張麗娜

物理是一門以實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)條件、場地的限制，有時(shí)很難將實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)踐，談?wù)剶z像頭在兩個演示實(shí)驗(yàn)中的重要應(yīng)用.

在“用牛頓運(yùn)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(jì)和砝碼發(fā)給學(xué)生，期望通過學(xué)生親自動手實(shí)驗(yàn)獨(dú)立總結(jié)出超重失重的概念.可是學(xué)生在獨(dú)立實(shí)驗(yàn)中手提砝碼運(yùn)動時(shí)，彈簧測力計(jì)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(yùn)動過程時(shí)間短，彈簧測力計(jì)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(yùn)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(yùn)動或者減速運(yùn)動過程變長，延長彈簧測力計(jì)示數(shù)可觀察的時(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jì)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，左側(cè)不是簡單的將彈簧測力計(jì)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(jì)側(cè)放粘上（如圖3所示）.

彈簧測力計(jì)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(jì)的示數(shù)，彈簧測力計(jì)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(shí)，整個塑料板裝置可以在豎直方向上上下運(yùn)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(shí)，兩側(cè)靜止，彈簧測力計(jì)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(shí)，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(yùn)動.同時(shí)，通過投影在黑板上的攝像頭所捕捉的彈簧測力計(jì)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(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)，讓彈簧測力計(jì)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(diǎn).重物的運(yùn)用比起手提使彈簧測力計(jì)運(yùn)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(shí)間，使示數(shù)顯示的時(shí)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(yàn)，為理解物理知識提供了可靠可信的事實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)的可視設(shè)備，在很多演示實(shí)驗(yàn)里都可以發(fā)揮巨大的作用.在“帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)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(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，所以有些老師會利用ppt在黑板打出之前做好的實(shí)驗(yàn)圖片讓學(xué)生觀察，這樣做能夠讓同學(xué)們獲得一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，可是實(shí)驗(yàn)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(shí)時(shí)顯示帶電粒子運(yùn)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(yùn)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(shí)時(shí)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(shí)可信的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最終總結(jié)獲得帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中到底做什么運(yùn)動這一教學(xué)重點(diǎn).

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(jì)算機(jī)、投影儀這些設(shè)備就可以克服真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)中現(xiàn)象不明顯、過程不清楚的缺點(diǎn)，讓學(xué)生獲得相同的直觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在實(shí)驗(yàn)所得真實(shí)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.