幾何畫板在物理教學中的應用

? 唐世橋

幾何畫板在物理教學中的應用

? 唐世橋

闡明了幾何畫板的特點及其在計算機輔助物理教學中的應用。運用《幾何畫板》的動畫性和交互性，營造物理環境，培養學生思維能力，激發學生學習興趣，提高學生分析問題、解決問題的能力。

幾何 ；規律 ；實驗 ；應用

一、背景

1.計算機輔助教學 二十一世紀，人類已步入計算機為核心的信息時代，多媒體計算機技術迅速發展，已滲透到教學領域各個方面，其中利用教學課件進行教學是計算機技術在教學中最常見的應用。計算機教學軟件有很多，比如：PowerPoint，Flash，Authorware和幾何畫板等。熟練掌握計算機教學軟件來制作課件是現代社會對每個教師的一項基本技能。在物理教學中計算機技術的突出作用就表現在幾何畫板的應用。下面我們具體了解一下幾何畫板在物理教學中的應用。

2.物理教學 物理教學的特點之一是實踐性和實驗性。它的教學過程主要通過豐富的實驗過程及實踐引導學生去探究事物狀態及性質變化，達到在實踐中認識事物，在變化的狀態中找出規律的目的，認識和理解物理規律。物理學中有很多概念和規律以及物理過程是教學中的重點難點，用語言很難精確描述它們，而且物理實驗規律的得出和概念形成很大程度上依賴于實驗。不僅如此物理學內容需要有嚴密的邏輯推理和精確的數學測量，所以它需要有非常詳盡準確的信息材料作為基礎，在逐步構建知識結構體系的同時，運用數學模型規范物理現象的變化、拓寬物理規律的內涵。

二、幾何畫板的介紹

幾何畫板擁有“21世紀的動態幾何”之稱的。代表了當代專業性多媒體教學軟件的發展一個方向。逐漸發展成為一個適用于數學、平面幾何、物理的矢量分析、函數作圖等的動態幾何工具。正如其名它能夠動態地展現出幾何對象的位置關系、運行變化規律。

1. 操作簡單容易，易學 幾何畫板軟件窗口由題標欄、菜單欄、工具欄等組成。幾何畫板獨特的構圖功能和記錄功能,建立了常用的物理圖形工具庫,供平時隨手調用。與Word物理畫板工具相比,其特殊性還在于這些圖形是“靈活的”,可以任意組合、調節。

從操作使用角度看，所有操作都是通過簡單的點擊工具欄和菜單按鈕來實現。幾何畫板制作的物理課件短小精悍、簡明樸素制作很簡單速度也快，而且幾何畫板制作課件比較小、運行對計算機系統要求也不高，便于其交流與普及。正因如此，教師不必花時間去掌握高深的編程知識，而能夠真正把主要精力集中用于課程教學設計上。

2 、模擬演示物理實驗，營造物理環境 從物理學的角度來看很多的物理規律都有其數學模型，在物理規律中有些規律是根據實驗作了科學、合理的推理得出的，這些物理過程包含了大量人眼所看不見的變化因素，一般傳統的教學手段和方法無法解釋其本質規律，所以講解和理解起來比較困難。如“機械波”一節是物理教學的一個難點：內容抽象，實驗現象不太明顯，橫波的疊加在真實的實驗過程中發展比較快，不太容易“分步”顯示，幾何畫板制作的兩個橫波疊加過程的演示，它可以按照操作者的意愿發展變化，從而對整個疊加的過程明察秋毫，還能夠隨意改變相遇的兩列波的波長和振幅等物理量。單色光的衍射實驗往往由于實驗條件限制，教師不能很好地向學生說明光的波長、縫的寬窄對衍射圖樣的影響。還有宇宙中天體的運動過程及規律、波的干涉和疊加等等實例。

三、幾何畫板在物理教學中的應用

幾何畫板應用于物理教學，不僅是物理教學手段的改變，更是物理教學思維上的一次飛躍。利用幾何畫板能很好的展示物體的動態和運動性，使學生對課程內容有直觀的感受。

(1)力學方面：力的合成和分解，力的三角形法則，固體斜面上物體的受力情況，落體上拋，渡河運動等。(2)電學和磁學方面：帶電粒子在交變電場中的運動，歐姆表的使用，電磁振蕩等。(3)波學和光學方面：波的干涉和疊加，雙縫干涉，凸透鏡呈像等。

在制作突出表現幾何規律的課件時，幾何畫板具有很多的優勢操作簡單快速，省時省力，同時支持幾何圖形的動態演示。

四、幾何畫板的應用實例

在這里簡單介紹一下我自己做的兩個實例。

1. 斜面上共點力受力動態平衡 動態平衡是中學物理靜力學中的一個重難點，在物理學中，很多物理問題都可以轉化為幾何問題，可以充分利用“幾何關系的穩定性”。幾何畫板作為一個動態幾何教學的工具軟件，不僅能畫出物理量之間的靜態關系，還能夠做到當圖形發生變化時，使它的幾何關系不會發生變化，把“靜態圖”變為“動態過程”，構建物體受力動態圖像，直觀地揭示共點力作用下物體動態平衡時各力間的變化關系。讓學生在“動”的過程中觀察物理量的變化，使學生更容易理解物理現象，深入理解物理的原理和規律。使學生學會利用物體受力分析與共點力平衡條件,力的合成和分解等知識來解決動態平衡問題還需要教師實例進行分析。

步驟：

1設置斜面傾角參量并制作斜面；2制作動點的運動的初始點以及軌跡圓弧；3制作動點和木板并且設置動畫和運動按鈕；4設置變量并制作物體和球；5做物體的受力分析圖。

2. 凸透鏡成像 探究凸透鏡成像是初中物理光學部分的重要內容。在教學中發現,學生雖能記住凸透鏡成像規律及成像公式,但記憶認識都比較膚淺特別是一段時間后規律容易混淆記錯。當物體與透鏡的距離大于焦距時，物體成倒立的像，結合物理實驗向學生說明這個像是物體射向凸透鏡的光，經過凸透鏡會聚而成的，是實際光線會聚的能用光屏承接，然而學生不易理解的是當物體與透鏡的距離小于焦距時，物體會成放大的像，像不能在光屏上呈現，這個像不是實際折射光線的會聚點，而是他們的反向延長線的交點，雖然眼鏡能看到但用光屏接收不到是虛像。

動態演示出不同時候的成像光路圖有物距、像距、焦距三者的動態變化規律。給了學生直觀的動態感受，善于從中發現規律。

步驟：1制作可調焦距的凸透鏡;2制作實物、實光線及實像;3制作虛光線和虛像。

五、 幾何畫板在物理教學應用中的發展

將計算機作為開發用于學生進行探究自主學習的教學軟件，是今后物理課件制作發展研究的一個重要方向。各級教育部門需要加大投入、加強推廣。

任何軟件都不可能是完美的，幾何畫板也不例外，雖然幾何畫板有其獨特的優點但其也有很多不足的地方。例如：只能實現二維動畫，幾何畫板的色彩不是很豐富。幾何畫板雖然能夠非常準確地模擬物理現象，但只有實驗操作才能給學生最真實的感受。如果教學中條件不準許，實驗無法做出或者效果不明顯可以借用計算機等軟件來模擬展示。所以幾何畫板應與其它教學媒體如Flash、PowerPoint等相結合，發揮各自的優勢，以獲得最佳教學效果。

因為教師在物理教學中起著主導作用。還就要加強對教師進行計算機培訓，教師不僅要精通物理教材還要掌握計算機基本技術。因此教師在掌握信息技術手段的同時，更應該豐富自身的教學理論知識，提高自己的綜合素質。

湖南省衡陽縣井頭鎮大云中學 421221)