刍议利用几何画板提高物理课堂有效性

刍议利用几何画板提高物理课堂有效性

钱丽娟 沈惠锋

摘要:新课标指出在物理课中应重视计算机多媒体的有效利用，因此，利用多媒体课件制作软件进行辅助教学成为教学发展的需要。本文通过分析几何画板软件的功能与优点，明确了利用几何画板辅助物理课堂教学的具体作用，提出了利用几何画板提高物理课堂有效性的具体途径，以期引起更多物理教师对几何画板的关注，更好的发挥几何画板在物理课堂中的作用、促进几何画板在物理课堂中的有效应用。

关键词:物理课堂教学；几何画板；有效性；作用；途径

《普通高中物理课程标准》指出“在物理课的学习中，应根据实际内容的需要，选用多种类型的多媒体辅助教学软件，重视传统媒体和计算机多媒体的有效利用，充分发挥它们在物理教学中的功能”。的确，在物理课堂中引入多媒体辅助教学，将使物理教学手段变得更加丰富、生动和多样化，能够为学生的学习和发展提供丰富多彩的教学环境和有利的学习工具，大大提高教与学的效率。采用多媒体辅助教学成为教学发展的需要，因此，教师掌握一种或几种多媒体课件制作软件显得由为重要。多媒体辅助教学软件种类众多，常见的如Flash、PowerPoint、几何画板等。下面，笔者结合实例，就利用几何画板制作课件用于辅助教学，以提高物理课堂有效性提出自己的一些拙见。

一、几何画板是辅助物理课堂教学的理想软件

鉴于物理学科的特点，在物理课堂中，为了准确地处理问题经常需要进行各类作图（如受力分析图、光路图），为了直观地表示规律经常需要绘制各种图象（如v-t图、U-I图），为了清晰地掌握运动经常需要描绘物体的轨迹（如平抛运动），为了详尽地分析过程需要尽量提供动态的画面（如机械波），常常还需要进行大量的数据计算，而几何画板具有的快速准确的几何作图、函数绘图、轨迹追踪、动画制作、参数计算等功能恰恰可以很好的满足这些需要，因此，它非常适合物理学科。此外，几何画板具有易学易用、操作简单、控制灵活等优点，物理教师可以利用它轻松设计出各种极具交互性的物理课件，能按设定的物理规律运动，例如利用几何和代数的双重约束，可在短时间内设计出单摆、机械波等课件。笔者使用下来的体会是，只要花一两天的时间，自学软件附带的培训教程，熟悉常用工具的使用后，就能轻而易举地制作出大量精彩纷呈的物理课件，完全不需要掌握高深的计算机知识和编程语言。因此，几何画板是理想的物理课件制作软件。

二、利用几何画板辅助物理课堂教学的具体作用

（一）激发学习兴趣

传统物理课堂呈现方式单一、平面、静态，加之物理知识本身难度大、高度概括，学生往往感觉枯燥无味，缺乏学习热情。几何画板能够向学生呈现多种媒体信息，包括文本、图形、图象、动画和声音等，其在表现形式上具有情景性、多样性、交互性、新颖性等特点。因此，将几何画板应用于高中物理课堂教学，创设情景，能够化枯燥为生动，吸引学生的主动注意、激发学生的学习兴趣。

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例如，在《交变电流》一节中，对于交流发电机的工作原理的理解需要学生具备足够的空间想象能力和数学推导能力，本来难度就大，加上仅仅面对课本上的几幅静态的图片，即便进行了手摇发电机的演示，还是不能清晰过程，学生兴趣不浓。比较好的方式是，在演示了手摇发电机以后，利用几何画板制作的交流发电机三维模型辅助分析（如图1），向学生展现清晰的过程，展示转动过程中线框与磁感线夹角的变化与电动势的关系，为学生分析问题创设好问题情境，进一步激发学习兴趣。

图1 几何画板制作的交流发电机三维模型

（二）增强感性认识

高中物理课堂教学中，存在一些比较抽象的物理概念、相对复杂的物理过程和不易实现的物理实验。利用几何画板可以实现情景可控展示、局部细节放大、快速过程减缓和高难实验模拟等处理，变抽象为具体、变形象为直观、变静态为动态等，以帮助学生建立合理、正确的物理表象，帮助学生完成对所学知识的感知。

例如，关于多普勒效应的教学，通常例举火车进站时听到的汽笛声音调变高，火车离站时听到的汽笛声音调变低这一现象，而学生往往对这一现象感触不深，想要实际检测又很难实现。此时，利用几何画板制作的多普勒效应课件辅助情景演示（如图2），能够让学生直观的观察到当波源和观察者靠近时观察者接收到的声波频率变高，当波源和观察者远离时观察者接收到的声波频率变低这一现象，增强了学生的感性认识，提高了教学效果。

图2 几何画板制作的多普勒效应课件

（三）加深理性理解

高中物理相对于高中阶段的其它课程而言，其难度之高可谓是有目共睹。高中物理的很多内容由于其自身的复杂性，对学生提出了较高的能力要求，学生往往不易理解。利用几何画板的高超编辑能力和交互处理能力，构建出一个动态的物理过程和模型，并进行人机交互控制，不仅可以帮助增强学生的感性认识，还能够促进学生对问题进行更深层次的思考，加深理性理解。

例如，在处理运动的合成与分解中的渡河问题时，由于其矢量性和多变性，学生很难理解该问题的本质。此时，利用几何画板制作的渡河问题课件辅助教学（如图3），先动态演示各种船速（大小、方向均可变）下渡河的航向并进行船速的实时分解，学生通过现象观察、理性思考，在此基础上，再进行理论的讲解，最后再带着结论

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图3 几何画板制作的渡河问题课件

重新观察课件，加深理性理解。这样的过程使学生对渡河时间取决于船速垂直与河岸的分量以及各种速度关系下的航向问题、时间问题、行程问题等都十分明确。

（四）培养思维能力

良好的思维能力是学好物理的重要保障和必备条件。在高中物理课堂教学中，创造条件，把握一切机会，培养学生良好的思维能力，有助于学生对物理概念的理解、物理规律的把握、物理过程的分析。

例如，在研究初速度一定，抛出角α取多大，斜抛运动的水平射程最远的问题时，若采用直接给出公式x?vxt?vcos?2vsin?g进行讨论，得出当α=45°时，水平射程最大的教学方式，虽然

可以得到相关的结论，但对于刚接触此类问题的学生来说，他们既不了解为什么要这样做，也不知晓这样做的依据是什么，失去了一次对学生进行思维能力训练的良好机会。在此，不妨先利用几何画板制作的斜抛运动的课件（如图4）向学生展示当α从0°逐渐增加到90°的过程中，斜抛运动轨迹的变化，观察到水平射程先变大再变小的现象，再引导学生思考现象背后的深层原因。原来，水平射程既取决于水平分速度，又跟空中飞行时间有关，抛出角α太大，则水平分速度小而空中飞行时间长，抛出角α太小，则水平分速度

大而空中飞行时间短，都会影响水平射程，因此，当α取某个恰当的值时，水平射程将最大。在此基础上，再去推导求解，学生不仅知其然，更知其所以然。历经这样的过程，学生对水平射程与抛出角的变化关系有了全面的认识，学生的思维能力也得到了培养。

图4 几何画板制作的斜抛运动课件

（五）提高教学效率

几何画板因其能够呈现多种媒体信息，并有针对性地对与教学相关的信息进行符合教学规律的重组与再现，较之传统的“一支粉笔、一张嘴”的教学方式，可以大大增加一节课的信息量，省去一些不必要的板书和作图时间，因此，可以大大提高教学效率。例如，高三复习课讲解动态平衡问题时，利用几何画板先对不同情况进行归类，再集中向学生展现，最后进行总结归纳，大量信息流畅地呈现在学生眼前，顺利达成教学目标。

三、利用几何画板提高物理课堂有效性的具体途径

（一）运用几何作图功能，进行物理作图

运用几何画板丰富的作图功能，可以画出各种物理图形。值得一提的是，几何画板所作的图形是动态的，可以随意拖动，并且能够在变动的情况下保持设定的几何关系不变。很多物理问题可以转化为几何问题，几何画板不仅能画出物理量间的静态关系，还能动态的展现变化过程。

例如，一个典型动态平衡问题：光滑半球面上的小球被一通过定滑轮（大小可忽略）的力F由

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底端缓慢拉到顶端的过程中，试分析绳的拉力F及半球面对小球的支持力FN的变化情况。

常规教学是受力分析后灌输式地直接告诉学生运用相似三角形求解，而运用几何画板课件辅助分析（如图5），让学生注意观察拉动小球的过程中各力及几何图形的变化特点，能够让学生自己去发现问题的规律。

图5 几何画板制作的动态平衡

（二）运用函数绘图功能，绘制物理图象

图象的应用在物理课堂教学中举足轻重，是探索物理规律的一种方法，是研究物理问题的一种手段，具有简洁、明了、直观等优点，很多棘手的物理问题的解决都有赖于图象的应用。几何画板的函数功能，可绘制具有多个可控变量的、非常精确的物理图象。

例如，在学习力的合成时，对于两分力大小一定，合力随夹角的变化而变化的情况通常我们只是粗略地知道夹角在180o以内，夹角越大，合力越小，而对其中的一些具体细节我们不得而知，根据理论推导式F?F1?F1?2F1F2cos?也不能非常明确。在这里，利用几何画板可以轻而易举

22得到F—θ的图象（如图6），让学生明确合力随夹角的变化而变化的整体趋势和细节，加深这一内容的理解。

图6 几何画板绘制的合力随夹角变化的图像

（三）运用轨迹追踪功能，解决轨迹问题

高中物理课堂教学中，经常会遇到一些涉及物体运动轨迹的问题，当轨迹较为复杂时，就对问题的处理提出了较高的要求。解决轨迹问题的最好办法就是将轨迹全面的描绘出来，在无法借助实验的情况下，运用几何画板的轨迹、追踪功能，能够完整地描绘出精确的轨迹，方便问题的解决。

例如，常见的一个带电粒子在磁场中的运动的问题：如图7，直线MN的上方有一匀强磁场，线上一点O处有一粒子源向上方各个方向连续发射速度为v的电子，试求电子能够到达的区域的最大面积。

这是一个典型的动态圆问题，学生往往无法准确地得出电子能够到达的完整区域，是一个难点。教师在讲

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图7 几何画板描绘的动态圆问题的轨迹