基于課堂教學(xué)資源整合的形變效果演示系統(tǒng)

摘 要：該系統(tǒng)包括課堂上的白板、黑板、投影儀、DIS系統(tǒng)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(tǒng)能使學(xué)生對知識點的理解和記憶更加深刻，對培養(yǎng)學(xué)生的實驗思維能力，開拓創(chuàng)新能力，提供了豐富多彩的教育環(huán)境.

關(guān)鍵詞：整合；課堂資源；力的分解效果；演示系統(tǒng)

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

1 研究背景

在《力的分解》的傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，教師基本是利用彈簧秤演示彈力與形變間的關(guān)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(xué)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(dá)到180°”的結(jié)論，但對剛剛學(xué)習(xí)力的高一學(xué)生來說，易受到物理前概念及生活經(jīng)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(guī)律的教學(xué).

鑒于此，筆者認(rèn)為，如果教師利用傳統(tǒng)實驗器材同時結(jié)合數(shù)字化實驗設(shè)備設(shè)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(tài)關(guān)系”，既可消除錯誤前概念及生活經(jīng)驗對學(xué)生的不良影響，又可加強學(xué)生對相關(guān)物理知識點的理解，提高教學(xué)效果.

2 研究的基本思路、原理和方法

項目研究的關(guān)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(tài)顯示.這就需要勁度系數(shù)小的新型橡皮條替代彈簧，以演示巨大形變，給學(xué)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(zhǔn)確；二是為了擴大量程；三是讀數(shù)可以顯示在屏幕上，更加直觀.另外可以通過改進(jìn)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(jīng)驗總結(jié)等研究方法.設(shè)計思路如圖1所示.

3 演示系統(tǒng)的制作

3.1 新型橡皮條和鉛錘

經(jīng)過反復(fù)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(shù)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(jìn)多功能尺測角度

數(shù)學(xué)教學(xué)用多功能尺，用二塊強磁鐵插入尺子的縫隙內(nèi)，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(jù)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(shù)顯示

投影儀或白板可以實時顯示彈力的動態(tài)效果，如圖9所示.

4 在現(xiàn)有教具基礎(chǔ)上的改進(jìn)點和創(chuàng)新點

（1）該系統(tǒng)是課堂上的白板、黑板、投影儀、DIS系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(jìn)多功能尺，方便適時測量角度.

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

（5）改進(jìn)后的優(yōu)點：更直觀，操作更簡便，數(shù)據(jù)更精確；方便數(shù)據(jù)采集及處理，節(jié)約大量時間；通過定量探究得到物理規(guī)律，學(xué)生對知識點的理解和記憶更加的深刻，也讓學(xué)生體會到生活、技術(shù)中的物理；改進(jìn)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(tǒng)已投入安徽省廣德中學(xué)實際教學(xué)使用，師生評價較高.適時的測量數(shù)據(jù)顯示橡皮條總長、夾角和合力，方便師生實驗.

參考文獻(xiàn)：

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

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