攝影作品與中學物理教學融合初探*

李寶金 楊曉燕 鄭原琛 顏國英 張雄

(云南師范大學物理與電子信息學院 云南 昆明 650500)

1 引言

李政道說過，科學和藝術是不可分割的，就像一枚硬幣的兩面.作為科學與藝術的分支，物理與攝影的聯系是顯而易見的，它們追求的目標是一致的，即：美！大自然在最基本的水平上是依照美來設計的[1].如果攝影的美是直觀的視覺盛宴，那么物理的美則是視覺盛宴下更為深沉的美，更為重要的是在某種意義上物理與攝影以同樣的過程去感知這個世界的美，觀察對于兩者都是至關重要的，只有通過仔細的觀察才能發掘美.另外攝影相機基本機構包含了豐富的物理知識，攝影者有必要掌握相關的物理知識，如焦距、像差、景深等，才能更好地指導攝影.

鑒于物理與攝影之間緊密的聯系，如果巧妙地將豐富多彩的攝影作品與中學物理教學融合起來，將攝影作品的美引入中學物理教學中，學生在賞析美的同時嘗試解釋物理現象、掌握物理原理的過程.那么學生眼中枯燥、抽象的物理將變得生動有趣，學生學習興趣被激發，將會積極主動地探究物理世界，運用物理原理解釋物理現象，觀察與解釋能力也會得到提升.

2 攝影作品與中學物理教學融合的例證

下面列舉幾幅攝影作品，來闡述如何將攝影作品應用到中學物理教學中.所有攝影作品皆來自于《國家地理》網站每日精選，在網上廣泛流傳[2].

2.1 巧用作品 發現問題 靈活引入

良好的開端是成功的一半，優秀的課堂引入能夠吸引學生注意力，使學生專注于課堂學習，提高教學效果；學生的學習興趣往往不是被知識本身所吸引，而是某個有趣的物理現象.因此，以豐富多彩的攝影作品作為課堂引入，往往能收到事半功倍的效果.

案例1：在“摩擦力”課堂教學時，以圖1進行引入.作品中攀巖者緩緩攀向巖底，在某個時刻停在峭壁上，畫面定格于此.教師做出如下提問，為什么攀巖者可以停留在峭壁上？學生往往會根據經驗做出回答,攀巖者對繩索的握力和對巖壁的蹬力平衡了自身的重力，因此可以停留在峭壁上.

圖1 攀爬峭壁

針對學生的回答，教師把峭壁假設成一座光滑的冰山，把繩索假設成光滑的冰索，再向學生提問所謂的“握力”和“蹬力”還能平衡重力嗎？學生根據經驗又做出判斷,無論用多大的握力和蹬力都不可能停留在峭壁上，便會否定自己的答案，從而造成經驗的沖突，激發好奇心，這時教師便可實施教學，學生則帶著求知欲進入學習.

2.2 依托作品 運用概念圖 理解物理概念

概念圖是將基本概念聯系起來的網絡結構圖，以命題顯示概念之間的聯系，并用事例加以說明.學生要用發散思維組織各種概念，這會有些困難，如果用攝影作品加以輔助，從作品中聯想出相關概念，構建概念圖將變得容易.

案例2：在“曲線運動”章節復習時，可用圖2幫助學生提取相關概念，再將各概念有機組織起來.作品拍攝于富士山上空，當五顏六色的滑翔傘聚集在山的一端時，攝影師拍下了這一瞬間.教師組織提問,滑翔傘從開始降落到落地的過程中，做什么運動？在學生各抒己見的回答中，教師加以引導，師生共同分析滑翔傘的運動過程.最開始速度為零，空氣阻力忽略不計，在重力作用下做自由落體運動；隨著速度增大，空氣阻力不可忽略，滑翔傘做加速度逐漸減小的加速運動；當阻力與重力相等時，加速度為零，滑翔傘做勻速直線運動；如果這時受到水平方向風力的作用，滑翔傘將做曲線運動……從而得出機械運動、直線運動、自由落體運動、勻加速直線運動、勻減速直線運動、勻速直線運動、勻速圓周運動、拋體運動、曲線運動等概念，接著師生共同構建概念圖，如圖3所示.

圖2 空中旅行

圖3 機械運動概念圖

2.3 借助作品 解釋現象 掌握物理規律

物質世界按照固有的規律運行，展現出萬千紛繁的現象.現象是規律的外在表現，規律隱藏于現象之內.學生學習物理就是透過現象看本質，理解現象背后隱藏的物理規律的過程，在這個過程中教師有必要提供各種觀察條件供學生觀察，攝影作品恰好提供了這樣一個窗口，將生動豐富的現象展示在學生面前.

案例3：圖4展示了一項吸引人的水上飛行游樂裝置，它由法國的弗蘭克·扎帕塔發明，利用軟管將海水抽進噴射裝置，再通過噴射裝置將水向下噴射，產生反沖動力讓人騰空而起，在空中做出各種高難度表演.接下來師生共同探討其中的物理規律，具體如下.

圖4 水上飛行器

設噴口橫截面積為S，噴流速度為v，水的密度為ρ，則Δt時間內水的動量變化

Δp=2ρSv2Δt

由動量定理，反沖力F等于單位時間內噴射裝置噴水的動量變化

由牛頓定律可知懸停在空中的人所受的合力為零

F=G

可知噴流速度

設成年人體重為70kg，噴射裝置為200kg[3]，噴口橫截面積為25πcm2，水的密度為1×103kg/cm3，則

v≈13m/s

3 總結

現代“神經美學之父”SemirZeki認為人類視覺

系統的進化時間遠遠長于語言系統，也許超過幾百萬年，人的視覺系統比語言系統發達，人們更能夠記住圖像而非語言文字，所謂一副好圖勝過一千句話，圖像的直觀形象是語言文字無法比擬的，它能夠幫助人加深記憶，將晦澀艱深的文字變得淺顯易懂[4].攝影與中學物理教學融合的益處是不言而喻的，首先,教學成本低，《國家地理》網站有許多高品質的攝影作品可供使用；其次,教學效率高，優秀的攝影作品能快速吸引學生的注意力，學生能夠在短時間內進入物理情境中，實現高效學習；最后,增進師生感情，攝影作品作為師生溝通的紐帶，在探討作品的過程中，雙方情感交流，促進師生關系和諧發展.我們在云南邊疆初中物理教學實踐中, 將攝影作品的美引入到物理教學中，讓學生在賞析美的同時,嘗試解釋物理現象、掌握物理原理,教學實踐表明,對提高課堂的有效性非常有用, 易于在教學中推廣使用.