魚眼睛看到的“水上世界”

雖然我們大力提倡發(fā)展積件，但如果觀念不改變，仍然容易走上單純傳授知識(shí)的老路。

“光的折射定律”是物理課中的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，我在K12課件網(wǎng)頁(yè)的300多個(gè)《光的折射》課件中隨機(jī)下載了30多個(gè)，發(fā)現(xiàn)大部分都是一個(gè)模式：將教材內(nèi)容做成電子板書，用按鈕控制步步顯示，或?qū)详P(guān)于光的折射定律的插圖做成動(dòng)畫，也用按鈕控制步步顯示，點(diǎn)擊一次按鈕，出現(xiàn)入射光線，再點(diǎn)擊一次出現(xiàn)法線，再點(diǎn)擊出現(xiàn)折射線……教師便在這些文字或動(dòng)畫的輔助下，將知識(shí)一步步呈現(xiàn)在學(xué)生面前。圖1就是一個(gè)典型的“光的折射”動(dòng)畫截圖。

圖1 經(jīng)過7次點(diǎn)擊完成的光的折射動(dòng)畫截圖

顯然，這是一個(gè)以傳授知識(shí)為核心的傳統(tǒng)課件。傳道授業(yè)解惑本來就是教學(xué)的重要任務(wù)，課件如果能在輔助教學(xué)上為突破知識(shí)的重點(diǎn)難點(diǎn)出力，也是我們所需要的。問題是如果我們總是停留在這個(gè)層面上，重復(fù)著書上印制的內(nèi)容，課件的前景便堪憂了。即使是傳授知識(shí)，也要想想多媒體是否優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)手段，如果僅是作為花瓶擺擺，還是束之高閣的好。就以上顯示的內(nèi)容而言，教師的邊講邊寫邊繪也許更具有親和力，更何況我們的投影效果還遠(yuǎn)遜于板書的清晰度！那么，既然上面的內(nèi)容可以被傳統(tǒng)教學(xué)手段包攬，這幾百個(gè)課件還有何用？是的，如果僅就上面這些課件的效果來看，這些課件確實(shí)用處不大，頂多讓外行領(lǐng)導(dǎo)夸你將多媒體課件用進(jìn)了課堂。

新近看到臺(tái)灣師大物理系黃福坤教授的作品《魚眼睛看到的水上世界》（http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/index.htm），真讓人大開眼界。他設(shè)計(jì)了一個(gè)“魚眼睛看到的水上世界”的問題讓大家思考，光的折射讓魚看到的水上世界簡(jiǎn)直太奇妙了，這是一個(gè)很有趣的問題，首先你得變成一條魚，然后蹲在水里睜眼往外看。雖然教師可以引導(dǎo)學(xué)生用作圖來回答，但是問題可不這么簡(jiǎn)單呵！如果外面的物體位置發(fā)生變化，你看到的會(huì)是什么情況？再說，大魚小魚看到同一個(gè)物體的像，是一樣的嗎？在這樣的問題面前，傳統(tǒng)教學(xué)手段簡(jiǎn)直束手無策，這就只能借助于課件了。圖2便是大魚小魚看同一個(gè)物體的截圖。

圖2 大小不同的魚看到的水上世界不同

圖中淺灰色的區(qū)域代表水底的世界，底下的兩點(diǎn)代表兩只眼睛，白色區(qū)域表示水面上的光線都會(huì)經(jīng)由此區(qū)域進(jìn)入眼睛，灰色區(qū)域代表水面上的世界，淺灰色的方塊為水面上某物體，白色的多邊形為水底眼睛所看到水面上方塊的“像”。圖中繪出了方塊其中一角光線行進(jìn)的軌跡（暗灰色）與成像的軌跡（白色）和位置。如果你用鼠標(biāo)左鍵按下淺灰色方塊的任意一角，則會(huì)畫出該角落的光徑軌跡。如果按下淺灰色方塊的中間區(qū)域，然后四處拖動(dòng)則可以改變方塊的位置。方塊的大小和魚的兩眼的寬度也可以改變，所以，你會(huì)發(fā)現(xiàn)大小不同的“魚”對(duì)于同一物體所“感受”的像并不相同！當(dāng)物體由左向右水平等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，水底的眼睛所看到的是從高空急速?zèng)_下的物體，又沖回另一端的高空，多奇妙！

物體位置可以改變，魚眼睛的距離可以調(diào)節(jié)，光路可以選擇，魚看到的水上世界因光的折射而造成的各種各樣的變化展示無遺。相形之下，我們的課件多么呆板、乏味，對(duì)思維的啟迪又多么的蒼白無力！究其原因是在制作課件時(shí)著眼點(diǎn)的不同，我們常規(guī)的做法是讓學(xué)生用眼睛去看書本上的世界，忠于書本知識(shí)的凸現(xiàn)，而黃教授卻是引導(dǎo)學(xué)生用眼睛去搜索，從而引發(fā)其對(duì)奇妙世界的思考。由此可見，在制作課件時(shí)如何捕捉最具有思考性的問題是多么重要了。

黃教授的美工

不過，從上面的材料中我們發(fā)現(xiàn)，黃教授的鼠繪功夫令人不敢恭維，最多是幼兒園小班水平。在我們的課件中從來沒有發(fā)現(xiàn)有這種模樣的魚。我手頭還有一個(gè)《相對(duì)運(yùn)動(dòng)》課件，也是出自黃福坤教授之手（http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/index.htm）。你仔細(xì)看那個(gè)站在岸上的人，亦有異曲同工之妙。但這一回，我們還是將興趣轉(zhuǎn)到課件的設(shè)計(jì)上來，圖3是課件的截圖。

圖3黃福坤教授的《相對(duì)運(yùn)動(dòng)》課件截圖

這是一個(gè)設(shè)計(jì)非常巧妙的課件，由于在這里無法看到課件所給出的動(dòng)態(tài)情景，因而無法體會(huì)課件的精妙之處，我們不妨將課件的相關(guān)說明摘抄如下：

本課件可以演示不同參考坐標(biāo)系中所看到的物體運(yùn)動(dòng)的情景。

場(chǎng)景中灰色區(qū)域代表河流，河流內(nèi)白色小點(diǎn)順著河水流動(dòng)（無相對(duì)速度），河里有深灰色的船，在水中移動(dòng)，上下兩淺灰色區(qū)域代表陸地，陸地上黑色點(diǎn)為樁柱（相對(duì)陸地固定），陸地上有一行人在行走（也可以進(jìn)入河水中游泳）。

你可以用鼠標(biāo)嘗試以下的變化：

1.在圖形區(qū)域內(nèi)移動(dòng)鼠標(biāo)，會(huì)改變觀察者的參考坐標(biāo)系統(tǒng)。

2.如果勾選Info會(huì)同時(shí)畫出相對(duì)速度（以箭頭表示，并顯示數(shù)值）。

動(dòng)畫暫停時(shí)，可于箭頭尖端附近按下鼠標(biāo)左鍵后，左右拖動(dòng)鼠標(biāo)以改變?cè)撐矬w運(yùn)動(dòng)的速度。圖形最左邊的數(shù)字顯示物體在參考坐標(biāo)系內(nèi)的X坐標(biāo)。

3.上下拖動(dòng)鼠標(biāo)，可以改變行人的垂直方向速度。當(dāng)動(dòng)畫繼續(xù)時(shí)，行人會(huì)逐漸進(jìn)入水中，當(dāng)進(jìn)入水中時(shí)，假設(shè)行人以相對(duì)于陸地的相同速度，在水中相對(duì)于河水游泳。請(qǐng)?jiān)囈辉?，在不同坐?biāo)系中所看到的情形，別忘了嘗試在船上觀看河里游泳的人。當(dāng)行人回到岸上時(shí)，恢復(fù)原來的速度。

4.為了增加二度空間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，于面板右上方增加2D選項(xiàng)，勾選2D選項(xiàng)后，會(huì)多畫出一個(gè)由長(zhǎng)方形運(yùn)動(dòng)體尾端垂直上拋的藍(lán)色球，并以白色描出在不同觀察坐標(biāo)系統(tǒng)下的軌跡。本程序可以借由多種不同排列組合相對(duì)速度之間的關(guān)系，希望能讓你對(duì)相對(duì)速度有較深刻的認(rèn)識(shí)。

現(xiàn)在我們來看看這個(gè)課件有哪些特點(diǎn)：

1.多變。當(dāng)鼠標(biāo)放在不同的區(qū)域內(nèi)時(shí)，可以變換不同的參照系；可以方便地改變對(duì)象的速度；岸上的人可以下水游泳以研究相對(duì)于岸的速度，還可以有多種不同排列組合的相對(duì)速度之間的關(guān)系，讓你對(duì)相對(duì)速度有較深刻的認(rèn)識(shí)。

2.仿真度高。課件提供的數(shù)據(jù)精確可靠，具有研究的價(jià)值。

3.畫面簡(jiǎn)潔。要說的話留給教師去說，一個(gè)字也不寫，如什么叫參照物，什么是運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性；要看的對(duì)象留給學(xué)生去想，像人、樹、船什么的，在畫面里都只有一個(gè)符號(hào)。你看那個(gè)“人”，一個(gè)小圓圈下面用四根棍棍代表了手腳，那條船也就是個(gè)小橢圓，看來作者不想讓這些東西變得花哨來干擾要揭示的規(guī)律。

再來看看我們常見的典型的《相對(duì)運(yùn)動(dòng)》課件。有個(gè)課件分為七個(gè)場(chǎng)景：演示1——小車，演示2——小孩跑步，演示3——飛機(jī)1，演示4——飛機(jī)2，還有船1、船2、人造地球衛(wèi)星等。圖4是小孩跑步動(dòng)畫的截圖，圖中的兩個(gè)小孩以相同速度正在跑步，下面用文字說明選取不同的參照物會(huì)有不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

圖4小孩跑步動(dòng)畫截圖

與前者比較，有哪些差別？

首先，前者的多變側(cè)重于物理?xiàng)l件上的改變。例如，改變參照物，改變速度，而固定模型不變。后者在不斷變換場(chǎng)景中，不斷地變換實(shí)例而不模型化，這種時(shí)這時(shí)那的忽悠，形式上雖然熱鬧，對(duì)物理概念的建立并無補(bǔ)益。其次，我們的一些課件十分講究“美感”，在形式上追求得過多，動(dòng)不動(dòng)就是花兒的怒放，卡通人物的手舞足蹈，聲光電的全武行演出（當(dāng)然，在低年級(jí)適當(dāng)利用一些動(dòng)畫元素來引起學(xué)生的興趣也無可厚非），至于是否會(huì)沖淡主題則考慮得少。再次，前者畫面簡(jiǎn)潔而不簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)的是與主題無關(guān)的內(nèi)容，著力打造的是物理規(guī)律的揭示。例如，它的人和樹與后者相比，雖“遜色”得多，但卻省事得多，還不會(huì)勾引學(xué)生的眼球?；叵胛易约鹤稣n件的經(jīng)歷，真是感慨萬千，我不知在追求課件的“美”上花費(fèi)了多少工夫，我甚至懷疑自己因美工基礎(chǔ)不好而不可能是制作課件的材料。制作課件的主要精力應(yīng)該放在什么地方，難道不值得我們深思嗎？

課件已經(jīng)完成了它的歷史使命，我們需要的是在繼承它的基礎(chǔ)上大力發(fā)展積件。一個(gè)好的積件應(yīng)該符合新課標(biāo)的要求，既能有利于落實(shí)知識(shí)的教學(xué)，又能輔助教師方便地組織學(xué)生自主學(xué)習(xí)，對(duì)啟迪學(xué)生思維具有積極的作用。但它在課堂上只能是配角，我們不主張它與傳統(tǒng)教學(xué)手段爭(zhēng)寵，因此，“適可而止”應(yīng)該成為制作和應(yīng)用多媒體輔助工具的一條原則。