基于课堂教学资源整合的形变效果演示系统

摘 要：该系统包括课堂上的白板、黑板、投影儀、DIS系统等部分，与自制教具的多功能尺、新型橡皮条、铅锤等有效整合.它不仅解决了力的分解实验中形变的直观问题，同时使得测量直观和精确，操作更简便.该系统能使学生对知识点的理解和记忆更加深刻，对培养学生的实验思维能力，开拓创新能力，提供了丰富多彩的教育环境.

关键词：整合；课堂资源；力的分解效果；演示系统

作者简介：韩先煌（1971-），男，安徽广德人，本科，研究方向：科技创新与高考的有效衔接.

1 研究背景

在《力的分解》的传统课堂教学中，教师基本是利用弹簧秤演示弹力与形变间的关系.但由于弹簧秤形变小、量程小、刻度小，不利于较大范围演示，如座位偏后的学生观察效果不理想，需要教师在教室巡回演示讲解[1].

若将一个已知力分解为两个等大分力，虽然理论和实验均可得到“两个分力的大小随着夹角的增大而增大，且两个分力夹角不可能达到180°”的结论，但对刚刚学习力的高一学生来说，易受到物理前概念及生活经验如晾衣钢丝（晾衣钢丝几乎是直的）的影响，因而不利于物理概念和物理规律的教学.

鉴于此，笔者认为，如果教师利用传统实验器材同时结合数字化实验设备设计更加直观、形象、具体的实验来展示“一个已知力分解为两个等大分力时，二分力大小与其夹角的动态关系”，既可消除错误前概念及生活经验对学生的不良影响，又可加强学生对相关物理知识点的理解，提高教学效果.

2 研究的基本思路、原理和方法

项目研究的关键，首先是寻找形变大的弹性材料，其次是测量精确并能动态显示.这就需要劲度系数小的新型橡皮条替代弹簧，以演示巨大形变，给学生一个视觉的震撼；再让力传感器替代弹簧秤，一则是为了测量准确；二是为了扩大量程；三是读数可以显示在屏幕上，更加直观.另外可以通过改进一个多功能尺来测量二个分力的夹角.

本项目主要用到了胡克定律、力的合成和分解，以及涉及传感器等原理，还用到了行动研究法、实验法和经验总结等研究方法.设计思路如图1所示.

3 演示系统的制作

3.1 新型橡皮条和铅锤

经过反复试验比较，找寻到一种新型橡皮条，可以拉长至橡皮条原长8倍以上，橡皮条二端用回形针扣住，中间悬挂一只铅锤.形变效果明显、弹性系数较小的新型橡皮条（与刻度尺比对）如图2所示，铅锤制作如图3所示.

3.2 改进多功能尺测角度

数学教学用多功能尺，用二块强磁铁插入尺子的缝隙内，用胶带缠好，吸附在黑板或白板上，就可以用来测量橡皮条之间的夹角.该尺可以根据需要滑动位置而不掉落，效果如图4和图5所示.

3.3 形变展示

橡皮条的一端连接力传感器[2]，另一端用手或传感器拉着，中间悬挂钩码.效果如图6、图7、图8所示.

3.4 读数显示

投影仪或白板可以实时显示弹力的动态效果，如图9所示.

4 在现有教具基础上的改进点和创新点

（1）该系统是课堂上的白板、黑板、投影仪、DIS系统等部分，与自制教具的多功能尺、新型橡皮条、铅锤等部分的一个有效整合，未发现类似报道.

（2）选用新材料橡皮条替代弹簧秤，形变效果明显震撼.

（3）改进多功能尺，方便适时测量角度.

（4）将力传感器和橡皮条结合了起来，适时测量力的大小并显示在屏幕上，实现了传统器材与现代仪器的有效整合.

（5）改进后的优点：更直观，操作更简便，数据更精确；方便数据采集及处理，节约大量时间；通过定量探究得到物理规律，学生对知识点的理解和记忆更加的深刻，也让学生体会到生活、技术中的物理；改进后的仪器成本低，有利于推广.

5 使用情况和项目展望

该演示系统已投入安徽省广德中学实际教学使用，师生评价较高.适时的测量数据显示橡皮条总长、夹角和合力，方便师生实验.

参考文献：

[1]方卫红.自制“动态力的分解演示仪” [J].实验教学仪器， 2016， 33（Z1）：95-96.

[2]赵永乐等.“实验教学优化模式浅析” [J].物理教学， 2013 （6） ：24-27.endprint