(福建省泉州市第十一中學，福建 泉州 362011)

1 引言

高中物理實驗教學不只是理論知識的傳授，應更注重學生在實驗探究過程中動手做、動腦思等能力的培養(yǎng)。在高中物理實驗教學中，如果把信息技術與教學中存在的實驗難點進行融合，有利于打破現(xiàn)有實驗儀器、環(huán)境條件和時空的限制，既豐富了物理實驗的形式，給學生帶來更直觀的展示，降低了實驗的難度，還能開拓學生的視野，提高其科學思維能力。

Tracker軟件作為目前廣泛使用的一種視頻分析軟件，該軟件能實現(xiàn)對運動物體的追蹤，獲得研究對象的運動數(shù)據(jù)，能簡潔、高效地分析數(shù)據(jù)，揭示數(shù)據(jù)背后所隱藏的物理規(guī)律。

2 教材中對機械能守恒定律驗證存在的不足

在很多教材中，“驗證機械能守恒”的實驗裝置都是采用圖1所示的裝置，利用自由落體運動來驗證機械能守恒定律。該裝置經過一線教師的教學實踐和專家、學者的研究，發(fā)現(xiàn)存在如下問題。

圖1

2.1 實驗誤差大

一是紙帶下落過程中與打點計時器間存在摩擦，導致紙帶上的點有拖痕，使實驗數(shù)據(jù)存在偏差；二是學生在釋放紙帶的瞬間，常常因為手的抖動造成初速度不為零，影響起始點的選取。

很多一線教師在教學中常引導學生對起始點和第n點進行分析驗證，比較ΔEp和ΔEk的關系，得出結論：在誤差允許范圍內，機械能守恒。對于起始點初速度是否為零，教師通常采用的是選擇最初兩點距離接近2mm的紙帶進行研究，在實踐操作中通過反復實驗發(fā)現(xiàn)，即使重物下落的初速度不為零，紙帶最初兩點間的距離也可能接近2mm，在數(shù)據(jù)分析時還會出現(xiàn)ΔEk大于ΔEp的情況。這會對學生造成困惑，一方面是他們不清楚最初兩點間距離接近2mm的緣由，另一方面是重錘下落過程中需克服摩擦力做功，這樣會導致ΔEk小于ΔEp，與數(shù)據(jù)分析結果相矛盾。

2.2 花費時間長

學生要花費大量時間處理繁瑣的實驗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理的結果往往因誤差太大，從而得不到結論。

2.3 驗證范圍小

教材中采用“自由落體運動”驗證機械能守恒定律，得出其機械能守恒條件，不具有普遍性。教材后續(xù)章節(jié)出現(xiàn)了幾種初速度不為零的拋體運動，對于這些運動過程中機械能是否守恒，學生仍存有疑問。

3 利用Tracker軟件對斜拋運動的機械能守恒進行驗證

3.1 視頻錄制

用智能手機錄制學生在課堂上斜拋棒球的視頻，錄制時保證鏡頭正對學生，再將視頻同步傳到電腦上。

3.2 視頻處理

打開Tracker軟件，導入學生斜拋棒球的視頻。利用軟件中的播放功能設置好要分析視頻的起止幀，設定坐標系，可以用黑板、墻壁作為背景，以竹竿或黑板高作為標桿設定參考尺寸。選定棒球作為研究對象，并視作質點，選擇“軌跡—新建—質點”按鈕，創(chuàng)建質點。按住Ctrl+shift鍵，界面會顯示圓圈代表棒球位置，此時周邊虛線框為下一次質點可能出現(xiàn)的位置。采用手動打點追蹤方式采集多個數(shù)據(jù)，點擊表格可以增加所需要的物理量數(shù)據(jù)采集(圖2)。

圖2

3.3 數(shù)據(jù)處理

在該實驗中，棒球質量不需要測量，只需要提取x、y、v與t的數(shù)據(jù)，將需要的數(shù)據(jù)復制到Excel中，利用Excel自帶的公式編輯器計算出小球的動能、重力勢能及機械能的大小，從測量數(shù)據(jù)及其計算結果可以發(fā)現(xiàn)：在實驗誤差允許的范圍內，小球的機械能守恒(表1)。

表1

3.4 實驗改進優(yōu)勢

該實驗精簡了實驗裝置，流程也進一步簡化，實驗誤差小，增大了課堂信息量，節(jié)約了實驗操作時間。另外利用該軟件還可以根據(jù)需要描繪出棒球重力勢能、動能等其他物理量隨時間變化的圖像。對于僅有彈力作用下的物體的運動、平拋運動、豎直上拋運動、自由落體運動等傳統(tǒng)實驗，也能通過一部智能手機、一個小球和定標桿就能在課堂上完成。學生對此實驗興趣盎然、參與程度高，從而提高了他們學習的主動性。

4 巧用信息技術手段 提高物理實驗教學效果

4.1 直觀展示，加深物理規(guī)律的理解

物理學是以實驗為基礎的一門自然科學，但是很多高中生對物理的學習大多停留在概念、規(guī)律、公式、結論的記憶上，這導致學生對物理實驗的自主設計、拓展創(chuàng)新、問題解決等方面還存在較大問題。在物理實驗練習中，學生常用“套公式”“背結論”的手段解答，而不考慮實驗過程。因此在高中物理實驗教學中，如果能把信息技術與實驗教學進行有機融合，在傳統(tǒng)實驗的基礎上適當進行拓展，可以培養(yǎng)、提升學生解決問題的能力。比如通過多媒體等信息技術播放教學中一些難以演示和觀察的實驗現(xiàn)象，如“微觀世界中的分子運動”“光電效應”“天體運動”“微小形變”“磁場電場分布情況”等，學生印象深刻，可幫助他們建立豐富的感性認識。

4.2 突破難點，提高實驗探究的實效性

利用信息技術手段可以突破實驗教學的瓶頸，幫助學生建立物理情景，抓住重點、突破難點，更好地理解物理概念和規(guī)律。利用信息技術手段可以提高實驗教學的直觀性和整體效益，特別是在物理實驗教學的探究環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)實驗的基礎上，利用信息技術手段可以優(yōu)化實驗設計，縮短操作時間，讓學生有更多的時間自主選擇合適的方案進行探究活動。例如在機械能守恒定律的實驗中，除了可以驗證在重力作用下做自由落體運動的物體的機械能守恒，還可以驗證只在彈力作用下的物體的運動、單擺振動、拋體運動中的機械能守恒。

5 結語

信息技術與物理實驗教學的深度融合已成為當前教育發(fā)展的一種趨勢，這樣的融合既彌補了傳統(tǒng)教學中的不足，提供了豐富的教學資源，又可以對很多在課堂中無法做到的實驗操作進行演示，不僅提高了學生的學習興趣，豐富了學生的物理實驗知識，而且還有助于突破實驗教學中的難點，為提高高中物理教學質量與效率提供堅實的保障。