基于ＤＩＳ的視頻與數據采集同步教學課件的開發及應用

摘要：為了推進DIS實驗技術的應用，筆者研發了基于DIS的視頻與數據采集同步教學課件。并對其制作設想、實現方法等進行了闡述，對教學功能進行了挖掘。

關鍵詞：DIS實驗技術；數據采集；視頻資料；課件

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)4(S)-0053-3

1 制作設想

隨著新課程改革的推進，DIS實驗系統在中學物理中的應用日益廣泛，成為中學生進行科學探究的有效工具。但由于地區經濟發展的不平衡，而DIS實驗系統的成本較高，許多學校無法大批量的購買，大多數學校只是購買一兩套，給教師講公開課或者學生進行專題研究時使用，這樣大大制約了數據采集器的應用，無法滿足對廣大學生教學的需要。

為此筆者認為：教師如果能將用DIS實驗系統做實驗的過程以及實驗數據、圖象等以課件、網頁或其他的形式展示給學生，也能在一定程度上加深學生對物理規律的理解能力，給學生較強的感性認識。在對廣東省的物理教師進行調查時發現，92.5％的教師都很希望獲得DIS實驗系統相關的實驗資料，特別是一些視頻資料。鑒于這些原因，我們提出了基于DIS的視頻與數據采集同步教學課件的設想，希望能夠彌補此不足，減少數據采集器實驗對真實情景的過分依賴性，擴展其教學功能。

2 實現方法

2.1 利用Datastudio實現實驗視頻與實驗數據（圖象）采集同步

利用軟件實現DIS實驗系統的視頻與數據（圖象）采集同步的技術最早出現在美國PASCO公司生產的DIS實驗系統的配套軟件Datastudio 1.90之中，它可以將DIS實驗系統的實驗視頻與數據采集器采集下來的數據（圖象）完美地結合起來，進行同步播放。實現方法為：

在實驗的過程中，利用攝像機或者帶有錄像功能的數碼相機將實驗的過程拍攝下來，請注意，拍攝的視頻必須為.mov或者.avi的格式。將視頻導入計算機，并與保存的數據文件放在同一目錄下。打開Datastudio軟件中的活頁簿（workbook），通過 和 按鈕分別將視頻和數據文件導入，并點擊右鍵設置同步，最后可得到這樣的效果：將導入的實驗視頻啟動，即可發現實驗視頻和實驗數據（圖象）同步運動，并一一對應；將視頻暫停在某一時刻，相應的數據（圖象）也將在此時停止。如圖2，截取了彈性球的運動視頻運行過程中的兩幅圖，從中我們可以看出實驗視頻和圖象的對應關系。



用Datastudio實現的實驗視頻與數據（圖象）同步，其最大的局限性在于其播放無法脫離該軟件，該軟件的價位較高，購買此軟件的學校很少。倘若能脫離此平臺，插入課件或網頁中，應用就更方便，也容易得到推廣?；谶@種想法，我們提出了利用Flash實現實驗視頻和數據（圖象）采集同步的方法。

2.2 利用Flash實現實驗視頻和數據（圖象）采集同步

這種方法是先利用屏幕動態捕捉軟件Camtasia Studio獲取真實數據視頻，利用flash軟件強大的腳本功能將獲取的數據視頻與攝像機拍攝的實驗過程視頻制作成實驗視頻和數據采集同步的課件。下面簡單地介紹一下這種技術的實現方法。

所需硬件：電腦，數據采集器，傳感器，實驗器材，攝像機（配支架）

所需軟件：數據采集器配套軟件，Camtasia Studio屏幕錄像軟件，Macromedia flash課件制作軟件。

其基本步驟如下：

（1）設計和進行實驗，并觀察實驗操作與采集的信號的對應情況；

（2）準備好攝像機，對準實驗場景，調節，讓拍攝達到最佳效果；

（3）打開屏幕錄像軟件Camtasia Studio，新建錄制向導，選擇錄像區域，選定的錄像區域為綠色邊框；

（4）在進行實驗的同時，一方面用攝像機拍攝實驗操作場景，另一方面用Camtasia Studio將正在動態變化的數據采集器信號捕捉下來，如變化的圖線，變化的數據，保存為視頻格式?？梢远嗳瞬僮?，保證兩者在時間上的一致性；

（5）將攝像機里的實驗場景錄像進行剪輯導入到計算機中，并在Flash中實現實驗場景錄像和數據采集器數據（圖象）錄像的同步運行及控制。如圖2，是已經制作好的“自感”視頻與數據采集同步課件中截取的圖，將兩個電壓傳感器分別并聯在兩個燈炮兩端，①、②兩條曲線分別代表了上下兩個燈泡兩端電壓隨時間變化的圖線。

該課件包括以下功能：

（1）同步播放、暫停，同步快進、快退，跳到開頭，跳到結尾。分別采用了Flash里的函數是：play，stop，prevFrame，nextFrame，gotoAndStop（開頭禎），gotoAndStop（結束禎）來實現。

（2）實物錄像場景的窗口的大小可以控制，用Flash里的_xscale，_yscale函數，并且可以隨意的拖動，或隱藏，這些功能的設置大大的方便了老師的教學。

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3 預期目標

相比之下，采用Flash制作的實驗視頻和數據（圖象）采集同步教學課件具有推廣價值?，F在我們正利用此技術制作一套與粵教版高中物理教材相配套的，與教師教學緊密結合的關于DIS實驗技術在高中物理實驗教學中應用的課件光盤素材。光盤中，課件以積件庫的形式存在，即各個實驗獨立分開，一個實驗，一個小課件，方便老師調用。

4 教學價值挖掘

將以上視頻同步課件應用于實際教學中，我們發現具有以下的教學價值：

①集合了視頻教學和DIS實驗教學的優點，將真實的物理情景和物理數據（圖象）結合、對應起來，符合建構主義的教學思想，更能反映物理現象的本質，深化了對于學生物理規律的理解。視頻揭示了實驗的現象，數據（圖象）直觀地反映了實驗現象所對應的物理規律，兩者同步起來，相得益彰，突破教學難點。采用此教學課件教學能夠激發學生的學習興趣，培養學生捕捉信

息、獲取信息、處理信息的能力；能提高課堂教學效率；使學生仿佛身臨其境，能更有效地啟發學生思維，激勵學生參與教學過程，充分發揮學生學習的主體作用。 

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②其最大的優點在于實驗視頻和數據（圖象）采集視頻可以同步播放和同步暫停。有的物理實驗現象轉瞬即逝，學生可能都沒觀察清楚就已經過去了，利用這個課件可以給學生反復的觀察，倘若變化太快，還以將課件停在某一處仔細觀察，“暫停”這樣一個小小的功能會給物理實驗教學帶來意想不到的方便和直觀，如在進行“簡諧振動”（如圖3）的教學時，可將實驗視頻和圖象同時停止在某一特殊位置，如平衡位置，位移最大，位移最小處等，將兩者結合起來分析此時的位置、速度、受力、加速度等特點。在講授“自感”時，可以利用暫停將實驗的過程分為三個不同的階段，通電時，電流穩定時，斷電時分別觀察。這種方式對學生進行探究學習，理解物理概念和規律大有裨益。

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5 應用途徑

無論是否具備數據采集器系統的學校，都可以利用該課件讓教師和學生對數據采集器，傳感器有所了解；觀察數據采集器進行實驗的過程；將課件與實際課堂教學相結合，利用提供的圖象和數據，提高學生對圖象的認知能力和分析處理數據的能力；也可以在傳統實驗的基礎上利用該課件進行深化教學。

對于數據采集器充足的學校，課件中提供的案例實際上是對教師一種培訓資源。教學時，可以同實物演示相結合起來，讓學生在實物演示后能夠觀察到實驗的細節。還可以利用該課件進行實驗的預習和復習總結。

總之，數據視頻同步課件在某種程度上緩和了學校實驗儀器不足，能夠改善“畫實驗”，“講實驗”的情況，為學生學習提供了一個比較真實的認知環境。

最近，筆者利用以上的“自感”的視頻與數據采集同步課件在廣州真光中學進行授課，從學生的反饋可以看出取得了非常好的教學效果，課件也深受廣大物理教師的歡迎。

(欄目編輯王柏廬)