Animate動(dòng)畫在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

收稿日期：2023-11-04

基金項(xiàng)目：廣東省教育廳本科高校教改項(xiàng)目“物理與光電工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”（2021gszlgc01）；廣東技術(shù)師范大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目“基于Flash技術(shù)輔助高中物理模型教學(xué)的研究”（202211）；廣東技術(shù)師范大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目“光電功能材料校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”（GSZLGC2023005）。

作者簡介：鄧婷（2000-），女，碩士研究生，主要從事中學(xué)物理教學(xué)研究。

*通信作者：熊良斌（1974-），男，教授，主要從事課程與教學(xué)論（物理教育方向）研究。

摘" "要：Animate制作的動(dòng)畫可應(yīng)用于演示理想實(shí)驗(yàn)，或有特定要求的實(shí)驗(yàn)（如反應(yīng)速度快），或因?qū)嶒?yàn)儀器昂貴、不易獲取而無法開展的實(shí)驗(yàn)。Animate軟件仿真性能好、動(dòng)畫效果豐富、交互功能強(qiáng)，能調(diào)動(dòng)課堂教學(xué)氛圍，成為輔助教師開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的得力助手。利用Animate軟件制作“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”動(dòng)畫課件，詳細(xì)介紹其設(shè)計(jì)過程，并探討了Animate動(dòng)畫在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：Animate動(dòng)畫；高中物理實(shí)驗(yàn)；平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " 文章編號(hào)：1003-6148（2024）4-0083-4

信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合成為改革物理教育的新方向，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０１７年版）》中倡導(dǎo)“物理教學(xué)要積極利用已有數(shù)字媒體，主動(dòng)開發(fā)適合教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量的信息化產(chǎn)品，拓寬物理學(xué)習(xí)的途徑，促進(jìn)物理教學(xué)方式改革”［１］。而Ａｎｉｍａｔｅ可以輕松實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、模擬實(shí)物，成為制作仿真實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫的首選工具［２］。Ａｎｉｍａｔｅ的前身是Ｆｌａｓｈ，作為一款動(dòng)畫制作軟件，能夠輸出體積小卻內(nèi)容豐富的ＳＷＦ動(dòng)畫格式，且其動(dòng)畫制作技術(shù)簡單、高效，被廣泛應(yīng)用于動(dòng)畫制作領(lǐng)域。雖然Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用前景良好，但商業(yè)公司售賣的動(dòng)畫資源收費(fèi)高、不系統(tǒng)，與教學(xué)內(nèi)容不匹配，成為廣泛應(yīng)用Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫輔助教學(xué)的最大障礙。因此，本文以人教版（２０１９版）教材高中物理必修２中學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”為例，通過講解動(dòng)畫實(shí)例，探討如何有效利用Ａｎｉｍａｔｅ軟件設(shè)計(jì)出完善、符合教學(xué)規(guī)律的高質(zhì)量動(dòng)畫，并應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中，以提升教師信息化教學(xué)水平。

１" " Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用對(duì)象

１．１" " 理想實(shí)驗(yàn)

物理情境涉及到理想實(shí)驗(yàn)，而理想實(shí)驗(yàn)又無法用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器來實(shí)現(xiàn)時(shí)，可利用Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫仿真。例如，伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)、牛頓第一定律的實(shí)驗(yàn)探究、行星間的萬有引力作用、電場的性質(zhì)、光波和電磁波等理想化模型均無法通過現(xiàn)實(shí)中的實(shí)驗(yàn)器材來實(shí)現(xiàn)。

１．２" " 反應(yīng)速度快、時(shí)間短的實(shí)驗(yàn)

當(dāng)物理情境涉及到的實(shí)驗(yàn)具有時(shí)間短、速度快、學(xué)生不易觀察等特點(diǎn)時(shí)，可利用Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫仿真。例如，觀察物體自由落體運(yùn)動(dòng)快慢與質(zhì)量的關(guān)系、投籃過程蘊(yùn)含的“斜拋運(yùn)動(dòng)”相關(guān)知識(shí)。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，其過程有時(shí)短至１秒左右時(shí)間，無法給學(xué)生留下深刻的印象。

１．３" " 實(shí)驗(yàn)儀器昂貴的實(shí)驗(yàn)

有些物理實(shí)驗(yàn)要借助昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器才能進(jìn)行，但很多學(xué)校往往由于經(jīng)費(fèi)不足無力購買，從而無法順利開展這些物理實(shí)驗(yàn)。例如，用顯微鏡觀察布朗運(yùn)動(dòng)，由于學(xué)校硬件條件有限，不能讓每個(gè)學(xué)生都能用顯微鏡來觀察布朗運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致不少布朗運(yùn)動(dòng)相關(guān)的物理情境無法在課堂上得到充分展示。此時(shí)，可利用Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫仿真來替代。

２" " Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用實(shí)踐分析——以“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”為例

２．１" " 需求分析

動(dòng)畫課件制作的第一步是分析課標(biāo)、教材、學(xué)情，確定教學(xué)目標(biāo)和重難點(diǎn)，從而完成對(duì)動(dòng)畫課件的定位。新課標(biāo)對(duì)“實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”一節(jié)的要求是：通過實(shí)驗(yàn)，探究并認(rèn)識(shí)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)，這是平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，也是該節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)。在學(xué)習(xí)該節(jié)之前，已有“曲線運(yùn)動(dòng)”“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”兩節(jié)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。雖然學(xué)生已經(jīng)掌握了一定的運(yùn)動(dòng)合成與分解的思想，但難以通過直接觀察得出平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，這正是該節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)所在［３］。針對(duì)這些教學(xué)重難點(diǎn)，將動(dòng)畫課件的作用定位為通過實(shí)驗(yàn)儀器模擬演示水平方向和豎直方向平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。同時(shí)，課件還設(shè)計(jì)有填空題及實(shí)驗(yàn)方案展示，輔助學(xué)生觀察并理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

２．２" " 流程設(shè)計(jì)

動(dòng)畫課件制作的第二步，基于以上對(duì)課件作用的定位，通過流程圖的思路對(duì)動(dòng)畫演示程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖１所示。

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圖１" 動(dòng)畫演示程序流程圖

２．２．１" " “水平方向”影片剪輯元件制作

打開Ａｄｏｂｅ Ａｎｉｍａｔｅ軟件，新建影片剪輯元件，命名為“水平方向”。將準(zhǔn)備好的平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器的圖片導(dǎo)入到舞臺(tái)，降低圖片透明度，利用繪圖工具繪制平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器。

“小球”圖層，插入小球圖形元件及多個(gè)關(guān)鍵幀，改變每個(gè)關(guān)鍵幀中小球的位置，采用逐幀動(dòng)畫，實(shí)現(xiàn)小球在實(shí)驗(yàn)器上做平拋運(yùn)動(dòng)的模型建構(gòu)。

“定位器”圖層，在第３幀插入關(guān)鍵幀，利用任意變形工具，調(diào)整定位器位置為“打開”狀態(tài)。同時(shí)，根據(jù)小球運(yùn)動(dòng)軌跡的變化調(diào)整接球板位置，采用傳統(tǒng)補(bǔ)間動(dòng)畫形式制作其余幀，實(shí)現(xiàn)定位器和接球板的移動(dòng)效果。

“按鈕”圖層，插入“空白”按鈕到定位器處，命名為“ｄｗｑ”，插入文字“點(diǎn)擊定位器釋放小球”，選中按鈕右鍵，添加動(dòng)作代碼片段“單擊以轉(zhuǎn)到幀并播放”，在定位器處添加按鈕元件和代碼，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊定位器釋放小球的動(dòng)畫效果，如圖２所示。

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圖２" Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)作代碼片段（右）及代碼運(yùn)行結(jié)果（左）展示

“填空題”“輸入答案”“判斷”“提交”圖層的制作。首先，在“填空題”圖層輸入題干內(nèi)容，留出空格位置以便填寫答案。在“輸入答案”圖層中的填空位置添加文本框，設(shè)置文本框?qū)傩詾椤拜斎胛谋尽?，命名為“ｔ１”。同理，制作其他填空題答案。其次，在“判斷”圖層中拖入事先制作好的判斷對(duì)錯(cuò)影片剪輯。最后，在“提交”圖層中添加“提交”和“答案”按鈕，輸入代碼，實(shí)現(xiàn)批改效果。運(yùn)行的填空題代碼和測試結(jié)果如圖３所示。

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（ａ） 填空題代碼

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（ｂ） 測試結(jié)果

圖３" 填空題代碼及測試結(jié)果

“描點(diǎn)”圖層，按照１：４：９：２５的豎直高度設(shè)置接球板位置。通過插入關(guān)鍵幀，繪制圖形，標(biāo)記落點(diǎn)位置。接著，比照“小球”圖層中小球落到不同高度的對(duì)應(yīng)幀，復(fù)制對(duì)應(yīng)關(guān)鍵幀到“小球１”圖層。同理，制作其他小球運(yùn)動(dòng)圖層，從而達(dá)到每次小球從同一位置釋放后，都能描點(diǎn)出接球板接住小球的動(dòng)畫效果，如圖４所示。

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（ａ）工作界面

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（ｂ）測試結(jié)果

圖４" “水平方向”影片剪輯元件

２．２．２" " “豎直方向”影片剪輯元件制作

類比“水平方向”影片剪輯元件制作步驟，創(chuàng)建“豎直方向”影片剪輯元件，需要構(gòu)建“背景”“網(wǎng)格”“重錘”“彈片”“球Ａ”“球Ｂ”“按鈕”七個(gè)圖層的內(nèi)容。

“背景”和“網(wǎng)格”圖層的制作方式與上述方法類似，繪制豎直分運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器?！爸劐N”和“彈片”圖層，通過創(chuàng)建關(guān)鍵幀，任意變形工具旋轉(zhuǎn)元件，創(chuàng)建傳統(tǒng)補(bǔ)間動(dòng)畫，制作釋放重錘擊打金屬彈片的動(dòng)畫效果。

“球Ａ”圖層為小球做平拋運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫示意?！扒颍隆眻D層中，小球做同時(shí)刻自由落體運(yùn)動(dòng)。采用逐幀動(dòng)畫的形式，改變每個(gè)關(guān)鍵幀中小球所處位置，從而達(dá)到兩球在豎直方向上相同時(shí)刻都處于同一高度的視覺效果。

“按鈕”圖層，插入“空白”按鈕到重錘處，命名為“ｄｊ１”，插入文字“點(diǎn)擊重錘擊打彈片”。在第３３幀插入關(guān)鍵幀，添加按鈕元件“慢放”，添加動(dòng)作代碼片段。利用“慢放”按鈕結(jié)合網(wǎng)格圖，可以清楚地看見兩小球在豎直方向上處于同一高度，如圖５所示。

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（ａ）工作界面

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（ｂ）測試結(jié)果

圖５" “豎直方向”影片剪輯元件

２．２．３" " “封面”制作

點(diǎn)擊返回場景１，創(chuàng)建“背景”“按鈕”圖層。在“背景”圖層中添加三個(gè)關(guān)鍵幀，將封面文字、“水平方向”影片剪輯、“豎直方向”影片剪輯放置在三個(gè)關(guān)鍵幀中，如圖６（ａ）所示。“按鈕”圖層第1幀，添加“水平方向”和“豎直方向”按鈕元件，分別命名為“ｂｔｎ－ｓｐ”和“ｂｔｎ－ｓｚ”，添加動(dòng)作代碼片段“單擊以跳轉(zhuǎn)到幀并停止”，將所需跳轉(zhuǎn)的幀數(shù)分別改為“２”和“３”，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊按鈕跳轉(zhuǎn)并播放對(duì)應(yīng)影片剪輯元件的動(dòng)畫內(nèi)容。步驟同上，制作“返回”按鈕，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊按鈕返回封面頁，如圖６（ｂ）所示。

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（ａ）工作界面

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（ｂ）測試結(jié)果

圖６" “封面”影片剪輯元件

2．３" " 測試修改

動(dòng)畫課件制作的第三步是進(jìn)行課件的測試及細(xì)節(jié)修改。根據(jù)實(shí)際的教學(xué)設(shè)計(jì)需求，對(duì)動(dòng)畫演示的順序或播放時(shí)間等進(jìn)行微調(diào)，經(jīng)測試或?qū)С龊蟮脑次募?huì)自動(dòng)生成ＳＷＦ格式動(dòng)畫文件，從而實(shí)現(xiàn)在不同需求的平臺(tái)上播放。

3" " Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

3．１" " 針對(duì)性

邁耶多媒體學(xué)習(xí)理論是理解多媒體學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。邁耶指出，人是通過兩個(gè)獨(dú)立的通道來對(duì)學(xué)習(xí)材料進(jìn)行加工和處理的，但每一個(gè)通道在單位時(shí)間內(nèi)能夠處理的材料和容量都是有限的。若要實(shí)現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)，教師應(yīng)當(dāng)采用詞語與畫面呈現(xiàn)信息，從而幫助學(xué)習(xí)者利用已掌握的信息對(duì)收到的信息進(jìn)行認(rèn)知加工［４］。Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫可以對(duì)呈現(xiàn)的各通道信息進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，結(jié)合重難點(diǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，兼顧文字信息和圖像（動(dòng)畫）信息（如動(dòng)畫中對(duì)儀器名稱的標(biāo)注及實(shí)驗(yàn)方案的呈現(xiàn)）。這些可視化材料可以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的觀察能力。

3．２" " 開放性

開放性體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫文件體積小，便于傳播和使用，可打破空間和時(shí)間界限；二是Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫內(nèi)置的ＡｃｔｉｏｎＳｃｒｉｐｔ ３．０腳本及代碼片段使其具有強(qiáng)大的交互功能，能夠解決傳統(tǒng)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的渠道單一、互動(dòng)性不強(qiáng)等問題。動(dòng)畫課件中，可提取關(guān)鍵信息，并提供動(dòng)手操作的交互功能。例如，上述動(dòng)畫實(shí)例中探究平拋運(yùn)動(dòng)水平方向運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的填空題，可考查學(xué)生是否會(huì)運(yùn)用自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律來確定時(shí)間相等，這在一定程度上拓寬了研究的深度和廣度。

3．３" " 經(jīng)濟(jì)性

Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫仿真性強(qiáng)，可最大程度模擬真實(shí)環(huán)境，學(xué)生能夠多感官獲取信息，可以解決高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)備少、學(xué)生多、設(shè)備貴、重復(fù)試驗(yàn)成本高、教師演示困難、難以觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等難題，從而提高教學(xué)效率。

4" " 結(jié)" 語

Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫軟件易學(xué)易用、圖文并茂，配合軟件自身配備的代碼片段，可以輕松實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的人機(jī)交互功能，可以充分調(diào)動(dòng)課堂氛圍。利用Ａｎｉｍａｔｅ輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)前景良好，對(duì)于不易用實(shí)物開展的物理實(shí)驗(yàn)，教師可以根據(jù)學(xué)情制作實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫并應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

［１］中華人民共和國教育部．普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０１７年版）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０１８．

［２］農(nóng)愛香，陳展圖，黃婷．Ａｎｉｍａｔｅ動(dòng)畫在高中地理教學(xué)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用——以“構(gòu)造地貌的形成”為例［Ｊ］．中學(xué)地理教學(xué)參考，２０２２（６）：７３－７６．

［３］吳楊峰，徐曉梅． 基于探究訓(xùn)練教學(xué)模式的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)——以“實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)”為例［Ｊ］．中學(xué)物理教學(xué)參考，２０２１，５０（２７）：４４－４６．

［４］理查德·Ｅ．邁耶．多媒體學(xué)習(xí)［Ｍ］．傅小蘭，嚴(yán)正，譯.北京：商務(wù)印書館，２００６．

（欄目編輯" " 賈偉堯）