王 進(jìn) 卞龍寶
江蘇省大豐高級(jí)中學(xué) 江蘇鹽城 224100
現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍視頻輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)
王 進(jìn) 卞龍寶
江蘇省大豐高級(jí)中學(xué) 江蘇鹽城 224100
隨著眾多數(shù)碼產(chǎn)品(相機(jī)、攝像頭、DV等)在家庭中的普及,廣大學(xué)科教師都積極嘗試怎樣將它們的功能更好地應(yīng)用于自身的教學(xué)之中。筆者以數(shù)碼相機(jī)為例簡(jiǎn)單介紹數(shù)碼產(chǎn)品攝像功能在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中兩類常見(jiàn)的應(yīng)用。
觀察和思考在物理學(xué)習(xí)中占有重要地位,人們的認(rèn)識(shí)大多是從觀察得來(lái)的,現(xiàn)象與理論的矛盾是物理學(xué)發(fā)展的直接動(dòng)力。但是有些物理現(xiàn)象變化太快,稍縱即逝,難以用肉眼觀察到,給物理規(guī)律獲得與理解帶來(lái)一定的障礙。針對(duì)這種情況,筆者在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中利用數(shù)碼相機(jī)的攝像功能在課堂上現(xiàn)場(chǎng)攝錄實(shí)驗(yàn)全過(guò)程,緊接著連接到計(jì)算機(jī),用事先準(zhǔn)備好具有慢放功能的視頻播放器(如Midea player classic)進(jìn)行慢放,通過(guò)投影儀清晰再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)過(guò)程,在學(xué)生頭腦中留下了深刻的印象,收到了良好的效果。
比如,在高中物理“拋體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”一節(jié)內(nèi)容中,很多教師都會(huì)用“雙軌平拋儀”演示平拋運(yùn)動(dòng)與豎直方向自由落體運(yùn)動(dòng)和水平方向勻速直線運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,然而由于球在空中飛行時(shí)間短,加上儀器可見(jiàn)度不高及存在聲音等其他因素干擾,實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生很難僅憑視、聽(tīng)覺(jué)判斷出小球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)的相對(duì)位置關(guān)系及相碰情況。然而,如果現(xiàn)場(chǎng)將實(shí)驗(yàn)過(guò)程拍攝下來(lái),再進(jìn)行慢放,就可以清晰地看到實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程中2個(gè)球在空中幾乎一直在同一豎直線或在同一水平線上直至發(fā)生碰撞。圖1、圖2分別是視頻慢放時(shí)截取的兩球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)的兩幅對(duì)比圖片,圖3是視頻慢放時(shí)截取的兩球碰撞瞬間圖片。
圖1
圖2
圖3
同樣,在用裝有水的塑料杯演示“完全失重”現(xiàn)象、真空條件下羽毛和鐵片同時(shí)下落等這類時(shí)間短、可見(jiàn)度不高等實(shí)驗(yàn)時(shí)我們都可以將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程拍攝成視頻再通過(guò)慢放觀察實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié),便于學(xué)生很快客觀準(zhǔn)確地得出結(jié)論,如圖4、圖5所示。
圖4
圖5
頻閃照片在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用的較多,通常用于定量研究自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)等。然而不用說(shuō)傳統(tǒng)的頻閃照片制作方法成本高,效率低,即便采用數(shù)碼相機(jī)的快速連拍功能來(lái)制作頻閃照片,也會(huì)因?yàn)樾枰F(xiàn)場(chǎng)花費(fèi)一定時(shí)間來(lái)處理圖片而顯得極為不便。
比較好的一種替代方法也是利用數(shù)碼相機(jī)的攝像功能先將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程拍攝下來(lái),緊接著采用具有逐幀播放功能的視頻播放器(如Midea player classic)一幀一幀地再間斷進(jìn)行播放。大家都知道,視頻圖像其實(shí)質(zhì)是一個(gè)連續(xù)靜態(tài)圖像(即幀)的序列,在其每一幀中都記錄著拍攝時(shí)刻運(yùn)動(dòng)物體的具體位置。這樣,在逐幀進(jìn)行間斷播放時(shí)便可以通過(guò)這些一幀幀靜態(tài)畫(huà)面清晰“捕捉”到對(duì)應(yīng)時(shí)刻(幀頻×幀數(shù))物體的具體位置及進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量,進(jìn)而再展開(kāi)后續(xù)的研究。圖6為水平方向彈簧振子做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的視頻逐幀播放時(shí),在1/4個(gè)振動(dòng)周期中截取的幾個(gè)連續(xù)幀畫(huà)面的有序排列,根據(jù)這些幀畫(huà)面可以很快測(cè)出彈簧振子在各個(gè)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的位移并在此基礎(chǔ)上分析得到其振動(dòng)規(guī)律滿足正弦或余弦規(guī)律。可以看出相對(duì)于頻閃照片,采用逐幀播放現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍視頻定量研究運(yùn)動(dòng),無(wú)論在技術(shù)要求上還是在時(shí)間節(jié)省上都具有很大優(yōu)勢(shì)。
圖 6
[1]王仁泉.巧用數(shù)碼相機(jī)使運(yùn)動(dòng)定格[J].物理實(shí)驗(yàn),2008,9:21~22
[2]陳杰,孫麗莉.頻閃照片在物理教學(xué)中的運(yùn)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2008,5:57~59
[3]錢汝蘭.物理教學(xué)演示的視頻拍攝[J].物理教學(xué)探討,2004,8:49~50
2010-10-10
王進(jìn),本科,中教一級(jí)。卞龍寶,本科,中教高級(jí)。