利用信息技術手段重整“平拋運動”實驗探究

摘 要：本文主要介紹利用手機視頻慢拍、現場投屏播放、隨時停幀觀察等信息技術手段，將“平拋運動的水平方向為勻速直線運動、豎直方向為自由落體運動”的實驗論證過程記錄下來，供大家參考，讓各位物理同行在課堂上重現實驗過程，更好服務于教學。

關鍵詞：信息技術；平拋運動；物理；實驗；慢拍；投屏

2017版《普通高中物理課程標準》中要求：高中物理需要通過多樣化的教學方式，利用現代信息技術，引導學生理解物理學本質，增強科學探究能力。隨著生活中信息技術的飛速發展，我們可以利用信息技術手段的直觀性、豐富性、可重復性等特點，突破傳統的教學過程中器材、技術的限制，巧妙地化抽象為形象，變動態為靜態，充分調動學生學習的主動性和求知欲，使教學的目標得以實現。

本文以作者開設的一堂市級公開課《平拋運動》為教學實例，介紹應用信息手段來突破原有實驗論證的瓶頸，將教學過程實錄成文，供大家探討和交流。

一、 教材提供的實驗論證方法

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：平拋運動”教學中提供兩個實驗論證，第一：平拋運動水平方向的分運動是勻速直線運動；第二：平拋運動豎直方向的分運動為自由落體運動。

教材在這兩個實驗論證中，應用“圖一”所示的平拋器材來論證第一個結論，其論證的依據為觀察到“兩小鐵球同時到達E處，發生碰撞”，即得證；應用“圖二”示的“平拋豎落儀”、“圖三”示的“頻閃照相”兩種方法來論證第二個結論，其論證的依據分別“聽到兩個小球同時落地”、“看到頻閃照片兩球在同一時刻的高度相同”即得證。

二、 上述實驗在教學過程中的困難

以上3個實驗，從理論上都可以很好地進行實驗論證，但在實際操作過程中都存在一些不足：第1個實驗，由于兩個小鐵球從平拋到相碰的所用時間極短，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不易觀察；第2個實驗只聽其聲，無法觀察其過程，缺乏過程中任意位置兩球的對比，學生不一定信服；第3個實驗“頻閃照片”確實能非常好地展現出運動過程中的兩球位置關系，但由于頻閃照相機器材費用貴、拍攝暗室環境要求高、沖洗照片技術麻煩且論證周期長等因素，大多數的中學無法實施等問題。

基于以上的原因，作者結合日常生活所用的信息技術，為本節課的實驗呈現方式重新開發與整合，做到過程透明、直觀，結論自然而然，令人信服，具體過程如下：

三、 實驗硬、軟件要求

（一） 實驗所需器材

具有視頻慢拍功能手機一部（如蘋果、樂視等手機）、iTools3.0電腦軟件（下載地址https：∥www.itools.cn/），筆記本電腦一臺，J2154平拋運動實驗器（網絡購物平臺有售），無線路由器一臺。

（二） 投屏環境要求：

手機和筆記本電腦必須連在同一個wifi下才能投屏，wifi可以不連接網絡。

（三） 投屏操過流程

（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wifi連接使用的是同一個局域網；

（3） 打開itools電腦端，在“工具箱”找到“錄屏大師”入口，點擊進入；

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

（5） 打開手機的照相機功能，選擇“慢動作”拍攝，手機攝像頭相當于移動投影儀。

四、 實驗的論證過程

實驗論證一：“平拋運動的水平方向的分運動為勻速直線運動”

（一） 實驗儀器J2154（圖四）簡單介紹

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

2. 接通電源，在電磁鐵C、D上各吸住一個小鐵球，然后斷開電源，兩個小鐵球從同一高度同時滑落，當兩小鐵球分別滾落到其水平軌道時，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動，A軌道上的小鐵球離開水平拋道后，將作平拋運動。

（二） 實驗操作過程簡要記錄

1. 按投屏操作要求連接好手機和電腦后，打開手機“慢動作”視頻拍攝功能，設置成1秒鐘拍攝240幀，正常播放速度1秒鐘24幀，這樣就相當于在播放時，視頻放慢了10倍。

2. 請一個同學上臺協助控制電磁鐵的開關，教師給予開始的口令，進行視頻拍攝，全班同學也可以通過投屏功能，在班級大屏幕觀察拍攝過程，拍攝完成后，馬上進行現場播放。

（三） 視頻播放的兩種方式

1. 視頻直接投屏播放：點開錄制的視頻，直接播放，由于放慢10倍，大家可以非常清楚地看到兩個小球在運動過程中，視覺能捕捉的各時刻，兩球基本都處于同一豎直線，并且兩個小鐵球最終碰在了一起。

2. 手動控制逐幀播放：點擊一下已拍攝的視頻，在視頻下方會出現拍攝的連續幀，用手按住幀進行拖動，并可隨時停幀觀察，隨意多停幾個位置，可見兩個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行清晰展示。

實驗論證二：“平拋運動的豎直方向分運動為自由落體運動”

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

教師重復上述過程中的慢拍過程、視頻直接投屏播放、手動控制逐幀播放等過程，學生清晰得看到兩球在空中運動過程中始終保持在同一高度，直至兩球相碰，進而使“平拋運動的豎直分運動為自由落運動”得到驗證（圖六）。

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

以上是平拋運動實驗論證部分的文字實錄，在教學過程做的三個演示實驗，每個實驗實際完成時間約為0.3秒，加上與學生一起慢放觀看、重復觀察、停幀對比等操作，每個實驗實際用時不到1分鐘，總共用時不到3分鐘的時間，雖然短暫，但利用手邊的信息技術手段，讓學生達到了文化知識上的理解、學習欲望上的提升、處理問題上的開拓、實驗態度的嚴謹等效果，也正符合當前教育的情感、態度、價值觀的基本要求。

五、 結束語

在信息技術日新月異、高速發展的今天，作為教育工作者的我們，需要跟上時代的步伐，去研究如何利用新技術突破原有的教學瓶頸，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，一定可集慧成河，終流成海。

參考文獻：

[1]普通高中物理課程標準.人民教育出版社，2017.

[2]黃甫全.試論信息技術與課程整合的實質及其基本原理[J].教育研究，2002.

作者簡介：

許林民，福建省福州市，福建省閩侯縣第一中學。