互動式的科學教學工具：Ejs

盤俊春

中學物理涉及的許多物理過程和物理現象是很難用常規實驗方法再現和驗證的，如果能把這些物理現象通過動畫形式模擬出來，將會大大提高教學效率，也會取得更好的教學效果。相信老師們都想既不花費太多時間又能制作出有一定水準的模擬動畫。大家可能會想到Flash，但要精通Flash還是有難度的。其實，我們還有另一種選擇，就是利用Java軟件制作動畫，當然這里推薦的不是專業的Java編程軟件，而是一款簡單易用的教學工具，名為“Easy Java Simulations”（簡稱Ejs），它能讓初學者在10分鐘內設計并完成一個簡諧運動的動畫。

Ejs的主要功能及特點

Ejs是由西班牙的Francisco開發的科學動畫模擬設計環境，主要是針對不具備專業程序設計能力的教師、學生或相關研究者所設計的使用環境。它最大的特點在于減輕了動畫設計過程中的編程負擔。它能自動生成為網頁動畫，可以在瀏覽器中跨平臺運行，還可以通過JavaScript程序語言控制所設計動畫的執行與參數變化等，使用起來很方便。

下載并安裝好軟件（下載地址：http：//fem.um.es/Ejs/），注意先要安裝好1.5或更高版本的Java運行環境（JRE）。打開Ejs后會彈出兩個窗口，一個是控制臺窗口，另一個是主程序窗口（如圖1），控制臺不能關閉，可以最小化隱藏起來。

Ejs的主程序窗口包含三個主要界面：①簡介/說明：使用者可以輸入所設計模擬動畫的相關訊息與操作使用說明等。這部分內容會顯示在Ejs所產生的網頁中動畫區域的上方。②模型：Ejs本身并不會幫使用者設定科學模型，使用者必須告訴Ejs所模擬科學現象或模型所隱含的數學關系式。③顯示界面：設計動畫中各類視覺化元件的編輯環境。

其中“模型”界面的描述是模擬動畫設計的關鍵，為了滿足各種不同的模擬需求，又分為六個部分：①定義模擬所需的各項參/變數。②設定各參數的初始值。③提供主要參數的演化關系式。④描述其他可能參數間的關系式。⑤設定設計者可能所需的自定義函數。⑥一些擴展的模型元素。

其中的④、⑤、⑥三個部分屬于高級應用，制作課件時是非必要的，一般的老師可以不用管它。

Ejs在教學中的應用

利用Ejs可以輕松制作功能強大的課件。下面我將通過幾個有代表性的例子說明它在教學中的簡單應用。

1.Ejs軟件在數學教學中的應用

Ejs內置了數學中常用的一些函數，利用它能制作出二維或三維的動畫和曲線。

案例1：制作一個函數繪圖器。

老師們可能會覺得開發一個可以繪制任意函數圖像的軟件是件復雜的事，其實利用Ejs能在10分鐘內輕松制作出有這樣功能的一個課件。以下將通過制作函數繪圖器課件來簡單說明Ejs軟件的使用方法和技巧。

課件的元件樹狀結構和運行效果如下頁圖2所示，利用Ejs創建元件很簡單，選中顯示界面中的元件后把它拖到工作區即可。如果學過Flash的老師會發現，Ejs的元件容器就相當于Flash的舞臺和場景，Ejs的繪圖元件就相當于Flash中的圖形、按鈕和影片剪輯元件，只不過Ejs的元件是現成的，我們需要做的只是修改元件的屬性。

本課件的結構分為控制面板和繪圖面板兩部分，在控制面板中，“重置”按鈕是重新繪圖，x的最大、最小值是用于改變繪圖區的坐標范圍，f（x）輸入框用于輸入任意一個函數解析式。繪圖面板則用于實現繪制函數圖像功能。

下面我將設置各個元件的屬性。首先，右擊“平面曲線繪圖”元件，打開它的屬性窗口，在里面的“Variable”欄中輸入變量“x”，在“X（）”欄中輸入“x”，在“Y（）”欄中輸入函數變量“%f%”，其次，在“函數輸入框”元件的屬性中設置“Variable”值為“%f%”，初始函數“Initial Value”的值為“cos（x）”，最后，在“重置”按鈕元件屬性中設置“Action”的值為“_reset（）”。其他如“標簽”等元件也可進行類似操作。元件的屬性還有很多，如字體、顏色等，這些是比較常規的操作，大家可以自行學習設置方法，這里就不再贅述。完成后單擊任務欄中的綠色三角按鈕就可以運行課件了。使用的時候只要修改函數解析式就能繪制出任意一個函數的圖像了。

2.Ejs軟件在物理教學中的應用

Ejs特別適合制作物理課件，它能生動地模擬演示物理量與物理現象間的關系。

案例2：簡諧運動模擬動畫。

“簡諧運動”這部分知識不僅在物理教學中要學到，同時在數學教學中也會涉及，因此是培養學生跨學科學習能力很好的知識素材。教材以“彈簧振子”為例而引入這一概念。

先制作好“彈簧振子”動畫，動畫的元件結構及運行效果如圖3所示。這個動畫主要是讓學生認識“彈簧振子”的運動特點和運動情況。

我們可以利用動畫讓學生進行自主探究：①在給定的初始條件下測量出周期的變化規律。②用鼠標拖動球到新的位置，并測量新的周期，你注意到什么？③更改k的值和球的位置，觀察它對路程和速度等的影響。

學生可以控制動畫將振動過程放慢，這樣能看得更仔細。還可隨時將動畫暫停，把實驗以動、靜結合的形式展示出來進行分析。面對小球離開平衡位置的位移、速度以及振動能量等這么多物理量的變化規律認識，如果只讓學生通過教材或實物實驗去思考，很難取得好的教學效果，此時通過動畫能將這些抽象的變化規律以形象的動畫形式印入學生的腦海中。

這一模擬動畫最大的特點是能實現動畫與曲線同步變化，可隨時改變參數和暫停動畫，這也是其他課件軟件難以做到的。所有這些都充分體現了利用Ejs制作的課件具有制作時間短、功能強大和互動性強等優越性。

Ejs的網絡資源推薦

Ejs軟件應用資源內容最豐富的是由臺灣師范大學物理系的黃福坤教授制作的“物理教學示范實驗教室”網站（http：//www.phy.ntnu.edu.tw/demolab），網站里面有大量的課件和Ejs學習教材，這里特別提到的是，網站里有一個子欄目叫“Physlet”的物理動畫庫（包含超過800個物理動畫），里面有大量的現成動畫可供使用（如圖4），動畫庫里面已按教學內容將動畫分好了類，我們只要點擊它就會出現相應的模擬動畫了。

以上是Ejs軟件的簡單使用說明，由于篇幅所限，這里不再多舉例，對這方面感興趣的老師，可以通過訪問上述推薦的網站選擇相關的范例和教程進行系統的學習。

總的來說，Ejs是制作物理課件的好工具。相信通過介紹，大家已對它有了初步的了解，如果能將其應用到教學中，相信一定會大大提高老師們的教學效果。