几何画板与物理教学，本文主要内容关键词为：画板论文,几何论文,物理教学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
几何画板原本是一个数学教学软件，特别是在几何方面的功能很强，号称21世纪动态几何。它不仅受到数学老师的欢迎，同时也受到物理老师的喜爱。下面谈谈笔者在使用几何画板中的一些体会与想法。
在教学中制作物理课件用哪种软件好，并无定规也因人而异。不过对物理教师而言，首先是要易学易用，不能要求教师非常精通计算机技术，而且用它制作课件也不难，这两点非常重要。而几何画板正好具备此特点，它只要求使用者熟悉数学而不要求熟悉计算机技术。经过几年的实践，笔者认为，几何画板有如下特点才使它受到物理教师的青睐。
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图1
易学，易掌握
在20世纪90年代初，我们为了讲简谐振动，曾请一位计算机专业教师用了两周时间制作了一个简谐振动的课件。有了几何画板后，物理教师利用原理制作这个课件只用10分钟的时间。方法非常简单：先用工具作一个圆O，在圆O上作一点A，然后作一直线j，过点A作直线j的垂线k，其交点为B。用菜单中的“缩放”功能制作一弹簧，给A点制作一动画按钮，最后再稍修饰一下隐去不必要的点、线就OK了，如图1所示。当点击动画按钮后图中A点做匀速圆周运动，其投影B点即小球做筒谐运动。这是任何一位稍了解几何画板的物理教师在备课时都能完成的事。这样的软件自然会受到物理教师的欢迎。
科学性强
科学性强即用几何画板制作的动画部分要符合物理规律。这是作为一个物理教学用课件必须满足的科学性要求。课件虽然是“做”出来的，但它必须要真实地反映运动规律。如物体做简谐振动，要符合正弦或余弦规律。如图1中的例子。物体做匀变速运动，其位移与时间必须符合二次函数关系。用几何画板制作二次函数图像是它的强项，制作起来很容易，物理老师都能胜任。图2中的曲线显而易见是二次函数图像。图中s点与 s′点是对应的，所以s′点，即这个物块的动画能很好地模拟做初速为零的匀变速直线运动的情景。
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图2
由于几何画板的操作可只用鼠标来“拖动”“单击”“双击”等简单动作实现演示，所以只要求学生熟练掌握这几种简单动作后，就可自己学习。如分子之间的作用力，是高中物理中较难理解的一个知识点，它难就难在认识分子力的特点。我们可以用几何画板强大的计算功能很方便地制作一个如图3所示课件展示在学生面前，让学生在计算机上自己作简单的拖动，改变两分子之间的距离，观察分子之间的引力，斥力、分子力随距离变化表现出来的特点。教师不需要有太多的讲解，只要做必要的提示，提醒学生注意上面的一些数据的变化、分子之间的作用可忽略不计等等。由于是边提醒边演示的，所以把一个在物理教学中非常枯燥无味难以讲明白的分子间的作用力变得非常生动、有趣。物理的魅力也就在其中了。
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图3
具有模拟功能
用它制作的课件能“恢复”物理现象的本来面目，使学生能在“真实”的物理情境中学到物理知识。如波动图像，它在课本上是一幅不能动的图，如图4所示。对此，教师怎么讲，学生一时也很难明白。如果我们将它改成一个能动起来的如图5所示的课件来模拟波的运动，展示给学生观察。并在这个课件中增加几个质点，如a、b、c……当点击“动画”按钮后，展示在学生面前的是一幅活生生的物理图景。演示中只需提示学生观察波在运动中这些质点的运动特点，这样教师就无须说明波动与质点振动之间的关系、解释“波长”和“振幅”了，完全可以由学生的总结来代替了。
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当我们在教学中采用由学生自己操作的教学方法后，学生可以在边“玩”边学习的情境中来完成教学任务。由此可见，教师可以利用这种全新的教学工具，总结出一种全新的教学方法，它怎么能不受物理教师的欢迎呢？
存在一个实用的工具库
几何画板虽然好用，但它在某些方面对制作物理课件也受很大局限。例如几何画板的作图功能较差，它只提供画点、画圆、画直线工具，加上菜单中画弧、作轨迹等功能，只能画一些简单的数学图形，一般不能将其他图片粘贴过来用。而仅就这些画图功能又满足不了制作物理课件的需要。特别是满足不了仿真实验课件的制作。对此，几何画板为我们提供了一个“工具库”来弥补画图功能的不足。
新装的几何画板，这个工具库是“空”的。我们可以运用一些画图技巧，将在制作课件过程中常用的、较复杂的物理图形事先画好了，存放在工具库中。当工具库中的“工具”随着你制作课件中的积累达到一定数量后，制作物理课件时便可随时调用了。这时制作课件可以像摆放“积木”一样方便（当然动画部分需要利用几何画板的计算功能）。这些仿真课件像一块“示教板”，可供学生在上面操作、研究和探索。正是由于这个工具库的存在，不仅弥补了几何画板在画物理图形方面的不足，还可大大地扩展几何画板的功能，使本来在仿真课件制作方面的弱项成了它的“强项”。
图6是笔者存放于工具中的部分工具。
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图6
图7是用工具制作的一个小课件。它像一块示教板，学生可以在实验之前在它上面先做模拟实验，练习按并联电路要求连电路，测电流。它能完全模仿实际的实验，只要连接正确，两灯泡便能正常发光。利用几何画板的强大计算功能，很方便地能做到电流表既可以测一个灯泡中的电流，也可测两个灯泡的总电流，还可以检查总电流与支路电流的关系。学生在练习时，教师不必担心学生会损坏电池，也不必担心会损坏电表，甚至可以将“实验室”搬回家，即让学生在家里的电脑中使用课件。在课前可先预习，当学生基本掌握了测量并联电路中的电流方法时，就可让学生到实际中去操作了。实验课后还可对不明白的地方回家再“实验”，直至完全掌握为止。
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图7
可以“做”理想实验
在物理规律中有些规律是根据实验做了科学的、合理的推理得出的，而在实际中是做不到的。伽利略理想斜面实验是一个典型的例子，如图8所示。小球可以从左斜面滑到等高的右斜面。当右斜面坡度减小时，小球也能滑到同样的高度。当右斜面坡度减小到零即水平位置时，小球不可能达到原来高度，就要永远沿着水平面以恒定速度继续向右运动下去。牛顿第一定律就是在这个理想实验的基础上总结出来的。这个实验在实际中永远不能实现，在几何画板中却能轻而易举地实现。
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图8
教师指导下学生探索知识的工具
教师可将对知识的要求告诉学生后将课件交给学生，让学生在探索中获得知识。
例如对楞次定律的学习，理解楞次定律是高中物理的一个难点。教师利用几何画板可制作课件来探索电磁感应现象中感应电流方向的规律，如图9所示。这个实验在课堂上实际做起来是很麻烦的，而用课件来探索是较容易的。因为它把看不见的两个磁场方向与电流方向直观地层示在学生面前了。这样学生在注意观察的基础上边观察、边思考，探索产生电磁感应的条件及产生感应电流方向的规律。由学生自己在观察、思考中获得知识。
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图9
也许有人会问，课件是“人造”的，是“假”的，何来探索？要知道，学生的主要任务是学习。要学知识，更要学习获得知识的方法。这里的探索，其实就是要求学生学会获得知识的一种方法，几何画板就有这种功能。