GeoGebra軟件在農村中學物理教學中的應用研究

楊柱松

(青川縣涼水九年制學校 四川 廣元 628100)

農村學校由于各種教學資源和師資力量的匱乏，一直制約著農村學校的發展與進步，而作為以實驗為主的自然探究學科——物理的教學更是存在眾多的問題與困境，諸如靠記憶物理理論知識來代替科學思維的培養，演示實驗和探究實驗在教學中的缺乏等.

作為農村中學一線教師，一直深深體會到農村中學物理教育的困境，但是隨著互聯網信息技術的發展，農村學校互聯網設施設備的完善以及教師信息技術能力提升培訓的普遍開展，基于互聯網+教育的理念下，通過信息技術手段來創新農村初中物理教育教學方式，提升農村初中物理教育教學效果早已切實可行.在眾多的可用于物理教學的軟件中，GeoGebra以其免費、開源、功能強大、交互性強、易于交流學習等特點已被眾多教師應用于數學、物理等學科教學中[1].

1 初識GeoGebra

圖1 凸透鏡成像規律題目

接觸GeoGebra源自對一道凸透鏡成像規律的題目(圖1)的討論，參考答案給定為C，但是通過GeoGebra軟件的動態演示，非常直觀地顯示出點光源運動的成像軌跡為一橢圓，如圖2所示.

圖2 GeoGebra動態演示軌跡

由此，筆者對GeoGebra在初中物理教學中的應用深感興趣，對GeoGebra進行了一定的了解和學習.GeoGebra 是適用于所有教育階段的動態數學軟件，它將幾何、代數、表格、圖形、統計和微積分匯集在一個易于使用的軟件包中，可支持科學、技術、工程和數學 (STEM) 教育以及教學和學習創新[2].非商業使用者可通過GeoGebra官方網站免費獲得該軟件各種版本和教程.筆者學習使用后發現該軟件具有以下優點：

(1)全平臺應用

不管是電腦、平板還是手機都可以使用，既能下載安裝客戶端離線使用，適用于 iOS,Android,Windows,Mac,Chromebook和Linux，也能通過在線使用網頁版，各平臺使用界面統一，可以隨時隨地使用該軟件，不受設備的限制，只要有智能手機就能利用閑暇時間制作和查看教學課件資源.

(2)簡單易學，功能強大

GeoGebra提供了“工具”“指令”“腳本”3種輸入方式，沒有任何編程知識的使用者可通過“工具欄”直觀地進行各種點、線、面、體的繪制，所見即所得，非常簡單就能制作出想要的課件資源.后期可以學習使用“指令”和“腳本”進行更加復雜的課件資源設計.

(3)完整的動態演示

GeoGebra可提供幾何、代數和表格之間完全動態互聯，針對一些復雜的物理過程可根據物理原理制作完整的動態過程演示資源，直觀準確地演示物理變化的本質.

(4)網絡資源豐富

GeoGebra作為一個免費開源軟件，已有全球眾多開發志愿者、使用者參與其中，通過官方網站發現有一百多萬數學與科學方面的免費活動、模擬實驗、練習、課程及游戲.非商業用戶隨手可得這些豐富的資源進行學習與交流.

2 GeoGebra在農村初中物理教學中的應用舉例

通過上面對GeoGebra的認識，我們可以利用GeoGebra在初中物理的運動學、力學、光學等內容教學中進行完整的連續動態演示, 獲得更明顯的實驗效果，使學生對物理知識理解掌握得更透徹.實驗證明，利用 GeoGebra制作的許多教學演示十分直觀，教學效果也比較理想[3].下面就在初中物理課堂教學中使用GeoGebra進行一些應用舉例.

2.1 制作動態課件增加物理課堂的趣味性

眾所周知，單純物理概念知識的學習是比較枯燥乏味并且相對深奧難懂的.初二的學生才開始學習物理，在目前的農村教育環境下，應試為主，加之農村教育資源相對匱乏，物理當文科上，靠背誦記憶和題海戰術應付中考是比較普遍的現象，導致本該有趣的物理變成大多數學生比較害怕的一個學科.引入GeoGebra，可以在實驗器材和實驗時間不足的情況下通過信息技術手段演示一些生動的物理現象與實驗，比如在光的反射定律中，我們利用GeoGebra制作課件(圖3)，可以移動光源S以及入射點O，改變入射角，演示光的反射定律中的反射角與入射角的關系，同樣的，我們可以在GeoGebra軟件里演示平面鏡成像特點(圖4)[4].教師通過親自制作動態課件，特別是課堂上快速地制作演示比使用現成的動態演示更能增加課堂的趣味性，提高學生的課堂學習積極性.

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 演示復雜物理過程培養邏輯思維能力

很多物理過程是復雜的，初中物理所學知識又甚少，往往在考慮問題時不能全面，這時如果使用GeoGebra將復雜的物理過程進行完整的動態演示，對學生邏輯思維能力的培養將會起到巨大的作用.如圖1所示的題目，作為初中學生來說，限于知識的深度與廣度，只能通過有限的特殊點做光路圖找出其像點，然后再將點連成曲線.一般的做法是在點光源運動軌跡的圓周上取上下左右4個點，作出像點(圖5)，或者思維再嚴謹點兒的同學再多選取幾個點(比如6個點)作出像點(圖6)[5].

圖5 作4個像點得到的軌跡

通過前面的介紹，我們知道這兩種軌跡都是錯誤的，那么對于初中學生來說,明明按照凸透鏡成像規律做出來的圖為什么會出現這樣的錯誤呢？原因在于初中物理知識學習的局限性，在初中是沒有學習凸透鏡成像中物距、像距和焦距三者之間的關系的，所以在作圖的過程中致使左右兩個像點是很不準確的，這使得最終得到的軌跡與真實情況相差甚遠，更不用說使用解析幾何知識得到像點的軌跡方程來進行判斷.如果使用GeoGebra軟件，因為其易于學習操作的特點，教師甚至是學生都可以比較輕松地做出完整的動態演示課件，直觀地演示出其運動軌跡，學生能夠完整、全面地看出物理現象的真實情況，這對于學生的邏輯思維培養非常重要，可使學生逐步形成全面、嚴密的邏輯思維能力，避免思考問題的片面性.

3 感悟與期望

筆者在多年的農村教學中深深感知到農村教育的不易，在各種信息設備飛速發展的今天，教師對信息設備的使用還僅停留在對信息的搜集上是遠遠不夠的.學生使用智能終端也幾乎是被游戲所吸引，這樣不僅對學習沒有幫助，反而會嚴重影響學生的學習和身心健康發展.所以教師一定要與時俱進，充分學習先進的信息技術，指導學生使用智能終端設備投入學習，在教學中形成正向的良性循環.筆者對GeoGebra與中學物理的動態可視化教學做了初步的嘗試，在今后教學中需要不斷加強學習.同時也希望在農村一線的教育工作者，特別是數學、物理學科，能有越來越多的老師學習發現GeoGebra的種種優點，共同學習、互相交流，將這一免費開源資源應用于過程探究、情景演示等教學活動中．在正向的思維引導下提升學生的邏輯思維能力.