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【摘要】把摄像头合理地、恰当地应用到物理实验中，可以对传统实验进行优化，提高实验的效率和效果，进而提升物理实验教学的有效性。
【关键词】摄像头 演示实验 实验教学
以实验为基础是物理学科的重要特征之一，高中物理新课程极为重视物理实验。但是由于实验条件的限制， 实验的科学性、直观性等特点在教学中未能真正体现， 使现有的实验不能完全地发挥其教学作用。现在摄像头正悄悄地走入中学课堂，使用摄像头可以克服实验条件的限制， 能实时进行同步多视角地观察，进行局部放大，能清晰观察重要方位产生的物理现象和发生的物理过程，同时也能将快速发生的物理过程缓慢回放，提高物理实验的可见度，最大限度地发挥物理实验的作用。
一、摄像头的特点
摄像头是一种利用光电技术采集影像的数字视频输入设备。它配合个人电脑，可以把外界的动态影像输入并保存到电脑上，还可以通过投影设备把影像投射到屏幕上。摄像头的作用类同于人的眼睛，负责接受外界的影像信息进行传输。摄像头具有：①体积小：可以达到拇指般大小，甚至更小；②分辨率高：影像分辨率一般可达48万，可以拍摄到较清晰的影像；③动态好：帧频最大可达30 帧/秒，可完全满足人的视觉需要；④焦距短：拍摄距离可以从2cm到无穷远，并可以手动调焦；⑤使用方便：把摄像头连线插到电脑的USB接口上，配合电脑就可以正常使用；⑥价格便宜：一般在100元以内；⑦取材方便：一般电脑耗材店都有大量现货，可随时购买。摄像头所具有的这些功能和特点， 使得它在物理演示实验中进行广泛应用成为可能。
二、利用摄像头优化实验教学
物理是一门以实验为基础的学科，教师在课堂上需要做很多演示实验。但如果所做实验的效果不好，现象不明显， 能见度低，不但起不到应有的作用，还会造成学生的错觉，分散给教学带来很大的负面影响。在做物理实验时，如果把实验仪器置于讲台上摄像头所能拍摄到的范围之内进行实验，则实验操作的每一个步骤和相应的实验现象都能在屏幕上同步、实时得到放大展示，使现象明显、清晰，而且操作方便， 并能节省课堂教学时间，从而大大提高演示实验的质量和效率。
1、实验现象放大效果
利用摄像头对演示实验装置和现象进行全局或局部的观察，并通过电脑把影像投影到屏幕上，从而获得足够大的全景影像或局部特写影像。例如，热学实验中的温度计、力学实验中对弹簧秤、刻度尺等测量工具的读数，电学实验中各种仪表的读数，可见度小，在演示时采用摄像头和投影机将实验直接投影到大屏幕上， 影像清晰、稳定性好、可见度大、效果好。对于一些过程较复杂且可见度不高的， 时间较长的实验，还可事先将实验过程利用摄像头， 结合计算机有关软件制成录像，进行必要的技术处理，再投影到大屏幕，学生观察清楚，印象深刻，且节省了课堂上的实验操作时间，使教师有更多的时间进行其他重要内容的讲解。例如，晶体的熔化和凝固实验，实验时间较长，熔化过程液体出现初期可见度小，即可运用此方法予以解决。
2、视角变换效果
利用摄像头体积小、移动方便，可在任意角度进行立体观察，来代替学生的眼睛观察实验， 改变学生只能沿水平方向观察的限制， 使学生实现对实验进行全方位立体式的观察。例如，在演示光的折射、全反射现象中，只有眼睛在反射光线或折射光线上才能看到相关现象，演示实验时很难让全班同学的眼睛在同一方向上看到相关的现象，我们可以把摄像头放在眼睛观察的角度，并把图像投影到大屏幕上，这样，全班的同学都能看到该实验现象了。在碗中放一枚棋子，把摄像头对准碗，调节一定的角度，刚好看不到棋子，慢慢倒入水，慢慢看见棋子，如图1。让学生思考：为什么碗里倒入水后，我们能看见棋子了？如图2，透明瓶子中的棋子慢慢倒入水后为何看不到了呢？通过上面的两个演示实验，设置相关的练习，取得良好的教学效果。
3、环境独立化效果
把代替学生眼睛的摄像头和实验装置，置于特殊的实验环境之内， 而学生置身于实验环境之外，从而使实验环境与实验观察者完全分离， 获得了实验环境 的独立性。例如： 光的干涉、衍射实验和电荷在磁场中运动的实验等，这些实验的现象在白天较强光线的环境下都很难获得足够的可见度， 需要在黑暗的环境中进行。可以把整个实验装置放入一个足够大的封闭的硬纸板箱或木箱内（ 为了便于对实验的操作， 箱体的其中一侧可用黑布帘代替纸板或木板 ，并把摄像头置于箱内的合适位置， 对箱内的实验现象进行观察，而此时学生则在光线明亮的教室里观察着屏幕上的清晰现象。可见， 利用这种独立的暗室进行实验，实现了实验演示与课堂教学的同步。
4.实验现象回放、慢放效果
有些实验过程、实验现象极其短暂，学生还没反应即已消失。教师可以利用摄像头当堂拍摄下实验过程，利用播放器的暂停、回放、慢放按钮来控制播放的画面，来使实验过程一目了然。例如，如图3演示通电自感现象，灯L2比L1慢亮，学生如果观察不仔细，发现不了两者的区别，实验效果大打折扣，利用摄像头靠近拍摄下来，进行回放、慢放效果非常明显。又如，用牛顿管研究自落体运动下落快慢，后排的学生很难观察出金属片与羽毛是否同时下落，同样利用摄像头靠近拍摄下来，进行慢放效果非常明显。
随着科学技术的发展，把摄像头与实验相结合， 必将丰富实验的内涵， 增强实验的功能， 将最大限度地发挥物理实验在物理教学中的作用，有效地激发学生学习物理的兴趣和动机，使学生参与物理教学意识更强，对物理概念现象的理解更深刻，有效促进物理实验教学的改革，完善和优化物理实验教学，提高学生的整体素质。
【参考文献】
[1]陈泽武. 巧用摄像头破解演示实验的难点[J]. 中学物理教学探讨，2007年第4期.
[2]王涛. 多媒体信息技术与高中物理教学整合的优势与不利因素[J]. 中国信息技术教育， 2011年第8期.
【关键词】摄像头 演示实验 实验教学
以实验为基础是物理学科的重要特征之一，高中物理新课程极为重视物理实验。但是由于实验条件的限制， 实验的科学性、直观性等特点在教学中未能真正体现， 使现有的实验不能完全地发挥其教学作用。现在摄像头正悄悄地走入中学课堂，使用摄像头可以克服实验条件的限制， 能实时进行同步多视角地观察，进行局部放大，能清晰观察重要方位产生的物理现象和发生的物理过程，同时也能将快速发生的物理过程缓慢回放，提高物理实验的可见度，最大限度地发挥物理实验的作用。
一、摄像头的特点
摄像头是一种利用光电技术采集影像的数字视频输入设备。它配合个人电脑，可以把外界的动态影像输入并保存到电脑上，还可以通过投影设备把影像投射到屏幕上。摄像头的作用类同于人的眼睛，负责接受外界的影像信息进行传输。摄像头具有：①体积小：可以达到拇指般大小，甚至更小；②分辨率高：影像分辨率一般可达48万，可以拍摄到较清晰的影像；③动态好：帧频最大可达30 帧/秒，可完全满足人的视觉需要；④焦距短：拍摄距离可以从2cm到无穷远，并可以手动调焦；⑤使用方便：把摄像头连线插到电脑的USB接口上，配合电脑就可以正常使用；⑥价格便宜：一般在100元以内；⑦取材方便：一般电脑耗材店都有大量现货，可随时购买。摄像头所具有的这些功能和特点， 使得它在物理演示实验中进行广泛应用成为可能。
二、利用摄像头优化实验教学
物理是一门以实验为基础的学科，教师在课堂上需要做很多演示实验。但如果所做实验的效果不好，现象不明显， 能见度低，不但起不到应有的作用，还会造成学生的错觉，分散给教学带来很大的负面影响。在做物理实验时，如果把实验仪器置于讲台上摄像头所能拍摄到的范围之内进行实验，则实验操作的每一个步骤和相应的实验现象都能在屏幕上同步、实时得到放大展示，使现象明显、清晰，而且操作方便， 并能节省课堂教学时间，从而大大提高演示实验的质量和效率。
1、实验现象放大效果
利用摄像头对演示实验装置和现象进行全局或局部的观察，并通过电脑把影像投影到屏幕上，从而获得足够大的全景影像或局部特写影像。例如，热学实验中的温度计、力学实验中对弹簧秤、刻度尺等测量工具的读数，电学实验中各种仪表的读数，可见度小，在演示时采用摄像头和投影机将实验直接投影到大屏幕上， 影像清晰、稳定性好、可见度大、效果好。对于一些过程较复杂且可见度不高的， 时间较长的实验，还可事先将实验过程利用摄像头， 结合计算机有关软件制成录像，进行必要的技术处理，再投影到大屏幕，学生观察清楚，印象深刻，且节省了课堂上的实验操作时间，使教师有更多的时间进行其他重要内容的讲解。例如，晶体的熔化和凝固实验，实验时间较长，熔化过程液体出现初期可见度小，即可运用此方法予以解决。
2、视角变换效果
利用摄像头体积小、移动方便，可在任意角度进行立体观察，来代替学生的眼睛观察实验， 改变学生只能沿水平方向观察的限制， 使学生实现对实验进行全方位立体式的观察。例如，在演示光的折射、全反射现象中，只有眼睛在反射光线或折射光线上才能看到相关现象，演示实验时很难让全班同学的眼睛在同一方向上看到相关的现象，我们可以把摄像头放在眼睛观察的角度，并把图像投影到大屏幕上，这样，全班的同学都能看到该实验现象了。在碗中放一枚棋子，把摄像头对准碗，调节一定的角度，刚好看不到棋子，慢慢倒入水，慢慢看见棋子，如图1。让学生思考：为什么碗里倒入水后，我们能看见棋子了？如图2，透明瓶子中的棋子慢慢倒入水后为何看不到了呢？通过上面的两个演示实验，设置相关的练习，取得良好的教学效果。
3、环境独立化效果
把代替学生眼睛的摄像头和实验装置，置于特殊的实验环境之内， 而学生置身于实验环境之外，从而使实验环境与实验观察者完全分离， 获得了实验环境 的独立性。例如： 光的干涉、衍射实验和电荷在磁场中运动的实验等，这些实验的现象在白天较强光线的环境下都很难获得足够的可见度， 需要在黑暗的环境中进行。可以把整个实验装置放入一个足够大的封闭的硬纸板箱或木箱内（ 为了便于对实验的操作， 箱体的其中一侧可用黑布帘代替纸板或木板 ，并把摄像头置于箱内的合适位置， 对箱内的实验现象进行观察，而此时学生则在光线明亮的教室里观察着屏幕上的清晰现象。可见， 利用这种独立的暗室进行实验，实现了实验演示与课堂教学的同步。
4.实验现象回放、慢放效果
有些实验过程、实验现象极其短暂，学生还没反应即已消失。教师可以利用摄像头当堂拍摄下实验过程，利用播放器的暂停、回放、慢放按钮来控制播放的画面，来使实验过程一目了然。例如，如图3演示通电自感现象，灯L2比L1慢亮，学生如果观察不仔细，发现不了两者的区别，实验效果大打折扣，利用摄像头靠近拍摄下来，进行回放、慢放效果非常明显。又如，用牛顿管研究自落体运动下落快慢，后排的学生很难观察出金属片与羽毛是否同时下落，同样利用摄像头靠近拍摄下来，进行慢放效果非常明显。
随着科学技术的发展，把摄像头与实验相结合， 必将丰富实验的内涵， 增强实验的功能， 将最大限度地发挥物理实验在物理教学中的作用，有效地激发学生学习物理的兴趣和动机，使学生参与物理教学意识更强，对物理概念现象的理解更深刻，有效促进物理实验教学的改革，完善和优化物理实验教学，提高学生的整体素质。
【参考文献】
[1]陈泽武. 巧用摄像头破解演示实验的难点[J]. 中学物理教学探讨，2007年第4期.
[2]王涛. 多媒体信息技术与高中物理教学整合的优势与不利因素[J]. 中国信息技术教育， 2011年第8期.