几何画板在物理教学中的应用.doc

肇薀薆蚄腿莃蒂螃芁膆螁螂羁莂蚇螁肃膄蚃螀芆蒀蕿螀羅芃蒅蝿肈蒈螄螈膀芁蚀螇节蒆薆袆羂艿蒂袅肄蒅莈袄芇芇螆袄羆薃蚂袃聿莆薈袂膁薁蒄袁芃莄螃袀羃膇虿罿肅莂薅罿膇膅蒁羈袇莁蒇羇聿膃螅羆膂葿蚁羅芄节薇羄羄蒇蒃羃肆芀螂肃膈蒆蚈肂芁芈薄肁羀蒄薀蚇膃莇蒆蚆芅薂螄蚆羅莅蚀蚅肇薀薆蚄腿莃蒂螃芁膆螁螂羁莂蚇螁肃膄蚃螀芆蒀蕿螀羅芃蒅蝿肈蒈螄螈膀芁蚀螇节蒆薆袆羂艿蒂袅肄蒅莈袄芇芇螆袄羆薃蚂袃聿莆薈袂膁薁蒄袁芃莄螃袀羃膇虿罿肅莂薅罿膇膅蒁羈袇莁蒇羇聿膃螅羆膂葿蚁羅芄节薇羄羄蒇蒃羃肆芀螂肃膈蒆蚈肂芁芈薄肁羀蒄薀蚇膃莇蒆蚆芅薂螄蚆羅莅蚀蚅肇薀薆蚄腿莃蒂螃芁膆螁螂羁莂蚇螁肃膄蚃螀芆蒀蕿螀羅芃蒅蝿肈蒈螄螈膀芁蚀螇节蒆薆袆羂艿蒂袅肄蒅莈袄芇芇螆袄羆薃蚂袃聿莆薈袂膁薁蒄袁芃莄螃袀羃膇虿罿肅莂薅罿膇膅蒁羈袇莁蒇羇聿膃螅羆膂葿蚁羅芄节薇羄羄蒇蒃羃肆芀螂肃膈蒆蚈肂芁芈薄肁羀蒄薀蚇膃莇蒆蚆芅薂螄蚆羅莅蚀蚅肇薀薆蚄腿莃蒂螃芁膆螁螂羁莂蚇螁肃膄蚃螀芆蒀蕿螀羅芃蒅蝿肈蒈螄螈膀芁蚀 “几何画板”在物理教学中的应用郑婉贞 （永春华侨中学 福建 362600）“几何画板”（The Geometers Sketchpad）作为主要用于中学平面几何教学的工具软件，其独特的“动态几何”功能把传统的几何教学带入了一个崭新的境界。但从物理学的角度来看很多的物理规律都有其数学模型，在这里就可利用几何画板来模拟物理实验。可以说该软件亦是中学物理教学的“模拟实验室”。它既能为物理教师备课，讲课提供方便，也能为学生学习物理知识提供支持，是一个提高中学物理教学效率和物理教学质量的有力工具。一、“几何画板”是营造物理实验良好情景的辅助工具建构主义学习理论认为：“知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情景即社会背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用心要的学习资料，通过意义建构的方式获得者的。”而“情景”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境的四大要素。在学习的方法上，建构主义学习理论“提倡在教师指导下的，以学习者为中心的学习”。如何营造一个合适优良的物理学习环境，让学生在其中主动地学习物理知识、探索物理规律是物理教学成败的关键。众所周知：观察和实验是物理学的两个基本研究方法，也是物理教学的重要教学方法。实验教学既是创设情景的手段又是学习的工具和材料。用演示实验创设情境引入新课题，研究物理规律；但受条件所限，演示实验往往以点代面，以特殊代替一般，学生仍是不情愿的被动接受；因而使物理实验教学所营造的学习环境大打折扣。而“几何画板”的“动态几何”功能可以较好地克服这些不足。1、“几何画板”可以实现一般演示或实验无法实现的效果。展示课堂实验无法演示的宏观、微观的、极快的、极慢的物理过程。如：宇宙中天体的运动过程及规律，反映分子运动的扩散过程及布朗运动，波的叠加，光的干涉与衍射，原子结构的组成，核反应过程等等。在以上几个方面，常规教学由于受时间、空间以及实验条件的限制难以向学生提供一个直观的实验，学习得不到感性认识，理解不深。但借助于计算机可突破时间以及空间的束缚，进行逼真的模拟，灵活地放大或缩小物理场景，将这些物理过程展现于学生眼前，使学生认识加强，理解透彻。完成对可以实验演示但无法揭示其本质规律的物理过程的剖析。如电学中电流的形成及其流动路径的展示，带电粒子在电场磁场中加速、偏转、回旋时所受力的动态分析，刚体碰撞过程中微小形变的分析，电磁振荡中电流方向改变、电场有和磁场能的转化，电磁波的发送与接收过程，光电效应中光子与光电子的运动，电磁感应中磁通量的变化，透镜成像等等，这些物理过程包含了大量人眼看不见的变人因素，讲妥较为困难，运用多媒体计算机，则可将这些不可见因素通过形象化的仿真和模拟来展现，如将微小形变放大，用移动箭头代表电流，用有方向的直线或曲线分别代表光线，磁感规律呈现于学生面前，起到化无形为有形、化抽象为形象，转换思维模式，降低思维难度的作用，收到事半功倍的良好教学效果。展现思维过程。有好多物理方法、物理思维存在于人的头脑之中，不能用实验演示，仅用语言又难以描述。我们就可以借助计算机来帮助表达，如恒定电流部分，借助于鼠标通过拖拉元件就可将貌似繁杂的电路进行化简，画出直观的等效电路，从而讲解化简电路的方法。在讲运动的合成与分解时，通过将平抛运动向水平方向和竖直方向投影可说明平抛运动等效于一个匀速运动与一个自由落体运动的合成。这样就将抽象的思维方法和思维过程以生动形象的过程描述出来，学生非常容易接受。物理中很多物理最较为抽象。如电场力、磁场力以及加速度、速度等等。在实际实验中，无法实现这些物理量的即时表示。在讲课时比较难处理，学生也较难理解，但得用“几何画板”就可以轻松地把这些物理量即时表示出来。如：笔者设计和课件“平抛运动”就可把抛物运动时被抛出物体在任一位置的速度大小、加速度大小、水平方向的速度大小、竖直方向的速度大小、竖直方向的加速度大小即时表示出来，并可实现物体在任一位置的暂停等等。而设计的“简谐运动”就可把弹簧振子在任一位置的加速度、速度、位移瞬时表示出来。课件“凸透镜成像”就可把光路显示出来，当改变物距时，像距也随着变化；当焦距变化时像距也随着变化等等。显现了物距、像距、焦距的实时变化规律。2、“几何画板”弥补了物理演示实验无法进行全面研究而采用以点代面、以特殊代替一般的不足。物理演示实验往往受课时的限制，无法对物理现象所涉及的各种情况进行全面的定性讨论；受实验数据处理能力的限制，又无法采集和处理大量的实验数据，无法对物理现象进行较为精确的定量研究。因而只能选取少量特殊的“点”和很有限的、易于处理的少量数据进行定性或定量研究。在这样的前提下所得出的结论既降低了结论的可信性，也容易对科学研究方法造成误导。有了“几何画板”这一工具的帮助，现在可以采取这样的模式使演示实验的效果趋于完善：首先，以传统演示实验方式对物理现象进行小范围讨论、研究，得出结论的轮廓；第二步，运用“几何画板”所建立的物理模型（数学模型），或者利用其动画或者利用其平移、旋转、缩放工具进行大范围的讨论、研究得出较为精确的结论；还可结合其提供的度量、图表菜单命令获取变化曲线、采集数据进行定量研究。两方面结合既克服了课时的不足，又解决了数据处理的困难。笔者运用这一模式所设计的制作的中学物理教材“透镜成像规律的研究”课件，用像距的动态变化得到像距的变化规律，动态说明像距与物距及焦距的关系，笔者利用这一课件在分开课教学中取得了很大的成功。二、“几何画板”将物理规律不同的表述方式完美地结合在一起物理规律的表述方式一般有三种：解析法（公式法）、图像法、表格法。各种表示方法各有千秋。解析法精确但失之抽象；图像法形象但失之粗糙；表格法简明但失之封闭。传统教学媒体根本不可能将这三者融为一体而互补。利用“几何画板”在计算机上则可以将三者有机地结合起来；利用文本工具书写公式；利用画板作出图像；利用度量菜单的制表命令结出表格及数据；利用图表菜单命令和显示菜单的跟踪命令还可动态地观察物理规律的变化情况。这样，既克服了表格法的有限。使抽象的公式形象化，静止的图像运动化，封闭的图表开放化。如：在“凸透镜成像”这一课件中，就可在动态演示物距变化与像距及焦距的关系基础上，再用数据把每一位置的像距、焦距、物距表示出来。套入公式验证，让学生更易于理解。 膆蚂袆羅膆莁虿袁膅蒄袄螇芄薆蚇肆芃芆袂羂节莈蚅羈芁薀羁袃芀蚃螃膂芀莂薆肈艿蒅螂羄芈薇薅袀莇芆螀螆莆荿薃肅莅蒁螈肁莄蚃薁羇莄莃袇袃莃蒅虿膁莂薈袅肇莁蚀蚈羃蒀莀袃衿肇蒂蚆螅肆蚄袁膄肅莄螄肀肄蒆羀羆肃蕿螃袂肂蚁薅膀肂莀螁肆膁蒃薄羂膀薅蝿袈腿芅薂袄膈蒇袇膃膇蕿蚀聿膆蚂袆羅膆莁虿袁膅蒄袄螇芄薆蚇肆芃芆袂羂节莈蚅羈芁薀羁袃芀蚃螃膂芀莂薆肈艿蒅螂羄芈薇薅袀莇芆螀螆莆荿薃肅莅蒁螈肁莄蚃薁羇莄莃袇袃莃蒅虿膁莂薈袅肇莁蚀蚈羃蒀莀袃衿肇蒂蚆螅肆蚄袁膄肅莄螄肀肄蒆羀羆肃蕿螃袂肂蚁薅膀肂莀螁肆膁蒃薄羂膀薅蝿袈腿芅薂