利用信息技術(shù)手段重整“平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)探究

摘 要：本文主要介紹利用手機(jī)視頻慢拍、現(xiàn)場(chǎng)投屏播放、隨時(shí)停幀觀察等信息技術(shù)手段，將“平拋運(yùn)動(dòng)的水平方向?yàn)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng)、豎直方向?yàn)樽杂陕潴w運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)論證過(guò)程記錄下來(lái)，供大家參考，讓各位物理同行在課堂上重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，更好服務(wù)于教學(xué)。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；平拋運(yùn)動(dòng)；物理；實(shí)驗(yàn)；慢拍；投屏

2017版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中要求：高中物理需要通過(guò)多樣化的教學(xué)方式，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生理解物理學(xué)本質(zhì)，增強(qiáng)科學(xué)探究能力。隨著生活中信息技術(shù)的飛速發(fā)展，我們可以利用信息技術(shù)手段的直觀性、豐富性、可重復(fù)性等特點(diǎn)，突破傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中器材、技術(shù)的限制，巧妙地化抽象為形象，變動(dòng)態(tài)為靜態(tài)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和求知欲，使教學(xué)的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

本文以作者開設(shè)的一堂市級(jí)公開課《平拋運(yùn)動(dòng)》為教學(xué)實(shí)例，介紹應(yīng)用信息手段來(lái)突破原有實(shí)驗(yàn)論證的瓶頸，將教學(xué)過(guò)程實(shí)錄成文，供大家探討和交流。

一、 教材提供的實(shí)驗(yàn)論證方法

作者使用的教材是山東科技出版社的高中物理《必修二》，在“第三章第3節(jié)：平拋運(yùn)動(dòng)”教學(xué)中提供兩個(gè)實(shí)驗(yàn)論證，第一：平拋運(yùn)動(dòng)水平方向的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)；第二：平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向的分運(yùn)動(dòng)為自由落體運(yùn)動(dòng)。

教材在這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)論證中，應(yīng)用“圖一”所示的平拋器材來(lái)論證第一個(gè)結(jié)論，其論證的依據(jù)為觀察到“兩小鐵球同時(shí)到達(dá)E處，發(fā)生碰撞”，即得證；應(yīng)用“圖二”示的“平拋豎落儀”、“圖三”示的“頻閃照相”兩種方法來(lái)論證第二個(gè)結(jié)論，其論證的依據(jù)分別“聽到兩個(gè)小球同時(shí)落地”、“看到頻閃照片兩球在同一時(shí)刻的高度相同”即得證。

二、 上述實(shí)驗(yàn)在教學(xué)過(guò)程中的困難

以上3個(gè)實(shí)驗(yàn)，從理論上都可以很好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證，但在實(shí)際操作過(guò)程中都存在一些不足：第1個(gè)實(shí)驗(yàn)，由于兩個(gè)小鐵球從平拋到相碰的所用時(shí)間極短，兩球碰撞的那一瞬間捕捉也較為困難，特別是后排的大部分同學(xué)不易觀察；第2個(gè)實(shí)驗(yàn)只聽其聲，無(wú)法觀察其過(guò)程，缺乏過(guò)程中任意位置兩球的對(duì)比，學(xué)生不一定信服；第3個(gè)實(shí)驗(yàn)“頻閃照片”確實(shí)能非常好地展現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的兩球位置關(guān)系，但由于頻閃照相機(jī)器材費(fèi)用貴、拍攝暗室環(huán)境要求高、沖洗照片技術(shù)麻煩且論證周期長(zhǎng)等因素，大多數(shù)的中學(xué)無(wú)法實(shí)施等問(wèn)題。

基于以上的原因，作者結(jié)合日常生活所用的信息技術(shù)，為本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)方式重新開發(fā)與整合，做到過(guò)程透明、直觀，結(jié)論自然而然，令人信服，具體過(guò)程如下：

三、 實(shí)驗(yàn)硬、軟件要求

（一） 實(shí)驗(yàn)所需器材

具有視頻慢拍功能手機(jī)一部（如蘋果、樂視等手機(jī)）、iTools3.0電腦軟件（下載地址https：∥www.itools.cn/），筆記本電腦一臺(tái)，J2154平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器（網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物平臺(tái)有售），無(wú)線路由器一臺(tái)。

（二） 投屏環(huán)境要求：

手機(jī)和筆記本電腦必須連在同一個(gè)wifi下才能投屏，wifi可以不連接網(wǎng)絡(luò)。

（三） 投屏操過(guò)流程

（1） 在筆記本上安裝itools電腦軟件，完成后打開；

（2） 確保筆記本的wifi連接和手機(jī)wifi連接使用的是同一個(gè)局域網(wǎng)；

（3） 打開itools電腦端，在“工具箱”找到“錄屏大師”入口，點(diǎn)擊進(jìn)入；

（4） 開啟手機(jī)，手指從手機(jī)屏幕的底部向上滑動(dòng)，拉出“控制界面”，點(diǎn)擊“屏幕鏡像”選項(xiàng)，選擇需要連接的電腦，成功后就可以將手機(jī)屏幕投影到筆記本電腦上；

（5） 打開手機(jī)的照相機(jī)功能，選擇“慢動(dòng)作”拍攝，手機(jī)攝像頭相當(dāng)于移動(dòng)投影儀。

四、 實(shí)驗(yàn)的論證過(guò)程

實(shí)驗(yàn)論證一：“平拋運(yùn)動(dòng)的水平方向的分運(yùn)動(dòng)為勻速直線運(yùn)動(dòng)”

（一） 實(shí)驗(yàn)儀器J2154（圖四）簡(jiǎn)單介紹

1. 電磁鐵C、D、E通電時(shí)，具有磁性，能夠吸引小鐵球，開關(guān)控制電磁鐵C、D同時(shí)接通和斷開電源。

2. 接通電源，在電磁鐵C、D上各吸住一個(gè)小鐵球，然后斷開電源，兩個(gè)小鐵球從同一高度同時(shí)滑落，當(dāng)兩小鐵球分別滾落到其水平軌道時(shí)，它們的水平速度相同，此后B軌道上的小鐵球近似地作勻速直線運(yùn)動(dòng)，A軌道上的小鐵球離開水平拋道后，將作平拋運(yùn)動(dòng)。

（二） 實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程簡(jiǎn)要記錄

1. 按投屏操作要求連接好手機(jī)和電腦后，打開手機(jī)“慢動(dòng)作”視頻拍攝功能，設(shè)置成1秒鐘拍攝240幀，正常播放速度1秒鐘24幀，這樣就相當(dāng)于在播放時(shí)，視頻放慢了10倍。

2. 請(qǐng)一個(gè)同學(xué)上臺(tái)協(xié)助控制電磁鐵的開關(guān)，教師給予開始的口令，進(jìn)行視頻拍攝，全班同學(xué)也可以通過(guò)投屏功能，在班級(jí)大屏幕觀察拍攝過(guò)程，拍攝完成后，馬上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)播放。

（三） 視頻播放的兩種方式

1. 視頻直接投屏播放：點(diǎn)開錄制的視頻，直接播放，由于放慢10倍，大家可以非常清楚地看到兩個(gè)小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，視覺能捕捉的各時(shí)刻，兩球基本都處于同一豎直線，并且兩個(gè)小鐵球最終碰在了一起。

2. 手動(dòng)控制逐幀播放：點(diǎn)擊一下已拍攝的視頻，在視頻下方會(huì)出現(xiàn)拍攝的連續(xù)幀，用手按住幀進(jìn)行拖動(dòng)，并可隨時(shí)停幀觀察，隨意多停幾個(gè)位置，可見兩個(gè)小球都在同一豎直的線上（圖五），并且可以拖出相碰在一起的幀進(jìn)行清晰展示。

實(shí)驗(yàn)論證二：“平拋運(yùn)動(dòng)的豎直方向分運(yùn)動(dòng)為自由落體運(yùn)動(dòng)”

首先介紹電磁鐵C、E和光控開關(guān)M的工作原理：光控開關(guān)M擋光時(shí)自動(dòng)切斷電磁鐵E的電路，滑離水平軌道的小球作平拋運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，使被吸在電磁鐵E上的小球作自由落體運(yùn)動(dòng)。

教師重復(fù)上述過(guò)程中的慢拍過(guò)程、視頻直接投屏播放、手動(dòng)控制逐幀播放等過(guò)程，學(xué)生清晰得看到兩球在空中運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持在同一高度，直至兩球相碰，進(jìn)而使“平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)為自由落運(yùn)動(dòng)”得到驗(yàn)證（圖六）。

為了更好地對(duì)比，在三個(gè)電磁鐵上均吸住小球，重復(fù)以上操作，可觀察到平拋運(yùn)動(dòng)的小球在任一時(shí)刻與自由落體的球在同一水平面，同時(shí)與勻速運(yùn)動(dòng)的球在同一豎直線上，并且三個(gè)小球最終同時(shí)碰到了一起（圖七），讓論證更完美。

以上是平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)論證部分的文字實(shí)錄，在教學(xué)過(guò)程做的三個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)際完成時(shí)間約為0.3秒，加上與學(xué)生一起慢放觀看、重復(fù)觀察、停幀對(duì)比等操作，每個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)際用時(shí)不到1分鐘，總共用時(shí)不到3分鐘的時(shí)間，雖然短暫，但利用手邊的信息技術(shù)手段，讓學(xué)生達(dá)到了文化知識(shí)上的理解、學(xué)習(xí)欲望上的提升、處理問(wèn)題上的開拓、實(shí)驗(yàn)態(tài)度的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)刃Ч舱袭?dāng)前教育的情感、態(tài)度、價(jià)值觀的基本要求。

五、 結(jié)束語(yǔ)

在信息技術(shù)日新月異、高速發(fā)展的今天，作為教育工作者的我們，需要跟上時(shí)代的步伐，去研究如何利用新技術(shù)突破原有的教學(xué)瓶頸，即使所作的突破似大海中的一滴小浪花，但只要大家都去探索與改進(jìn)，一定可集慧成河，終流成海。

參考文獻(xiàn)：

[1]普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn).人民教育出版社，2017.

[2]黃甫全.試論信息技術(shù)與課程整合的實(shí)質(zhì)及其基本原理[J].教育研究，2002.

作者簡(jiǎn)介：

許林民，福建省福州市，福建省閩侯縣第一中學(xué)。