和重視。

參考文獻(xiàn)：

[1]張德啟.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[M].科學(xué)出版社，2005.

[2]沈元華，陸申花.基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)[M].高等教育出版社，2005