幾何畫板工具在物理教學(xué)中的兩例應(yīng)用 論文

幾何畫板工具在物理教學(xué)中的兩摘要：在物理教學(xué)的過程中，涉及到動態(tài)變化的內(nèi)容時，學(xué)生的理解和教師的講授難度都較大。幾何畫板是一款操作簡便的教學(xué)軟件，能有效輔助物理教師的日常教學(xué)。以凸透鏡部分，像的變化特點，以及杠桿部分，力臂和力的動態(tài)變化為例，通過幾何畫板構(gòu)建模型，輔助教師突破動態(tài)問題這一重難點內(nèi)容。并以此展示幾何畫板在教學(xué)上的優(yōu)勢，以及筆者對多媒體技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用體會。關(guān)鍵詞：幾何畫板；動態(tài)變化；凸透鏡；杠桿幾何畫板是一款操作簡便的教學(xué)軟件，多用于數(shù)學(xué)教學(xué)，該軟件可以快速的輔助用戶對想要實現(xiàn)的物理實驗進(jìn)行設(shè)計，使用者只要會簡單的設(shè)計和選用編寫模板就可以快速上手，簡單高效。初中物理教學(xué)中，有不少內(nèi)容與數(shù)學(xué)知識聯(lián)系緊密，若能夠使用幾何畫板，構(gòu)建合適的模型，可以幫助教師解決一些物理教學(xué)上的重難點，也有利于學(xué)生更好的理解知識點。而對于幾何畫板，該軟件在設(shè)計后，只要調(diào)整好可變的參數(shù)，還可以動態(tài)展示，在實際的教學(xué)中，比如設(shè)計需要演示動態(tài)的，有兩處非常典型：一個是凸透鏡部分，像的變化特點；二是杠桿部分，力臂和力的動態(tài)變化。一、凸透鏡成像初二滬科版物理教材中，凸透鏡成像的規(guī)律是光學(xué)部分的重要內(nèi)容。其中，物體遠(yuǎn)離或接近凸透鏡時，像的大小以及遠(yuǎn)近的變化是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。而解決凸透鏡出現(xiàn)的各種問題常用的方法之一就是作圖，故考慮可以利用幾何畫板，輔助凸透鏡問題的物理教學(xué)。下文以一道例題為例，利用幾何畫板展示如何更好幫助學(xué)生理解透鏡成像的規(guī)律及變化。圖1試題原題如圖所示，本次探究成像的實驗中，光具座上各個元件按照圖示擺放，此時在光屏板上生成一個比較清晰的像，假如調(diào)整蠟燭的位置向左側(cè)，則要想生成同樣的清晰的圖像，則應(yīng)將光屏（選填“遠(yuǎn)離”或“靠近”）凸透鏡，且像逐漸（選填“變小”或“變大”）。解析：凸透鏡成像時，物體與透鏡相距的距離的改變，成像也會相應(yīng)跟著變化，而這種動態(tài)的變化是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。解決這一問題，大多數(shù)教師采用的是總結(jié)多個成像圖，然后得出口訣，例如：物近像遠(yuǎn)像變大等等，但這種方式圖線較為復(fù)雜，往往令人眼花繚亂，且無法呈現(xiàn)動態(tài)變化的過程，總結(jié)的口訣對一些學(xué)困生也很難記清。當(dāng)然，也有一些現(xiàn)成的flash動畫，能有效解決這一問題，但flash動畫的制作難度較大。我們可以用幾何畫板構(gòu)造出凸透鏡成像的光路圖，通過操作，改變光源到透鏡的距離，在此過程中，讓學(xué)生感受像距以及像的大小變化，效果如圖2。在此基礎(chǔ)上，還可以追蹤像點N’，可觀察到，像點N’在平行于主光軸的光線對應(yīng)的折射光線上移動，效果如圖3所示，這可以讓學(xué)生從另一個角度理解，為何“物近像遠(yuǎn)像變大”。圖2改變物距時像距以及像的大小變化圖3追蹤像點二、杠桿的最小力初二物理機械與人這一章，比較重要的一節(jié)是杠桿，其中，尋找保持杠桿平衡的最小力，是比較典型的一類問題。學(xué)生對于最小力問題，掌握起來較為吃力，分析其原因，主要還是學(xué)生無法判斷力臂何時最大。根據(jù)力臂的定義可知，研究力臂其本質(zhì)是研究點到線的距離，這也是數(shù)學(xué)問題，故考慮可以利用幾何畫板，輔助杠桿問題的物理教學(xué)。下文以一道例題為例，利用幾何畫板展示如何從多個角度理解最小力。例：如圖4所示，采用杠桿撬石頭，在A點采用向下的力，畫出撬動石塊的最小動力F．圖4試題原題解析：根據(jù)題意，想要撬起石頭，動力作用于A點，且方向向下，若要尋求最小的力，根據(jù)杠桿的平衡條件Fl=Fl，應(yīng)在圖中尋找最長的力臂。在解決這類問題時，教師的做法通常是，在圖中A點畫出幾個力，分別作出其對應(yīng)的力臂，進(jìn)行比較，最終確定最長的力臂。這種處理的方式，能較為直觀的體現(xiàn)，最長的力臂，但圖線較多，容易造成混亂。下文以幾何畫板對最長力臂的比較為例，進(jìn)行展示。圖5改變動力方向時動力臂的變化及交點軌跡如圖5所示，構(gòu)建好杠桿模型后，通過操作，不斷改變動力F的方向，觀察在此過程中，動力臂的長度變化。從變化的過程中不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)動力F垂直作用于杠桿時，其力臂最大，所以此時對應(yīng)的F為最小力。同時，還可以追蹤動力F與其力臂的焦點P點的軌跡。從P點的軌跡可以發(fā)現(xiàn)，動力F的方向向下時，P點在變換的過程中始終是圓上的一點，所以，在F處于任意方向時，P點都與A點和O點構(gòu)成一個直角三角形。當(dāng)P點與A點重合時，即F與杠桿垂直向下時，此時PO為圓的直徑，比其他任意方向?qū)?yīng)的力臂都要長。追蹤交點的方法為罕見，故以該方法為例，簡要步驟如下。第一步：構(gòu)建杠桿五要素。首先生成線段AB，在生成的軸上隨機選一個點并定義為支點O，采用【垂線】工具創(chuàng)建AB的垂線，選取“箭頭”工具生成阻力F點。選中支點O以及線段右端的B點，選擇【度量】→【長度】，標(biāo)注阻力臂l的長度。在線段左端的A點處，構(gòu)建帶箭頭的線段AC，作為動力F。選中支點O和線段AC，采用【垂線】工具構(gòu)建動力臂l，并且將垂足標(biāo)為P點。仿照第三步，測量出l的長度。第二步：追蹤交點。選中點P，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇【追蹤交點】第三步：將一些不必要的點和線段隱藏。第四步：拖動C點，改變F的方向，即可顯示P的軌跡從而生成如圖6所示的最終效果。三、幾何畫板的以上，是筆者利用幾何畫板軟件，輔助日常物理教學(xué)的兩個例子，不管從教學(xué)效果來看，還是學(xué)生的實際的反饋效果來看，這一簡單的多媒體手段的應(yīng)用，還是很成功的。從這兩個例子中，我們可以看出幾何畫板具有以下優(yōu)勢：（一）化抽象為形象由于幾何畫板具備了基本的構(gòu)圖功能，例如構(gòu)建已知直線的平行線，垂線；進(jìn)行簡單的測繪，例如測量線段距離等，這就可以將物理當(dāng)中涉及幾何圖形的內(nèi)容，從抽象的思維演繹轉(zhuǎn)化為形象的圖形變換，在降低理解難度的同時，將物理世界的幾何之美充分展現(xiàn)給學(xué)生。（二）展現(xiàn)動態(tài)過程，發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律上述兩個例子的教學(xué)，因為涉及到像的變化和力臂的變化，若用板書進(jìn)行分析，至少要用到兩種顏色的粉筆，而且在分析的過程中，很多線條疊加在一起，令學(xué)生眼花繚亂。幾何畫板可以動態(tài)顯示過程，所以利用幾何畫板，展現(xiàn)在學(xué)生面前的是一個清晰簡潔的物理模型，通過操作，讓學(xué)生清晰地看到變化過程，從而發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，清楚簡介且印象深刻。（三）追蹤特殊點，多角度理解問題幾何畫板相比于板書，簡介，但同時有些老師認(rèn)為不能保留之前的圖像，擔(dān)心生記不住圖形的變化過程和特點。其實，如上面兩例，利用好幾何畫板中的“追蹤交點”功能，就能保留變化過程中留下的痕跡，且以杠桿最小力為例，學(xué)生能夠從數(shù)學(xué)的角度去理解，原來力臂最長時，是圓的直徑，這一理解角度，用板書是很難完成的。四、結(jié)束近幾年，多媒體手段在教學(xué)中的應(yīng)用日趨廣泛，相關(guān)的比賽也應(yīng)運而生。筆者認(rèn)為，多媒體手段不在乎多么高科技，多么酷炫，甚至是復(fù)雜繁瑣，而在乎于是否能真的解決日常教育教學(xué)中的重難點，有效的幫助教師突破重難點，也幫助學(xué)生更好的，更容易的去理解知識。幾何畫板這個軟件，操作簡便，容量也不大，對于物理教學(xué)有很好的輔助作用。另外，多媒體軟件的應(yīng)用，并不是為了用而