GeoGebra軟件在農(nóng)村中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用研究

楊柱松

(青川縣涼水九年制學(xué)校 四川 廣元 628100)

農(nóng)村學(xué)校由于各種教學(xué)資源和師資力量的匱乏，一直制約著農(nóng)村學(xué)校的發(fā)展與進(jìn)步，而作為以實(shí)驗(yàn)為主的自然探究學(xué)科——物理的教學(xué)更是存在眾多的問(wèn)題與困境，諸如靠記憶物理理論知識(shí)來(lái)代替科學(xué)思維的培養(yǎng)，演示實(shí)驗(yàn)和探究實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的缺乏等.

作為農(nóng)村中學(xué)一線教師，一直深深體會(huì)到農(nóng)村中學(xué)物理教育的困境，但是隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)村學(xué)?；ヂ?lián)網(wǎng)設(shè)施設(shè)備的完善以及教師信息技術(shù)能力提升培訓(xùn)的普遍開(kāi)展，基于互聯(lián)網(wǎng)+教育的理念下，通過(guò)信息技術(shù)手段來(lái)創(chuàng)新農(nóng)村初中物理教育教學(xué)方式，提升農(nóng)村初中物理教育教學(xué)效果早已切實(shí)可行.在眾多的可用于物理教學(xué)的軟件中，GeoGebra以其免費(fèi)、開(kāi)源、功能強(qiáng)大、交互性強(qiáng)、易于交流學(xué)習(xí)等特點(diǎn)已被眾多教師應(yīng)用于數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科教學(xué)中[1].

1 初識(shí)GeoGebra

圖1 凸透鏡成像規(guī)律題目

接觸GeoGebra源自對(duì)一道凸透鏡成像規(guī)律的題目(圖1)的討論，參考答案給定為C，但是通過(guò)GeoGebra軟件的動(dòng)態(tài)演示，非常直觀地顯示出點(diǎn)光源運(yùn)動(dòng)的成像軌跡為一橢圓，如圖2所示.

圖2 GeoGebra動(dòng)態(tài)演示軌跡

由此，筆者對(duì)GeoGebra在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用深感興趣，對(duì)GeoGebra進(jìn)行了一定的了解和學(xué)習(xí).GeoGebra 是適用于所有教育階段的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)軟件，它將幾何、代數(shù)、表格、圖形、統(tǒng)計(jì)和微積分匯集在一個(gè)易于使用的軟件包中，可支持科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué) (STEM) 教育以及教學(xué)和學(xué)習(xí)創(chuàng)新[2].非商業(yè)使用者可通過(guò)GeoGebra官方網(wǎng)站免費(fèi)獲得該軟件各種版本和教程.筆者學(xué)習(xí)使用后發(fā)現(xiàn)該軟件具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)全平臺(tái)應(yīng)用

不管是電腦、平板還是手機(jī)都可以使用，既能下載安裝客戶(hù)端離線使用，適用于 iOS,Android,Windows,Mac,Chromebook和Linux，也能通過(guò)在線使用網(wǎng)頁(yè)版，各平臺(tái)使用界面統(tǒng)一，可以隨時(shí)隨地使用該軟件，不受設(shè)備的限制，只要有智能手機(jī)就能利用閑暇時(shí)間制作和查看教學(xué)課件資源.

(2)簡(jiǎn)單易學(xué)，功能強(qiáng)大

GeoGebra提供了“工具”“指令”“腳本”3種輸入方式，沒(méi)有任何編程知識(shí)的使用者可通過(guò)“工具欄”直觀地進(jìn)行各種點(diǎn)、線、面、體的繪制，所見(jiàn)即所得，非常簡(jiǎn)單就能制作出想要的課件資源.后期可以學(xué)習(xí)使用“指令”和“腳本”進(jìn)行更加復(fù)雜的課件資源設(shè)計(jì).

(3)完整的動(dòng)態(tài)演示

GeoGebra可提供幾何、代數(shù)和表格之間完全動(dòng)態(tài)互聯(lián)，針對(duì)一些復(fù)雜的物理過(guò)程可根據(jù)物理原理制作完整的動(dòng)態(tài)過(guò)程演示資源，直觀準(zhǔn)確地演示物理變化的本質(zhì).

(4)網(wǎng)絡(luò)資源豐富

GeoGebra作為一個(gè)免費(fèi)開(kāi)源軟件，已有全球眾多開(kāi)發(fā)志愿者、使用者參與其中，通過(guò)官方網(wǎng)站發(fā)現(xiàn)有一百多萬(wàn)數(shù)學(xué)與科學(xué)方面的免費(fèi)活動(dòng)、模擬實(shí)驗(yàn)、練習(xí)、課程及游戲.非商業(yè)用戶(hù)隨手可得這些豐富的資源進(jìn)行學(xué)習(xí)與交流.

2 GeoGebra在農(nóng)村初中物理教學(xué)中的應(yīng)用舉例

通過(guò)上面對(duì)GeoGebra的認(rèn)識(shí)，我們可以利用GeoGebra在初中物理的運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)、光學(xué)等內(nèi)容教學(xué)中進(jìn)行完整的連續(xù)動(dòng)態(tài)演示, 獲得更明顯的實(shí)驗(yàn)效果，使學(xué)生對(duì)物理知識(shí)理解掌握得更透徹.實(shí)驗(yàn)證明，利用 GeoGebra制作的許多教學(xué)演示十分直觀，教學(xué)效果也比較理想[3].下面就在初中物理課堂教學(xué)中使用GeoGebra進(jìn)行一些應(yīng)用舉例.

2.1 制作動(dòng)態(tài)課件增加物理課堂的趣味性

眾所周知，單純物理概念知識(shí)的學(xué)習(xí)是比較枯燥乏味并且相對(duì)深?yuàn)W難懂的.初二的學(xué)生才開(kāi)始學(xué)習(xí)物理，在目前的農(nóng)村教育環(huán)境下，應(yīng)試為主，加之農(nóng)村教育資源相對(duì)匱乏，物理當(dāng)文科上，靠背誦記憶和題海戰(zhàn)術(shù)應(yīng)付中考是比較普遍的現(xiàn)象，導(dǎo)致本該有趣的物理變成大多數(shù)學(xué)生比較害怕的一個(gè)學(xué)科.引入GeoGebra，可以在實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)時(shí)間不足的情況下通過(guò)信息技術(shù)手段演示一些生動(dòng)的物理現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)，比如在光的反射定律中，我們利用GeoGebra制作課件(圖3)，可以移動(dòng)光源S以及入射點(diǎn)O，改變?nèi)肷浣?，演示光的反射定律中的反射角與入射角的關(guān)系，同樣的，我們可以在GeoGebra軟件里演示平面鏡成像特點(diǎn)(圖4)[4].教師通過(guò)親自制作動(dòng)態(tài)課件，特別是課堂上快速地制作演示比使用現(xiàn)成的動(dòng)態(tài)演示更能增加課堂的趣味性，提高學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)積極性.

圖3 GeoGebra制作光的反射定律課件

圖4 GeoGebra制作平面鏡成像課件

2.2 演示復(fù)雜物理過(guò)程培養(yǎng)邏輯思維能力

很多物理過(guò)程是復(fù)雜的，初中物理所學(xué)知識(shí)又甚少，往往在考慮問(wèn)題時(shí)不能全面，這時(shí)如果使用GeoGebra將復(fù)雜的物理過(guò)程進(jìn)行完整的動(dòng)態(tài)演示，對(duì)學(xué)生邏輯思維能力的培養(yǎng)將會(huì)起到巨大的作用.如圖1所示的題目，作為初中學(xué)生來(lái)說(shuō)，限于知識(shí)的深度與廣度，只能通過(guò)有限的特殊點(diǎn)做光路圖找出其像點(diǎn)，然后再將點(diǎn)連成曲線.一般的做法是在點(diǎn)光源運(yùn)動(dòng)軌跡的圓周上取上下左右4個(gè)點(diǎn)，作出像點(diǎn)(圖5)，或者思維再?lài)?yán)謹(jǐn)點(diǎn)兒的同學(xué)再多選取幾個(gè)點(diǎn)(比如6個(gè)點(diǎn))作出像點(diǎn)(圖6)[5].

圖5 作4個(gè)像點(diǎn)得到的軌跡

通過(guò)前面的介紹，我們知道這兩種軌跡都是錯(cuò)誤的，那么對(duì)于初中學(xué)生來(lái)說(shuō),明明按照凸透鏡成像規(guī)律做出來(lái)的圖為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤呢？原因在于初中物理知識(shí)學(xué)習(xí)的局限性，在初中是沒(méi)有學(xué)習(xí)凸透鏡成像中物距、像距和焦距三者之間的關(guān)系的，所以在作圖的過(guò)程中致使左右兩個(gè)像點(diǎn)是很不準(zhǔn)確的，這使得最終得到的軌跡與真實(shí)情況相差甚遠(yuǎn)，更不用說(shuō)使用解析幾何知識(shí)得到像點(diǎn)的軌跡方程來(lái)進(jìn)行判斷.如果使用GeoGebra軟件，因?yàn)槠湟子趯W(xué)習(xí)操作的特點(diǎn)，教師甚至是學(xué)生都可以比較輕松地做出完整的動(dòng)態(tài)演示課件，直觀地演示出其運(yùn)動(dòng)軌跡，學(xué)生能夠完整、全面地看出物理現(xiàn)象的真實(shí)情況，這對(duì)于學(xué)生的邏輯思維培養(yǎng)非常重要，可使學(xué)生逐步形成全面、嚴(yán)密的邏輯思維能力，避免思考問(wèn)題的片面性.

3 感悟與期望

筆者在多年的農(nóng)村教學(xué)中深深感知到農(nóng)村教育的不易，在各種信息設(shè)備飛速發(fā)展的今天，教師對(duì)信息設(shè)備的使用還僅停留在對(duì)信息的搜集上是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.學(xué)生使用智能終端也幾乎是被游戲所吸引，這樣不僅對(duì)學(xué)習(xí)沒(méi)有幫助，反而會(huì)嚴(yán)重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)和身心健康發(fā)展.所以教師一定要與時(shí)俱進(jìn)，充分學(xué)習(xí)先進(jìn)的信息技術(shù)，指導(dǎo)學(xué)生使用智能終端設(shè)備投入學(xué)習(xí)，在教學(xué)中形成正向的良性循環(huán).筆者對(duì)GeoGebra與中學(xué)物理的動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)做了初步的嘗試，在今后教學(xué)中需要不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí).同時(shí)也希望在農(nóng)村一線的教育工作者，特別是數(shù)學(xué)、物理學(xué)科，能有越來(lái)越多的老師學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)GeoGebra的種種優(yōu)點(diǎn)，共同學(xué)習(xí)、互相交流，將這一免費(fèi)開(kāi)源資源應(yīng)用于過(guò)程探究、情景演示等教學(xué)活動(dòng)中．在正向的思維引導(dǎo)下提升學(xué)生的邏輯思維能力.