利用信息技术手段重整“平抛运动”实验探究

摘 要：本文主要介绍利用手机视频慢拍、现场投屏播放、随时停帧观察等信息技术手段，将“平抛运动的水平方向为匀速直线运动、竖直方向为自由落体运动”的实验论证过程记录下来，供大家参考，让各位物理同行在课堂上重现实验过程，更好服务于教学。

关键词：信息技术；平抛运动；物理；实验；慢拍；投屏

2017版《普通高中物理课程标准》中要求：高中物理需要通过多样化的教学方式，利用现代信息技术，引导学生理解物理学本质，增强科学探究能力。随着生活中信息技术的飞速发展，我们可以利用信息技术手段的直观性、丰富性、可重复性等特点，突破传统的教学过程中器材、技术的限制，巧妙地化抽象为形象，变动态为静态，充分调动学生学习的主动性和求知欲，使教学的目标得以实现。

本文以作者开设的一堂市级公开课《平抛运动》为教学实例，介绍应用信息手段来突破原有实验论证的瓶颈，将教学过程实录成文，供大家探讨和交流。

一、 教材提供的实验论证方法

作者使用的教材是山东科技出版社的高中物理《必修二》，在“第三章第3节：平抛运动”教学中提供两个实验论证，第一：平抛运动水平方向的分运动是匀速直线运动；第二：平抛运动竖直方向的分运动为自由落体运動。

教材在这两个实验论证中，应用“图一”所示的平抛器材来论证第一个结论，其论证的依据为观察到“两小铁球同时到达E处，发生碰撞”，即得证；应用“图二”示的“平抛竖落仪”、“图三”示的“频闪照相”两种方法来论证第二个结论，其论证的依据分别“听到两个小球同时落地”、“看到频闪照片两球在同一时刻的高度相同”即得证。

二、 上述实验在教学过程中的困难

以上3个实验，从理论上都可以很好地进行实验论证，但在实际操作过程中都存在一些不足：第1个实验，由于两个小铁球从平抛到相碰的所用时间极短，两球碰撞的那一瞬间捕捉也较为困难，特别是后排的大部分同学不易观察；第2个实验只听其声，无法观察其过程，缺乏过程中任意位置两球的对比，学生不一定信服；第3个实验“频闪照片”确实能非常好地展现出运动过程中的两球位置关系，但由于频闪照相机器材费用贵、拍摄暗室环境要求高、冲洗照片技术麻烦且论证周期长等因素，大多数的中学无法实施等问题。

基于以上的原因，作者结合日常生活所用的信息技术，为本节课的实验呈现方式重新开发与整合，做到过程透明、直观，结论自然而然，令人信服，具体过程如下：

三、 实验硬、软件要求

（一） 实验所需器材

具有视频慢拍功能手机一部（如苹果、乐视等手机）、iTools3.0电脑软件（下载地址https：∥www.itools.cn/），笔记本电脑一台，J2154平抛运动实验器（网络购物平台有售），无线路由器一台。

（二） 投屏环境要求：

手机和笔记本电脑必须连在同一个wifi下才能投屏，wifi可以不连接网络。

（三） 投屏操过流程

（1） 在笔记本上安装itools电脑软件，完成后打开；

（2） 确保笔记本的wifi连接和手机wifi连接使用的是同一个局域网；

（3） 打开itools电脑端，在“工具箱”找到“录屏大师”入口，点击进入；

（4） 开启手机，手指从手机屏幕的底部向上滑动，拉出“控制界面”，点击“屏幕镜像”选项，选择需要连接的电脑，成功后就可以将手机屏幕投影到笔记本电脑上；

（5） 打开手机的照相机功能，选择“慢动作”拍摄，手机摄像头相当于移动投影仪。

四、 实验的论证过程

实验论证一：“平抛运动的水平方向的分运动为匀速直线运动”

（一） 实验仪器J2154（图四）简单介绍

1. 电磁铁C、D、E通电时，具有磁性，能够吸引小铁球，开关控制电磁铁C、D同时接通和断开电源。

2. 接通电源，在电磁铁C、D上各吸住一个小铁球，然后断开电源，两个小铁球从同一高度同时滑落，当两小铁球分别滚落到其水平轨道时，它们的水平速度相同，此后B轨道上的小铁球近似地作匀速直线运动，A轨道上的小铁球离开水平抛道后，将作平抛运动。

（二） 实验操作过程简要记录

1. 按投屏操作要求连接好手机和电脑后，打开手机“慢动作”视频拍摄功能，设置成1秒钟拍摄240帧，正常播放速度1秒钟24帧，这样就相当于在播放时，视频放慢了10倍。

2. 请一个同学上台协助控制电磁铁的开关，教师给予开始的口令，进行视频拍摄，全班同学也可以通过投屏功能，在班级大屏幕观察拍摄过程，拍摄完成后，马上进行现场播放。

（三） 视频播放的两种方式

1. 视频直接投屏播放：点开录制的视频，直接播放，由于放慢10倍，大家可以非常清楚地看到两个小球在运动过程中，视觉能捕捉的各时刻，两球基本都处于同一竖直线，并且两个小铁球最终碰在了一起。

2. 手动控制逐帧播放：点击一下已拍摄的视频，在视频下方会出现拍摄的连续帧，用手按住帧进行拖动，并可随时停帧观察，随意多停几个位置，可见两个小球都在同一竖直的线上（图五），并且可以拖出相碰在一起的帧进行清晰展示。

实验论证二：“平抛运动的竖直方向分运动为自由落体运动”

首先介绍电磁铁C、E和光控开关M的工作原理：光控开关M挡光时自动切断电磁铁E的电路，滑离水平轨道的小球作平抛运动的同时，使被吸在电磁铁E上的小球作自由落体运动。

教师重复上述过程中的慢拍过程、视频直接投屏播放、手动控制逐帧播放等过程，学生清晰得看到两球在空中运动过程中始终保持在同一高度，直至两球相碰，进而使“平抛运动的竖直分运动为自由落运动”得到验证（图六）。

为了更好地对比，在三个电磁铁上均吸住小球，重复以上操作，可观察到平抛运动的小球在任一时刻与自由落体的球在同一水平面，同时与匀速运动的球在同一竖直线上，并且三个小球最终同时碰到了一起（图七），让论证更完美。

以上是平抛运动实验论证部分的文字实录，在教学过程做的三个演示实验，每个实验实际完成时间约为0.3秒，加上与学生一起慢放观看、重复观察、停帧对比等操作，每个实验实际用时不到1分钟，总共用时不到3分钟的时间，虽然短暂，但利用手边的信息技术手段，让学生达到了文化知识上的理解、学习欲望上的提升、处理问题上的开拓、实验态度的严谨等效果，也正符合当前教育的情感、态度、价值观的基本要求。

五、 结束语

在信息技术日新月异、高速发展的今天，作为教育工作者的我们，需要跟上时代的步伐，去研究如何利用新技术突破原有的教学瓶颈，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与改进，一定可集慧成河，终流成海。

参考文献：

[1]普通高中物理课程标准.人民教育出版社，2017.

[2]黄甫全.试论信息技术与课程整合的实质及其基本原理[J].教育研究，2002.

作者简介：

许林民，福建省福州市，福建省闽侯县第一中学。