余 杰 曾 裕

(舟山中學(xué)教育集團(tuán)舟山二中,浙江 舟山 316000)

隨著科技的發(fā)展,數(shù)碼相機(jī)日趨普及,價(jià)格也日益下降,這使其進(jìn)入物理課堂成為可能.數(shù)碼相機(jī)具有即拍即看、操作簡(jiǎn)便、使用成本低、功能多等特點(diǎn),大部分相機(jī)既可拍攝靜態(tài)的照片,也可以錄制動(dòng)態(tài)的視頻,從而突破了時(shí)空的限制,為物理課堂提供了豐富、真實(shí)、形象的教學(xué)資源,合理適度地利用數(shù)碼相機(jī)拍攝影像進(jìn)行輔助教學(xué),可收到良好效果.筆者根據(jù)自己的使用情況談幾點(diǎn)體會(huì).

1 利用數(shù)碼相機(jī)復(fù)制、記錄功能

1.1 放大實(shí)驗(yàn)裝置細(xì)節(jié)

在講解演示實(shí)驗(yàn)前必須讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)裝置,但由于教室后排的學(xué)生往往由于距離遠(yuǎn),無法清楚地看到實(shí)驗(yàn)器材的細(xì)節(jié),從而影響知識(shí)點(diǎn)的掌握.為此可以將實(shí)驗(yàn)器材的整體構(gòu)造和局部細(xì)節(jié)事先拍下來在屏幕上播放出來,使全班學(xué)生一目了然.又比如對(duì)一些小器件的認(rèn)識(shí),像光敏電阻、熱敏電阻、各類電容器、干簧管、秒表、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電流計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)等拍成圖片進(jìn)行放大,使學(xué)生清晰直觀多角度觀察其形狀、特征,有利于學(xué)生準(zhǔn)確了解掌握器件的構(gòu)造,為下一步的實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ).如圖1為陰極射線管陰極和陽極兩部分的對(duì)比照片.

圖1

1.2 收集生活中物理元素

生活不是物理,但物理離不開生活.生活中到處有物理的影子,我們隨時(shí)可利用數(shù)碼相機(jī)記錄生活場(chǎng)景中的物理元素,建立圖片庫,以備教學(xué)使用.比如在講解單擺這個(gè)理想模型時(shí),可以拍攝小區(qū)健身器材中的實(shí)際擺進(jìn)行比較區(qū)分(如圖2),從而明確單擺這一理想模型的成立條件.又如海島的學(xué)生基本上沒看到火車,對(duì)鐵軌的形狀更是知之甚少,在講解火車拐彎時(shí)向心力的來源問題可以拍攝鐵軌的形狀及鐵軌彎道的參數(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)(如圖3).

圖2

圖3

1.3 拍攝試題素材

在試卷的編制中可以通過自拍實(shí)物作為題目素材,使物理情景更加真實(shí)可信,有利于考查學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力.如考查游標(biāo)卡尺測(cè)量一小球直徑的正確方法可以通過微距功能拍攝如圖4所示的4張照片供學(xué)生選擇,盡可能地考查學(xué)生實(shí)際操作能力,而非局限在讀數(shù)的層面.又如在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律中,對(duì)釋放紙帶的注意事項(xiàng)可以通過如圖5所示的3幅照片進(jìn)行考查.用類似的方法可以拍攝電表、螺旋測(cè)微器、游標(biāo)卡尺、彈簧秤、刻度尺的讀數(shù)做為考題的素材;也可以拍攝實(shí)驗(yàn)容易混淆的器材供學(xué)生做正確的辨別和選擇,如游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器,砝碼和鉤碼,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器等.

圖4

圖5

1.4 輔助習(xí)題講解

在試卷分析或作業(yè)講解時(shí),教師可以事先對(duì)學(xué)生中出現(xiàn)的各種錯(cuò)解情形和不同解法進(jìn)行歸類,利用相機(jī)微距功能進(jìn)行一一拍攝,并插入幻燈片在課堂上進(jìn)行比較、分析、講解,這樣原汁原味地反饋,使學(xué)生“共享”了集體的智慧,鑒別不同錯(cuò)誤的原因或了解多種解法,更全面地掌握解題的思路,有助于提高教學(xué)效果和效率.在電學(xué)實(shí)驗(yàn)電路圖和實(shí)物圖連接課堂教學(xué)中,當(dāng)學(xué)生根據(jù)問題進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),教師在巡視過程中邊了解情況邊利用相機(jī)拍攝學(xué)生典型的設(shè)計(jì)方案,然后利用讀卡器可以在電腦中迅速讀出并投影到大屏幕中進(jìn)行分析、點(diǎn)評(píng).這樣操作簡(jiǎn)便可行,還可以避免直接將練習(xí)紙投影而給學(xué)生帶來的心理壓力.

1.5 收集學(xué)生易錯(cuò)題

在學(xué)生考試卷和練習(xí)冊(cè)中尋找學(xué)生錯(cuò)誤較多的試題,并將其一一拍攝,保存到電腦,建立錯(cuò)題檔案庫.等到要用之時(shí),隨時(shí)調(diào)出學(xué)生錯(cuò)誤習(xí)題集合進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練,使學(xué)生溫故知新.在此相機(jī)代替了剪刀和漿糊的作用.

2 利用數(shù)碼相機(jī)的瞬時(shí)定格功能

對(duì)于動(dòng)態(tài)物體可使用較高快門速度將其瞬間定格,以便于觀察和分析其運(yùn)動(dòng)規(guī)律.在新課標(biāo)人教版必修2“探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”一課中,關(guān)鍵是畫出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.課本提供的方案之一用水流做平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)法將軌跡描在坐標(biāo)紙上進(jìn)行處理.例如用描點(diǎn)法得到軌跡,但在描點(diǎn)的過程中,由于水位的降低,水壓的減少使初速度減小,導(dǎo)致軌跡改變,誤差較大,且操作過程繁瑣.因此可以根據(jù)課本上的實(shí)驗(yàn)裝置,事先建立一個(gè)帶刻度的坐標(biāo)紙做為背景,利用數(shù)碼相機(jī)在課堂上直接將水流動(dòng)的軌跡和坐標(biāo)刻度拍攝下來(如圖6),輸入電腦投到大屏幕,添加輔助線進(jìn)一步探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.用類似的方法可以定格氣墊導(dǎo)軌上兩滑塊碰撞前后的位置,從照片上獲得數(shù)據(jù)來分析動(dòng)量守恒問題.

圖6

3 利用數(shù)碼相機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間曝光功能

一般的單反數(shù)碼相機(jī)都有B門拍攝功能,即曝光時(shí)間可以任意調(diào)節(jié),結(jié)合光圈可以滿足特殊的拍攝需要.拍攝時(shí)要注意在光線較暗情況下進(jìn)行,照相機(jī)需用三腳架固定.例如為了突破曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向這一難點(diǎn),可分3步進(jìn)行:首先展示鏈球投擲運(yùn)動(dòng)圖片,感知情景;然后播放自拍的模擬鏈球投擲過程的視頻(用細(xì)線系一個(gè)發(fā)光二極管在水平對(duì)面進(jìn)行);最后展示用B門拍攝的照片(如圖7),可以直觀地觀察到“鏈球”被釋放瞬間是沿著切線方向飛出去的,從而突破該教學(xué)難點(diǎn).

圖7

用類似的方法也可以將發(fā)光二極管固定在彈簧振子上,并勻速移動(dòng)相機(jī)可以拍攝振動(dòng)圖像,并通過電腦用正弦曲線來擬合(如圖8)來研究彈簧振子振動(dòng)的規(guī)律;還將發(fā)光二極管固定在飲水機(jī)桶底部不同位置讓其滾動(dòng)拍出不同形狀的擺線(如圖9).

圖8

圖9

4 利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能

圖11

連拍功能指的是按下快門后,每隔相等時(shí)間拍一幅照片,一般相機(jī)均有此功能,以抓取動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中最精彩的瞬間,在體育攝影中最常用.普通的相機(jī)是每秒鐘拍攝2～3幅照片,即每隔零點(diǎn)幾秒得到一幅照片,這對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)較慢,過程持續(xù)幾秒鐘以上的實(shí)驗(yàn)是夠用的.比如學(xué)生的課外實(shí)驗(yàn)研究汽車啟動(dòng)規(guī)律,可以這樣設(shè)計(jì):在汽車加速過程中,讓數(shù)碼相機(jī)對(duì)準(zhǔn)速度計(jì)進(jìn)行連拍,從而得到一系列等時(shí)間隔的速度計(jì)照片(如圖10).讀出數(shù)據(jù),畫出v－t圖像(如圖11)便可直觀地分析出汽車啟動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.

圖12

某些卡片機(jī)的連拍功能比單反相機(jī)要強(qiáng),1s鐘可連拍10余張甚至更多,這對(duì)過程較短的運(yùn)動(dòng)可以有效地記錄.圖12是筆者用富士某款卡片機(jī)1s連拍12幅獲得的彈簧振子豎直振動(dòng)照片,并進(jìn)行依次均勻排列合成的振動(dòng)圖像,用正弦函數(shù)曲線擬合,吻合得比較好.

5 利用數(shù)碼相機(jī)頻閃照相功能

頻閃照相需在較暗的環(huán)境中,相機(jī)在三腳架上固定,調(diào)好光圈,打開B門進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間曝光,同時(shí)頻閃光源工作.每閃一次光,將運(yùn)動(dòng)物體瞬間定格,確定位置,這樣在很短的時(shí)間內(nèi)可以將運(yùn)動(dòng)的物體的不同位置在一幅照片上顯示出來.兩次閃光(頻率)時(shí)間間隔可調(diào).頻閃光源可以用外接的也可以利用某些相機(jī)內(nèi)置閃光燈自帶頻閃功能,如尼康D80單反相機(jī).如圖13是一道關(guān)于輕繩和彈簧彈力區(qū)別的經(jīng)典題,光從理論上分析剪斷繩子L2瞬間兩小球受力如何變化學(xué)生很難接受.圖14是小球在兩種情況下釋放后用尼康D80相機(jī)內(nèi)置閃光燈頻閃功能拍攝的照片,為學(xué)生進(jìn)一步分析問題提供了感性認(rèn)識(shí).

圖13

圖14

圖15

當(dāng)找不到頻閃光源時(shí)候也可以用發(fā)光頻閃二極管代替(成本很低,網(wǎng)上容易購得),其本身可以以一定的頻率閃光,加以適當(dāng)改造便可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn).如圖15是利用該裝置拍出的頻閃照片,并將其與PPT中透明網(wǎng)格疊加便可以定量分析平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.部分手機(jī)和手電筒也有頻率可調(diào)的頻閃功能,如圖16是將iphone手機(jī)作為頻閃發(fā)光物體隨小車沿斜面下滑做勻加速運(yùn)動(dòng)的頻閃照片,根據(jù)背景的刻度可以進(jìn)行定量的研究小車做勻加速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.

圖16

6 利用數(shù)碼相機(jī)的視頻拍攝功能

視頻影像能夠真實(shí)全面多角度地記錄物理過程,具有很強(qiáng)的感染力和表現(xiàn)力.在課堂教學(xué)中能利用視頻充分創(chuàng)設(shè)物理情景,使物理知識(shí)形象化、具體化,積極調(diào)動(dòng)視、聽覺感受,從而活躍課堂氣氛,激發(fā)學(xué)生思維欲望,提高學(xué)習(xí)興趣,促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解.目前絕大部分卡片式數(shù)碼相機(jī)和部分單反相機(jī)具有有聲視頻拍攝功能,我們可以根據(jù)需要針對(duì)性地拍攝視頻短片輔助教學(xué).例如在講解《超重與失重》時(shí),學(xué)生對(duì)電梯里的感受比較深刻,但又無法在短時(shí)間里將規(guī)律概括出來.可以在上下運(yùn)行的電梯中放一臺(tái)秤或彈簧秤,將重物放在臺(tái)秤上或掛在彈簧秤上,用數(shù)碼相機(jī)記錄示數(shù)和樓層的變化,喚起生活經(jīng)驗(yàn),并通過分析歸納物理規(guī)律(如圖17).又如講“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”時(shí),可以事先請(qǐng)幾位學(xué)生在學(xué)校操場(chǎng)上利用搖繩發(fā)電的過程記錄下來,而后搬到課堂上讓全班學(xué)生分享,寓教于樂,效果十分明顯.類似地還可以進(jìn)行以下嘗試,如拍攝拔河比賽來研究牛頓第三定律;拍攝鉛球比賽來研究拋體運(yùn)動(dòng);拍攝火車的啟動(dòng)來研究加速度;拍攝建筑工地上起吊機(jī)的工作情況來研究運(yùn)動(dòng)的合成與分解等等.為此我們要有意識(shí)地用數(shù)碼相機(jī)記錄生活中許多物理素材,不斷積累歸納,建立自拍視資料頻庫,需要時(shí)可以將這些課堂上不易或無法演示的“實(shí)驗(yàn)”通過視頻向?qū)W生自如地展示.

圖17

當(dāng)然在拍攝當(dāng)中應(yīng)注意適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用技巧,比如合理地選取拍攝角度,通過變焦和改變距離適當(dāng)?shù)胤糯蠹?xì)節(jié),利用三腳架穩(wěn)定相機(jī)等等.我們還可以結(jié)合視頻軟件進(jìn)行適當(dāng)?shù)睾笃谔幚?讓極其緩慢的慢過程變快些,將稍遜即逝的過程拉長(zhǎng)點(diǎn).比如拍攝小球做自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)后可以利用慢鏡頭播放,也可以逐幀播放,還可以利用視頻軟件進(jìn)行對(duì)某些運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定量分析.合理應(yīng)用自拍視頻對(duì)物理教學(xué)尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)可起到積極地補(bǔ)充和拓展作用.

實(shí)踐證明,在物理課堂教學(xué)中適當(dāng)?shù)厥褂脭?shù)碼相機(jī)通過影像技術(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)可以創(chuàng)設(shè)形象生動(dòng)的物理情景,給學(xué)生以強(qiáng)烈的視聽感官刺激,喚醒固有經(jīng)驗(yàn),引發(fā)新的思考,從而提高學(xué)生主動(dòng)參與的熱情,增強(qiáng)學(xué)習(xí)的興趣;同時(shí)略施技巧可使物理情景動(dòng)靜結(jié)合,從而優(yōu)化教學(xué)資源,有利于學(xué)生直觀地觀察物理現(xiàn)象、從容地分析物理規(guī)律、輕松地突破教學(xué)難點(diǎn),提高物理教學(xué)效果.另外通過對(duì)數(shù)碼相機(jī)大量的使用,使學(xué)生深深地感受到物理與生活、生產(chǎn)及科學(xué)技術(shù)是緊密相聯(lián)的.

1 羅樂,項(xiàng)華,梁婷等.視頻分析方法在物理教學(xué)中的應(yīng)用——用數(shù)碼相機(jī)實(shí)現(xiàn)精細(xì)觀察［J］.物理教師,2013(3):10,14.

2 梁振華.用普通數(shù)碼相機(jī)研究平拋定運(yùn)動(dòng)軌跡［J］.物理教師,2012(3):43－44.