首页 -> 2008年第6期
借助几何画板 优化物理教学过程
作者：冯 浩
一、 借助几何画板展示课堂实验无法演示的物理过程
在常规课堂教学或物理实验室里，由于受时间、空间以及实验条件的限制，很难向学生直观演示一些宏观的、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，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。学生也因得不到感性认识而难以理解这些知识点。但借助于几何画板，可突破时间与空间的束缚，进行仿真模拟，将这些物理过程生动、形象地展现在学生的眼前，学生将更加容易理解透这些知识点。同时，也大大激发了学生的学习兴趣。图1就是利用几何画板制作的“三星运动”的课件，只要点击“动态显示”按钮，就可直观地展示出三星的运动规律。
二、 借助几何画板将“理想实验”变成现实
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，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，图2所示即是用几何画板制作的伽利略理想斜面实验演示课件。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，借助几何画板却能轻而易举地实现。
三、 借助几何画板将物理过程动态化
利用几何画板的“动画”功能制作的课件，不但能展示动态图像，将学生带进生动丰富的知识世界，而且可以使学生从感性认识中直观抽象出物理规律及其特点。例如，《机械波》一节内容比较抽象，实验现象不太明显，也不易结合实验现象加以分析，一直是高中物理教学的难点。要想上好这节内容，教师应该把抽象的概念、枯燥的规律讲解转变成直观形象的实验过程，而应用几何画板恰好能轻而易举地把这种设想转变成为现实。波动图像在教材中是一幅不能动的图，对此，教师怎么讲，学生一时也很难明白。如果我们借助几何画板,制作一个能动起来的模拟波的运动的演示课件，如图3所示。通过观察演示课件，学生将很容易理解。只要点击“动画”按钮后，展示在学生面前的就是一幅活生生的物理图景。演示中教师只需提示学生注意观察波在运动中那些标明的质点的运动特点，而无须花费太多的时间去讲解波动与质点振动之间的关系、解释“波长”和“振幅”等概念，学生通过观察就可以自己归纳出来，大大提高了教学效率。
四、 借助几何画板描绘质点运动的轨迹
在高中物理教学中，经常需要描绘质点的运动轨迹，如带电粒子在由匀强电场和匀强磁场组成的复合场中的运动，抛体运动等，但却无法做演示实验。这时若用几何画板的“轨迹跟踪”功能来模拟演示实验, 以弥补演示实验的不足，显然是最好的了。图4是利用几何画板制作的研究斜抛运动的课件。它是假设一个分运动是水平向右匀速的，另一个分运动是竖直向上匀减速的，利用几何画板中的“计算”和“轨迹跟踪”等功能制作而成的。只要点击“运动点”按钮就可以看到物体做斜抛运动的轨迹。如果改设一个分运动是斜向上的匀速运动，另一个分运动是初速为零的匀加速竖直下落运动，也同样可以演示斜抛运动的轨迹。可见斜抛运动可以有两种分解方法。虽然这不是真实的实验，但它显示的轨迹是严格符合物理规律的，而且比真实实验还细致清楚。在没有条件做真实实验的情况下,以此代替真实实验，可以优化物理教学过程，提高教学效率。
五、 借助几何画板处理实验数据
传统课堂中处理实验数据是一件很困难的事，借助几何画板能很好地解决这一问题。利用几何画板处理实验数据，既能减少学生繁琐的计算，又能真实模拟手工处理数据及建立坐标、绘点作图的全过程，大大优化了教学过程，提高了教学效率。比如，在“用伏特表和安培表测量电池的电动势和内阻”的实验中，测得几组(U,I)值，平常处理这些数据要用坐标纸，教师示范性说明时要在黑板上精确画图，耗费时间相当长，画草图又怕误导学生，几何画板解决了这一难题。首先利用它的“绘制点”功能把这些点绘制出来，如图5所示，再选择“直尺工具”在所绘制的点附近画一条直线，然后利用“选择箭号工具”，通过平移、旋转两种方式调整直线的位置及斜率，直至所绘制的数据点均匀分布在直线的两侧，最后用它的“量度”功能得到直线的方程，由方程可以很准确地得到需要测量的物理量的值。
六、 借助几何画板连续地大范围地采集和处理数据
传统教学中，由于受时间和数据处理能力的限制，无法采集较多的数据，有些物理实验是以点代面，以特殊代替一般来研究的，这样得到的结论对学生缺乏说服力。几何画板可以帮助我们连续地、大范围地采集和处理数据，找出规律。如在探究凸透镜成像规律的实验中，我们很难演示出物体在两倍焦距处成等大的像以及在一倍焦距处不成像的情况，也不可能演示物体在所有不同位置时凸透镜的成像情况，所以在总结成像规律时，教师一方面借助实验，另一方面借助于作图。而作图又无法呈现动态变化过程，只能选定在一些特殊位置，而且在作图时稍有偏差，很容易得不出正确结论。如果使用几何画板模拟“探究凸透镜成像规律”的实验，就可以轻松解决这些问题。如图6所示，当我们把物点移到两倍焦距处，利用几何画板的“度量”功能很容易比较出像与物是等大的，同时，我们也可以把物移到一倍焦距处，利用几何画板中的“度量”功能可以测出两条折射光线的斜率是相等，进而得到一倍焦距处不成像的结论。还可以通过拖动点P＇连续地改变物体的位置来观察像的变化，从而找出凸透镜成像规律。
在素质教育逐步推进和新课程改革正在进行的今天，结合物理学科本身的特点，充分发挥几何画板的独特教学功能，必将对中学物理教学改革,培养学生的创造性思维,突破传统教学中的难点等产生积极作用，这也是信息技术与物理教学整合的有效途径。
参考文献
［1］ 张晓爽.几何画板与物理教学整合的研究.物理教学探讨，2005（4）.
［2］ 刘密祥.用几何画板处理物理实验数据.信息技术与应用，2004（11）.
［3］ 彭哲方.用几何画板制作微型物理课件.北京：电子工业出版社，2002.
（责任编辑孙晓雯）