基于課堂教學資源整合的形變效果演示系統

摘 要：該系統包括課堂上的白板、黑板、投影儀、DIS系統等部分，與自制教具的多功能尺、新型橡皮條、鉛錘等有效整合.它不僅解決了力的分解實驗中形變的直觀問題，同時使得測量直觀和精確，操作更簡便.該系統能使學生對知識點的理解和記憶更加深刻，對培養學生的實驗思維能力，開拓創新能力，提供了豐富多彩的教育環境.

關鍵詞：整合；課堂資源；力的分解效果；演示系統

作者簡介：韓先煌（1971-），男，安徽廣德人，本科，研究方向：科技創新與高考的有效銜接.

1 研究背景

在《力的分解》的傳統課堂教學中，教師基本是利用彈簧秤演示彈力與形變間的關系.但由于彈簧秤形變小、量程小、刻度小，不利于較大范圍演示，如座位偏后的學生觀察效果不理想，需要教師在教室巡回演示講解[1].

若將一個已知力分解為兩個等大分力，雖然理論和實驗均可得到“兩個分力的大小隨著夾角的增大而增大，且兩個分力夾角不可能達到180°”的結論，但對剛剛學習力的高一學生來說，易受到物理前概念及生活經驗如晾衣鋼絲（晾衣鋼絲幾乎是直的）的影響，因而不利于物理概念和物理規律的教學.

鑒于此，筆者認為，如果教師利用傳統實驗器材同時結合數字化實驗設備設計更加直觀、形象、具體的實驗來展示“一個已知力分解為兩個等大分力時，二分力大小與其夾角的動態關系”，既可消除錯誤前概念及生活經驗對學生的不良影響，又可加強學生對相關物理知識點的理解，提高教學效果.

2 研究的基本思路、原理和方法

項目研究的關鍵，首先是尋找形變大的彈性材料，其次是測量精確并能動態顯示.這就需要勁度系數小的新型橡皮條替代彈簧，以演示巨大形變，給學生一個視覺的震撼；再讓力傳感器替代彈簧秤，一則是為了測量準確；二是為了擴大量程；三是讀數可以顯示在屏幕上，更加直觀.另外可以通過改進一個多功能尺來測量二個分力的夾角.

本項目主要用到了胡克定律、力的合成和分解，以及涉及傳感器等原理，還用到了行動研究法、實驗法和經驗總結等研究方法.設計思路如圖1所示.

3 演示系統的制作

3.1 新型橡皮條和鉛錘

經過反復試驗比較，找尋到一種新型橡皮條，可以拉長至橡皮條原長8倍以上，橡皮條二端用回形針扣住，中間懸掛一只鉛錘.形變效果明顯、彈性系數較小的新型橡皮條（與刻度尺比對）如圖2所示，鉛錘制作如圖3所示.

3.2 改進多功能尺測角度

數學教學用多功能尺，用二塊強磁鐵插入尺子的縫隙內，用膠帶纏好，吸附在黑板或白板上，就可以用來測量橡皮條之間的夾角.該尺可以根據需要滑動位置而不掉落，效果如圖4和圖5所示.

3.3 形變展示

橡皮條的一端連接力傳感器[2]，另一端用手或傳感器拉著，中間懸掛鉤碼.效果如圖6、圖7、圖8所示.

3.4 讀數顯示

投影儀或白板可以實時顯示彈力的動態效果，如圖9所示.

4 在現有教具基礎上的改進點和創新點

（1）該系統是課堂上的白板、黑板、投影儀、DIS系統等部分，與自制教具的多功能尺、新型橡皮條、鉛錘等部分的一個有效整合，未發現類似報道.

（2）選用新材料橡皮條替代彈簧秤，形變效果明顯震撼.

（3）改進多功能尺，方便適時測量角度.

（4）將力傳感器和橡皮條結合了起來，適時測量力的大小并顯示在屏幕上，實現了傳統器材與現代儀器的有效整合.

（5）改進后的優點：更直觀，操作更簡便，數據更精確；方便數據采集及處理，節約大量時間；通過定量探究得到物理規律，學生對知識點的理解和記憶更加的深刻，也讓學生體會到生活、技術中的物理；改進后的儀器成本低，有利于推廣.

5 使用情況和項目展望

該演示系統已投入安徽省廣德中學實際教學使用，師生評價較高.適時的測量數據顯示橡皮條總長、夾角和合力，方便師生實驗.

參考文獻：

[1]方衛紅.自制“動態力的分解演示儀” [J].實驗教學儀器， 2016， 33（Z1）：95-96.

[2]趙永樂等.“實驗教學優化模式淺析” [J].物理教學， 2013 （6） ：24-27.endprint