自由落体运动多媒体教学演示平台的设计与开发

王文炜 郭兴婷 于 庆 程扬硕 陈 丹 李 林

(衡阳师范学院物理与电子信息科学系，湖南 衡阳 421008)

引言

重力加速度是物理学中一个重要的参量。重力加速度的测量不仅在物理中具有重要意义，而且对研究地层结构和探查地下资源都有实用价值[1]。因而做好重力加速度实验及教学授课也是十分必要的。本设计针对于现有教学仪器仅有说明书而不包含相应教学课件的局限，及VC++制作课件过程中编程复杂、CPU 资源消耗较大的问题，提出了在自由落体运动多媒体教学平台中以VC++为主体，结合调用PowerPoint 和Flash 动画的设计开发。由于VC++并不是一款每个人都能够掌握的软件，因而通过VC++调用PowerPoint，修改课件则不需要修改VC++源程序，只要修改powerpoint 中须修改的内容即可。该实验教学平台还可以同步显示自由落体实验中小球的下落过程，及测得加速度数据及绘制时间、位移曲线。该演示仪在教学过程中能够真实、科学地将自由落体运动规律演示出来，不但简化了VC++编程，而且还具备了操作简单、容易上手、动感十足的优点。该多媒体教学实验平台使学生不但能够掌握课程要求的知识技能，而且还可以培养学生的实验兴趣，提高教学质量。

1 自由落体教学演示仪的教学实验平台总体框架

自由落体教学演示实验教学平台以VC++为主体，调用Powerpoint 和Flash 动画共同构建了自由落体多媒体教学演示仪的教学实验平台。本教学实验演示平台主要有三部分构成：①通过VC++本身设计制作的小球同步显示、绘制位移与时间曲线、显示小球测得的重力加速度值部分；②利用VC++调用PowerPoint 和Flash动画制作的动感课件部分；③利用VC++本身编写的使用帮助。该实验平台功能结构图如图1所示。通过点击教学试验平台上相应的菜单或工具栏图标，可以快速的切换实验界面及理论知识课件界面，对于无论是否了解该仪器的操作人员均能够使用，既方便快捷又生动形象。

2 自由落体教学演示仪的教学实验平台具体实施

利用VC++中的MFC 函数构建的自由落体实验平台，具有美观、方便、快捷的特点，在一定程度上为程序运行提供了良好的基础。实验平台主界面主要包括“课件”、“小球演示实验”、“帮助”、“退出课堂”、“翻到课件首页”、“翻到课件末页”、“课件上一页”、“课件下一页”等功能。点击自由落体教学演示仪的教学实验平台，即可进入实验项目的视图界面，在不同界面可以快速进行切换，其实验平台主界面如下图2 所示。

课件部分采用VC++调用flash 动画及PoverPoint 设计而成。其可以根据课堂需求翻页，能够快速翻到课件的最前一页及课件的最后一页，亦可在授课过程中进行前后翻页，能够按照任课老师的需要自行调节。PowerPoint 和Flash 动画是目前制作课件最常用的软件，其中PowerPoint 是一款操作简单、容易上手，有丰富页面过度效果的一款软件，但在表现手段和交互性上略显不足，网络保护功能差，容易被盗用；而Flash 是一个实践性、艺术性、创新性很强的动画制作软件，其内容丰富、工具繁多、动画效果丰富多彩，但是其在文字、图像处理，特别是动作脚本中存在不足[2-3]。本设计采用flash 动画及PoverPoint 相结合的设计来编写相应自由落体课件的，其弥补了两个应用软件之间的不足，且保证了课堂教学真实、有趣。

小球演示实验部分采用VC++为主体编写设计而成。实验平台利用开关线程的方法设计的小球同步演示部分，在很大程度上使演示实验更加接近于小球真实下落的过程，极大地减小了实验误差，使实验更具真实性、科学性。同时通过控制拖拽光电门的个数，从而利用不同的计算方式计算得到重力加速度，通过比较可从不同的角度来说明重力加速度规律及验证测量得到的重力加速度是否正确。只要用鼠标点击平台上的小手拖拽光电门，即可在某个点上显示对应的重力加速度和下落到该点时间，实验效果更直观。绘制曲线部分根据采集的数据，通过理论计算绘制相对应的位移与时间曲线规律，直观地将重力加速的规律演示出来，无需过多解释即可令实验人员观察得到重力加速度规律。如若想结束实验回到理论课堂，点击小球演示实验上的退出按钮即可关闭小球演示实验部分。

使用帮助是以VC++为主体编写的使用说明，其对该自由落体运动教学演示仪使用操作进行了详尽说明，操作者无需担心不会操作该仪器及演示实验平台，其扩大了该重力加速的测量仪能够使用范围及应用前景。

3 自由落体教学演示仪的教学实验平台应用

完成实验平台的设计与制作后，即开始对实验平台进行测试，其操作过程如下：（1）在实验平台菜单上按下课件开始按钮，即可进入自由落体的PowerPoint 课件，任课教师既可开始授课，也可对PowerPoint 课件进行修改，但是操作这些之前，必须保证使用的计算机上装有PowerPoint 软件，否则会打开出错。进入课件后，可通过菜单上的“翻到课件首页”、“翻到课件末页”、“课件上一页”、“课件下一页”对课件进行简单操作。若想开始试验，点击“小球演示实验”按钮，弹出实验界面对话框。（2）做实验之前应该首先做好仪器硬件准备工作，确认电源已经供电，仪器是否可以正常工作。若仪器可以正常工作，则调节仪器平衡按钮，使仪器保持在铅直状态，然后等待测量重力加速度的实验开始。（3）在实验平台菜单上按下小球演示实验按钮进入小球实验操作界面后，首先点击“串口测试”按钮，对串口是否正常工作进行测试，观察串口是否可以正常使用，如果串口没有问题，则可继续下一步实验；按下“打开串口”按钮后，在小球释放装置内放入小球，开始重力加速度测试实验；在小球下落的同时，单片机将采集得到的时间及位移发送给计算机，实验平台上的小球则会同步下落，并绘制相对应的时间与位移关系曲线，其一次实验后小球实验界面如图3所示。如果需要进行下一次实验，则按下“清空数据”按钮，实验测得的数据及绘制的曲线将会清空，即可进行下一次实验。也可多次试验后，再进行清空，但是由于使用线程编写程序执行操作时占用CPU 资源，多次测量可能影响CPU 工作速度，所以建议最好一次实验进行一次数据及曲线清空，以免发上显示延时。（4）若想结束实验，点击小球演示界面上的“退出”，即可关闭小球演示实验界面，回到实验平台主界面。根据自己的需要选择继续试验还是退出实验。

4 结论

通过实验测量得到的数据及绘制的曲线可知，该实验平台能够真实地反应出小球同步下落的过程，并可以将小球重力加速度规律通过曲线直观地展示出来。经过长期测试，该仪器比较稳定的，能够提供较为精确的数据，及绘制正确的时间、位移规律曲线。该实验教学演示平台能够使学生置身于寻找规律的情景之中，使原本平淡的课堂教学变得真实、有趣，极大地提高了实验教学效果。

[1]李继红.张清早.用落体法测重力加速的的实验方案选择.2009（3）：36-37.

[2]黄海平.让Flash 在PowerPoint 课件中闪酷[J].电脑学习，2009（8）：49-50.

[3]董玉新.PowerPoint 中调用Flash 的方法及特点[J].滨州职业学院学报，2007（8）：36-38.