几何画板在物理教学中的应用

⌾ 唐世桥

几何画板在物理教学中的应用

⌾ 唐世桥

阐明了几何画板的特点及其在计算机辅助物理教学中的应用。运用《几何画板》的动画性和交互性，营造物理环境，培养学生思维能力，激发学生学习兴趣，提高学生分析问题、解决问题的能力。

几何 ；规律 ；实验 ；应用

一、背景

1.计算机辅助教学 二十一世纪，人类已步入计算机为核心的信息时代，多媒体计算机技术迅速发展，已渗透到教学领域各个方面，其中利用教学课件进行教学是计算机技术在教学中最常见的应用。计算机教学软件有很多，比如：PowerPoint，Flash，Authorware和几何画板等。熟练掌握计算机教学软件来制作课件是现代社会对每个教师的一项基本技能。在物理教学中计算机技术的突出作用就表现在几何画板的应用。下面我们具体了解一下几何画板在物理教学中的应用。

2.物理教学 物理教学的特点之一是实践性和实验性。它的教学过程主要通过丰富的实验过程及实践引导学生去探究事物状态及性质变化，达到在实践中认识事物，在变化的状态中找出规律的目的，认识和理解物理规律。物理学中有很多概念和规律以及物理过程是教学中的重点难点，用语言很难精确描述它们，而且物理实验规律的得出和概念形成很大程度上依赖于实验。不仅如此物理学内容需要有严密的逻辑推理和精确的数学测量，所以它需要有非常详尽准确的信息材料作为基础，在逐步构建知识结构体系的同时，运用数学模型规范物理现象的变化、拓宽物理规律的内涵。

二、几何画板的介绍

几何画板拥有“21世纪的动态几何”之称的。代表了当代专业性多媒体教学软件的发展一个方向。逐渐发展成为一个适用于数学、平面几何、物理的矢量分析、函数作图等的动态几何工具。正如其名它能够动态地展现出几何对象的位置关系、运行变化规律。

1. 操作简单容易，易学 几何画板软件窗口由题标栏、菜单栏、工具栏等组成。几何画板独特的构图功能和记录功能,建立了常用的物理图形工具库,供平时随手调用。与Word物理画板工具相比,其特殊性还在于这些图形是“灵活的”,可以任意组合、调节。

从操作使用角度看，所有操作都是通过简单的点击工具栏和菜单按钮来实现。几何画板制作的物理课件短小精悍、简明朴素制作很简单速度也快，而且几何画板制作课件比较小、运行对计算机系统要求也不高，便于其交流与普及。正因如此，教师不必花时间去掌握高深的编程知识，而能够真正把主要精力集中用于课程教学设计上。

2 、模拟演示物理实验，营造物理环境 从物理学的角度来看很多的物理规律都有其数学模型，在物理规律中有些规律是根据实验作了科学、合理的推理得出的，这些物理过程包含了大量人眼所看不见的变化因素，一般传统的教学手段和方法无法解释其本质规律，所以讲解和理解起来比较困难。如“机械波”一节是物理教学的一个难点：内容抽象，实验现象不太明显，横波的叠加在真实的实验过程中发展比较快，不太容易“分步”显示，几何画板制作的两个横波叠加过程的演示，它可以按照操作者的意愿发展变化，从而对整个叠加的过程明察秋毫，还能够随意改变相遇的两列波的波长和振幅等物理量。单色光的衍射实验往往由于实验条件限制，教师不能很好地向学生说明光的波长、缝的宽窄对衍射图样的影响。还有宇宙中天体的运动过程及规律、波的干涉和叠加等等实例。

三、几何画板在物理教学中的应用

几何画板应用于物理教学，不仅是物理教学手段的改变，更是物理教学思维上的一次飞跃。利用几何画板能很好的展示物体的动态和运动性，使学生对课程内容有直观的感受。

(1)力学方面：力的合成和分解，力的三角形法则，固体斜面上物体的受力情况，落体上抛，渡河运动等。(2)电学和磁学方面：带电粒子在交变电场中的运动，欧姆表的使用，电磁振荡等。(3)波学和光学方面：波的干涉和叠加，双缝干涉，凸透镜呈像等。

在制作突出表现几何规律的课件时，几何画板具有很多的优势操作简单快速，省时省力，同时支持几何图形的动态演示。

四、几何画板的应用实例

在这里简单介绍一下我自己做的两个实例。

1. 斜面上共点力受力动态平衡 动态平衡是中学物理静力学中的一个重难点，在物理学中，很多物理问题都可以转化为几何问题，可以充分利用“几何关系的稳定性”。几何画板作为一个动态几何教学的工具软件，不仅能画出物理量之间的静态关系，还能够做到当图形发生变化时，使它的几何关系不会发生变化，把“静态图”变为“动态过程”，构建物体受力动态图像，直观地揭示共点力作用下物体动态平衡时各力间的变化关系。让学生在“动”的过程中观察物理量的变化，使学生更容易理解物理现象，深入理解物理的原理和规律。使学生学会利用物体受力分析与共点力平衡条件,力的合成和分解等知识来解决动态平衡问题还需要教师实例进行分析。

步骤：

1设置斜面倾角参量并制作斜面；2制作动点的运动的初始点以及轨迹圆弧；3制作动点和木板并且设置动画和运动按钮；4设置变量并制作物体和球；5做物体的受力分析图。

2. 凸透镜成像 探究凸透镜成像是初中物理光学部分的重要内容。在教学中发现,学生虽能记住凸透镜成像规律及成像公式,但记忆认识都比较肤浅特别是一段时间后规律容易混淆记错。当物体与透镜的距离大于焦距时，物体成倒立的像，结合物理实验向学生说明这个像是物体射向凸透镜的光，经过凸透镜会聚而成的，是实际光线会聚的能用光屏承接，然而学生不易理解的是当物体与透镜的距离小于焦距时，物体会成放大的像，像不能在光屏上呈现，这个像不是实际折射光线的会聚点，而是他们的反向延长线的交点，虽然眼镜能看到但用光屏接收不到是虚像。

动态演示出不同时候的成像光路图有物距、像距、焦距三者的动态变化规律。给了学生直观的动态感受，善于从中发现规律。

步骤：1制作可调焦距的凸透镜;2制作实物、实光线及实像;3制作虚光线和虚像。

五、 几何画板在物理教学应用中的发展

将计算机作为开发用于学生进行探究自主学习的教学软件，是今后物理课件制作发展研究的一个重要方向。各级教育部门需要加大投入、加强推广。

任何软件都不可能是完美的，几何画板也不例外，虽然几何画板有其独特的优点但其也有很多不足的地方。例如：只能实现二维动画，几何画板的色彩不是很丰富。几何画板虽然能够非常准确地模拟物理现象，但只有实验操作才能给学生最真实的感受。如果教学中条件不准许，实验无法做出或者效果不明显可以借用计算机等软件来模拟展示。所以几何画板应与其它教学媒体如Flash、PowerPoint等相结合，发挥各自的优势，以获得最佳教学效果。

因为教师在物理教学中起着主导作用。还就要加强对教师进行计算机培训，教师不仅要精通物理教材还要掌握计算机基本技术。因此教师在掌握信息技术手段的同时，更应该丰富自身的教学理论知识，提高自己的综合素质。

湖南省衡阳县井头镇大云中学 421221)