朱美霞 項(xiàng) 華

（1.煙臺(tái)開發(fā)區(qū)高級(jí)中學(xué)，山東 煙臺(tái) 264000；2.北京師范大學(xué)物理學(xué)系，北京 100875）

當(dāng)前，我國(guó)基礎(chǔ)教育面臨著新課程改革與現(xiàn)代信息技術(shù)的有效運(yùn)用兩大挑戰(zhàn).現(xiàn)代教育技術(shù)為教育創(chuàng)新提供了無(wú)限空間.筆者總結(jié)在北京東城區(qū)青少年科技館上課的經(jīng)驗(yàn)，給出一個(gè)具體的探究過(guò)程實(shí)例，利用生活中常見的儀器設(shè)備以及平時(shí)常用的非專業(yè)軟件完成對(duì)身邊的問(wèn)題的探究，使得數(shù)據(jù)探究過(guò)程更為生活化，操作門檻更低，以期數(shù)據(jù)探究這種探究模式得到普及.

1 數(shù)據(jù)探究理論初探

隨著人類進(jìn)入信息時(shí)代，一方面，視頻、音頻、網(wǎng)絡(luò)和通訊等技術(shù)日新月異，信息的容量、傳播速度、處理速度以及應(yīng)用程度均以幾何級(jí)數(shù)的方式增長(zhǎng)，這樣的技術(shù)與信息構(gòu)成了人們賴以生存的數(shù)字環(huán)境；另一方面，數(shù)字環(huán)境下社會(huì)各方面之運(yùn)行方式也在發(fā)生著變化.［1］面對(duì)龐雜的數(shù)據(jù)，研究結(jié)論對(duì)數(shù)據(jù)分析方法的依賴性空前增強(qiáng)，數(shù)據(jù)探究隨之產(chǎn)生.所謂的數(shù)據(jù)探究是指利用計(jì)算機(jī)對(duì)處于離散狀態(tài)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（比如數(shù)碼照片和數(shù)碼錄像）和處于連續(xù)狀態(tài)的模擬數(shù)據(jù)（比如由膠片相機(jī)拍照的照片）進(jìn)行處理與分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，構(gòu)建新知識(shí)的過(guò)程.［2］主要包括獲取數(shù)據(jù)、篩選數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)以及交流知識(shí)價(jià)值等環(huán)節(jié).

數(shù)據(jù)探究，作為一種出現(xiàn)在信息時(shí)代并逐漸興起引起關(guān)注的探究方式，不應(yīng)該只是具有深厚技術(shù)基礎(chǔ)的人的專利，也不應(yīng)該因?yàn)閮x器設(shè)備不夠頂級(jí)、專業(yè)而遠(yuǎn)離普通人的視線.正相反，數(shù)據(jù)探究應(yīng)該是和日常生活緊密相連的，它可以存在于生活的各個(gè)細(xì)節(jié)中.由于技術(shù)更加豐富，可用的工具愈發(fā)多樣智能，可探究的事情會(huì)更加多樣、生活化，而探究的過(guò)程也會(huì)更簡(jiǎn)便和可操作.

例如，估測(cè)公路上汽車的行駛速度問(wèn)題，完全可以利用生活中常用的設(shè)備和軟件來(lái)完成.

2 利用數(shù)碼相機(jī)和常用軟件測(cè)量出租車車速

2.1 數(shù)據(jù)分析思路

對(duì)速度的測(cè)量可以以車身上固定的一點(diǎn)（例如后輪的中心點(diǎn)）為參考點(diǎn)，測(cè)量該點(diǎn)在一段時(shí)間t內(nèi)走過(guò)的位移s，得到

由于（1）式為出租車在屏幕上的速度，因此還需進(jìn)行比例換算得到其在道路上的實(shí)際速度.可以利用比例尺的方法——選取出租車本身作為標(biāo)尺，用其實(shí)際長(zhǎng)度除以在屏幕上測(cè)得的長(zhǎng)度得到比例尺為

則出租車的實(shí)際速度為

2.2 使用軟件說(shuō)明

視頻播放與截圖軟件選用的是功能相對(duì)比較多的QQ影音.在QQ影音右下角的工具箱中有“截圖”、“截取”、“連拍”等各種功能（也可以點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵），如圖1所示.

數(shù)據(jù)測(cè)量與處理選擇的是操作簡(jiǎn)單、普及度相對(duì)比較高的幾何畫板，用到的主要功能有功能菜單欄中的“度量”（橫坐標(biāo)、長(zhǎng)度）、“數(shù)據(jù)”（計(jì)算）、“繪圖”（定義坐標(biāo)系），工具箱欄中的“點(diǎn)”（固定出租車位置）、“線段直尺”（構(gòu)造車身線段）、“文字”（補(bǔ)充說(shuō)明）等，如圖2所示.

圖1

圖2

2.3 數(shù)據(jù)探究步驟

（1）獲取數(shù)據(jù).

選擇一條車流量不是很大的平直公路，利用現(xiàn)在數(shù)碼相機(jī)普遍具有的攝像功能，拍攝一輛汽車駛過(guò)的片段.大致認(rèn)為拍攝到的出租車的運(yùn)動(dòng)為勻速直線運(yùn)動(dòng).

（2）篩選數(shù)據(jù).

利用QQ影音打開所拍攝的視頻，點(diǎn)擊右下角中的“截取”，選取一段完整的汽車從畫面左邊進(jìn)入右邊出去的清晰片段，作為主要的研究材料.這樣在下一步操作時(shí)不需要多次重復(fù)地拖動(dòng)進(jìn)度條至所需片段，可以簡(jiǎn)化操作，提高數(shù)據(jù)處理的效率.

（3）分析數(shù)據(jù).

①再次用QQ影音打開已經(jīng)截取好的的視頻，可以先將視頻暫停播放以便后續(xù)進(jìn)行處理.

QQ影音的“截圖”功能理論上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻各個(gè)時(shí)刻進(jìn)行截圖，但由于出租車從駛?cè)氲今偝?，所用時(shí)間只有大約1s，而播放時(shí)間只精確到1s，所以無(wú)法獲取時(shí)間信息，為此我們選擇使用工具箱中的“連拍”功能.

② 點(diǎn)擊QQ影音右下角工具箱中的“連拍”功能，將彈出參數(shù)窗口，設(shè)置拍攝要求（5行1列），存儲(chǔ)位置（桌面）等，并明確拍攝時(shí)間間隔，如圖3所示.

圖3

圖4

③ 打開幾何畫板，將連拍合成的圖片（圖4）粘貼到“幾何畫板”中（也可以直接將圖片拖拽到幾何畫板中），如果圖片篇幅過(guò)大，可選中圖片利用鼠標(biāo)適當(dāng)進(jìn)行縮放.

④ 選擇“點(diǎn)”以及“線段直尺”工具，并在畫板中分別描出車后輪中心的各個(gè)位置以及車身的線段.

⑤ 需要測(cè)量的只是各個(gè)點(diǎn)的水平距離，所以考慮建立坐標(biāo)軸，點(diǎn)擊“繪圖”菜單中的“定義坐標(biāo)系”命令即可.

⑥ 首先選中各個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)擊“度量”菜單中的“橫坐標(biāo)”命令，度量其橫坐標(biāo).然后點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)”菜單欄中的“計(jì)算”命令，此時(shí)將彈出計(jì)算器窗體，用兩點(diǎn)間橫坐標(biāo)的差除以該兩點(diǎn)間對(duì)應(yīng)的時(shí)間段，即可得到這兩點(diǎn)間的平均速度大小，如圖5所示.

需要注意的是當(dāng)選擇某一個(gè)功能并操作完畢時(shí)需要點(diǎn)擊一下工具箱欄最上面的箭頭工具，才能撤銷該功能.在進(jìn)行度量時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)無(wú)法選擇該功能，檢查一下是否同時(shí)選中多個(gè)點(diǎn)或多個(gè)對(duì)象，此時(shí)可在工作區(qū)的空白處點(diǎn)擊一下鼠標(biāo)，撤銷所有對(duì)象，重新進(jìn)行選擇即可.當(dāng)在進(jìn)行計(jì)算時(shí)無(wú)需將每個(gè)數(shù)據(jù)都輸入計(jì)算器，點(diǎn)坐標(biāo)、線段長(zhǎng)度、前面計(jì)算已得到的數(shù)據(jù)，都可以通過(guò)直接點(diǎn)擊進(jìn)入計(jì)算.

圖5

⑦ 選中構(gòu)建的車長(zhǎng)線段，進(jìn)行度量，從圖中測(cè)得車長(zhǎng).再上網(wǎng)搜索北京市所采用現(xiàn)代出租車的具體型號(hào)，進(jìn)而搜索出該型號(hào)車的車長(zhǎng)為4.525m.代入式（2）即可算出比例尺.

⑧ 將⑤和⑥所得數(shù)據(jù)代入式（3），即可算出出租車行駛的平均速率約為9.18m/s，即33.16km/h，如圖6所示.

圖6

（4）結(jié)論及分析.

本次實(shí)驗(yàn)測(cè)得出租車行駛的速度約為33.16km/h，與現(xiàn)實(shí)情況基本符合.同時(shí)，由于數(shù)據(jù)的采集及處理過(guò)程中用到的目測(cè)等估測(cè)的方式，存在誤差且消除誤差的方式尚且需要進(jìn)一步探索.

因?yàn)橐曨l總長(zhǎng)度只精確到秒，所以通過(guò)連拍計(jì)算出來(lái)的時(shí)間間隔不是很精確.為了保證各點(diǎn)間的位移與其對(duì)應(yīng)的時(shí)間更為嚴(yán)格地對(duì)應(yīng)，需要對(duì)各個(gè)時(shí)刻的選取更為精確.生活中可以用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)探究的工具有很多，只是平時(shí)被忽視而已.

3 結(jié)束語(yǔ)

在本次數(shù)據(jù)探究的過(guò)程中，使用了日常生活中常見或常用的工具及軟件，在降低了設(shè)備及技術(shù)的門檻的同時(shí)，得到一個(gè)較為可信的結(jié)果，是一次將數(shù)據(jù)探究融入到平時(shí)生活的嘗試.同時(shí)，在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，仍然存在誤差.因此在提高實(shí)驗(yàn)精確度、消除誤差途徑的開發(fā)方面，依然有很大研究的空間.科學(xué)與科學(xué)教育的方法、手段正在發(fā)生著深刻的變革，信息技術(shù)在科學(xué)學(xué)習(xí)與科學(xué)研究過(guò)程中發(fā)揮著巨大的作用，因此探討信息技術(shù)在物理科學(xué)教育中的運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)探究意識(shí)與能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

1 項(xiàng)華，羅樂(lè).視頻分析方法運(yùn)用于物理教學(xué)活動(dòng)之簡(jiǎn)介與探討［J］.物理教師，2013（1）：13－14.

2 項(xiàng)華.信息技術(shù)與中學(xué)物理教學(xué)整合［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2013.

3 梁婷，項(xiàng)華，聶榕等.應(yīng)用視頻分析方法探究小球沿斜面運(yùn)動(dòng)的加速度［J］.物理教師，2013（05）：7－8.