借助电脑视屏摄像头完善物理实验教学

林根旺

摘 要：一些物理实验由于实验条件的限制，很难将实验现象及过程很好的展示在学生面前，利用电脑视屏摄像头结合计算机、投影仪或大屏幕电视等设备，可以克服真实物理实验中现象不明显、实验难以成功等缺点，让真实的物理实验达到预期的效果。

关键词：电脑摄像头；实验教学；放大；转换视角

实验是中学物理教学中的重要组成部分，蕴藏着物理教学中最富活力的内容，好的实验可以带领学生陶醉于物理知识的学习过程中，但一些物理实验由于实验条件的限制，很难将实验现象及过程很好的展示在学生面前。近几年来，多媒体技术在中学物理教学中得到广泛应用，在教学中就出现了用计算机模拟实验代替传统演示实验，甚至代替学生分组实验的现象。模拟实验固然有它不可比拟的优势，但模拟实验本身是不真实的，说到底是“假”实验，不利于培养学生实事求是的科学态度。随着教学设备的更新，不少学校在班级里都装配了计算机、投影仪或大屏幕电视等设备。利用电脑视屏摄像头结合这些设备可以克服真实物理实验中现象不明显、实验难以成功等缺点，让真实的物理实验达到预期的效果。下面我就结合自己在教学中的实践，谈谈视屏摄像头在物理实验教学中的几个应用实例。

一、对一些微小实验或微小实验现象进行放大

有些演示实验的实验仪器或实验现象太小，实验演示时只有少数前排学生能够看得见，后排的学生看不清楚，这样实验的效果将大打折扣。我们借助电脑视屏摄像头，在投影的屏幕上或大屏幕电视上观察实验现象，就能有效地解决这一问题。

情景一：介绍游标卡尺及螺旋测微器的使用

游标卡尺及螺旋测微器的使用是高中阶段学生必须掌握的两个重要实验，由于这两件仪器尺寸都比较小，在教学中讲解仪器的使用和读数时，传统的是借助图片展示和实物模型。图片的展示太过单一，而实物模型又太过笨重，像我们学校木制的游标卡尺模型现在基本上没有人再用了。随着多媒体辅助教学技术的发展，我们又习惯借助多媒体课件进行教学，但课件做得再好也和实物有差距。如果我们借助视屏摄像头的放大作用，就可以将如游标卡尺的结构，内测量爪、外测量爪、深度尺如何使用，测量后如何读数及读数中常见的问题进行详细介绍。并且在讲解过程中能结合内容对准对应的部分，如讲解深度尺的使用时对准深度尺部分，讲解读数时对准主尺和游标尺刻度，这样能集中学生注意力，突出重点，达到理想的教学效果。

情景二：演示微小形变

在与学生的接触中经常发现，即使到了高三，还是有不少学生不清楚绳子的拉力是弹力的一种，可见我们在高一上新课时，并没有让学生对弹力产生的根本原因——弹性形变有深刻直观的了解。我们可以在上课时准备三条等长的橡皮绳、尼龙绳和麻绳，挂上一定重的物体，摄像头对准绳子底部观察绳子的形变，如图1所示。学生通过大屏幕就能观察到绳子从上到下的形变，通过这种渐进式的变化就能让学生明白绳子之所以能对物体有拉力，是由于绳子本身发生了形变。在讲解桌面受到力的作用发生形变时，我们除了用光杠杆放大外，也可以利用摄像头放大。取厚度分别为3mm、5mm、10mm的木板做为桌面，将摄像头对准桌面边缘，对桌面施加一定的压力，我们可以观察到随着木板厚度的增加，形变量由大到小。通过更直观的观察，同样能让学生更直观地了解到产生弹力的物体都会发生形变，只是大小不同而已。

情景三：甩水银温度计

在介绍离心运动的应用时，我们经常举甩水银温度计的例子，许多老师可能只是口头介绍，这比较难以激发学生的兴趣，况且许多学生对水银温度计的结构和原理也是一知半解。我们同样可以借助摄像头向学生清晰地介绍其结构，特别是重点介绍弯曲的缩口位置，之后让学生到讲台演示如何把水银甩下去。刚开始大部分学生受之前惯性知识的影响，会让温度计做如图2竖直向下急停运动，想利用惯性让水银柱降下去。老师可通过摄像头的放大让学生了解到这样做效果不理想，再让学生握住温度计的顶部用力甩，做如图3所示的运动，这时我们就能看到水银柱有明显的下降。通过这样的体验，学生的学习兴趣就能得到很好的调动。

情景四：演示音叉共鸣箱

音叉共鸣箱是共振应用的一个典型例子，把某一频率的音叉插在一端开口的共鸣箱上，当敲击音叉使它振动时，箱内的空气柱就能产生共振，发出较响的声音。如果将相同结构的音叉共鸣箱放在距离较近的正对面，并且让开口相对，另外一个音叉也会跟着振动起来，但在演示中往往现象并不明显，只有较近的几个同学能有所察觉，课堂效果并不理想。如果我们将摄像头对准第二个音叉，如图4所示，就能在屏幕上明显地观察到音叉振动起来，达到良好的教学效果。

二、将一些只能在水平面上做的实验通过视角转换直观展示出来

有不少的物理实验由于各种原因，只能在水平面上完成，这样也会导致学生看不到实验过程和现象，不能让实验本身发挥最大的作用。如果我们在实验时用摄像头对准实验台，适当调整角度和距离，学生便能在大屏幕上直观地观察到实验过程和现象。

情景一：演示最大静摩擦力与滑动摩擦力

测最大静摩擦力是高中实验会考中经常考察的一个实验，实验中将一个物块放在水平的木板上，用弹簧测力计水平拉着。逐渐增大拉力直到物块滑动，记下刚好使物块滑动时的测力计的示数。然后在物块上添加砝码，再次水平拉动物块，并记下刚好使物块滑动时测力计的示数。在几年的监考中，都发现有不少同学没有区分最大静摩擦力与滑动摩擦力，记下的是匀速拉动时测力计的示数。由于这个实验只能在是平面上做，学生很难直观看到弹簧测力计示数变化情况，所以不少老师上课时也是以口头讲解为主，没有把实验完整地做出来。根据“学习金字塔理论”，这种纯讲授式的教学方式，学习效果是最低的，学生在会考时把操作要领忘了也就不足为奇。我们可以在上课时用摄像头对准实验平台，学生便可以从大屏幕上观察到，什么时候的测力计读数等于最大静摩擦力，什么时候又等于滑动摩擦力。其实两者的差别还是比较明显的，像用我们学校的实验器材，没有加砝码时，最大静摩擦力为0.40N左右，滑动摩擦力为0.36N左右。

情景二：用铁粉模拟磁体或电流的磁感线

磁感线是描述磁体或电流周围磁场的重要方式，我们在实验中也常用铁粉在磁场中被磁化的性质来显示磁感线的形状。如要了解条形磁铁的磁感线分布时，将条形磁铁固定在有机玻璃下，把铁粉撒在有机玻璃板上，并轻轻敲打玻璃板，便可以从铁屑的分布中大致了解到磁感线的分布。但形成的铁屑分布形状只能水平放置，老师往往要拿着玻璃板在学生中来回走动，才能向学生展示清楚。如果我们要把条形磁铁、通电直导线、环形电流、通电螺线管等对象的模拟磁感线一一展示，就会消耗不少课堂时间。如果我们在实验时就用摄像头对准相关器材，便可将实验现象在大屏幕上直观展示，提高课堂效率。

情景三：水波的干涉和衍射实验

在学习波的干涉和衍射知识时，我们经常要演示水波的干涉和衍射实验。以水波的衍射实验为例，我们在水槽中放入两块挡板，挡板之间留一狭缝，水槽边缘用电动机带动振动棒振动，振动棒末端固定一小球，让小球刚好接触到水槽的水面，在水面上便可产生持续的平面波。通过调节挡板位置，使狭缝从大到小变化，我们可以发现狭缝的宽度远大于水波的波长时，并没有明显的衍射现象，而当狭缝的尺寸跟波长差不多时，衍射现象十分明显。这个实验同样也只能在水平面上完成，以前经常要结合实物投影仪才能完成，现在摄像头加大屏幕电视基本上都可以取代实物投影仪的功能，而且使用起来更加方便快捷，只要将摄像头对准实验平台，便可将干涉和衍射现象清晰展示。