于方軍

對(duì)于物理原理和概念的理解，如果從學(xué)生喜歡玩的游戲入手，讓學(xué)生利用Scratch這種簡(jiǎn)單的圖形化編程工具進(jìn)行游戲的設(shè)計(jì)，或者是通過修改游戲參數(shù)，來觀察物理現(xiàn)象，分析物理問題，驗(yàn)證物理規(guī)律，學(xué)生應(yīng)該更容易理解。并且對(duì)于不能直接觀察的一些微觀現(xiàn)象，還可以通過虛擬仿真的方式加以模擬和體現(xiàn)。

本案例的設(shè)計(jì)旨在通過一個(gè)米奇奔跑的小游戲，讓學(xué)生理解機(jī)械運(yùn)動(dòng)、參照物、運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性，使他們?cè)谡{(diào)節(jié)程序中的參數(shù)的同時(shí)，也對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行觀察、分析和驗(yàn)證。

● 問題的提出

“咱們來看看下面這個(gè)例子：于老師靜靜地坐在從淄博到北京的動(dòng)車上睡著了，兩個(gè)多小時(shí)后等于老師醒來時(shí)，火車已經(jīng)到達(dá)北京，那么在這個(gè)過程中于老師“運(yùn)動(dòng)”了嗎？如果說于老師動(dòng)了，對(duì)面的乘客會(huì)反對(duì)說于老師一直坐在那里睡覺，如果說沒動(dòng)，那于老師怎么能從淄博來到了北京呢？”

我通過問題式的導(dǎo)入方式，引起學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的觀察和思考。

● 游戲腳本的設(shè)計(jì)

下面就讓我們來類比一下在高鐵上的情境，在高鐵上我們看到周圍的樹在向后走，而站在軌道旁的人則覺得我們向前走，樹并沒有移動(dòng)。我們將樹和米奇這兩個(gè)角色放置在舞臺(tái)上，如圖1所示。

接下來是米奇的程序，可以通過上移鍵和下移鍵來控制米奇的前進(jìn)速度，不難發(fā)現(xiàn)變量n越大，米奇運(yùn)動(dòng)越快（如圖2）。

運(yùn)用類似的方法我們可以模擬以米奇為參照物，樹“向后”移動(dòng)的場(chǎng)景。用變量m表示樹的速度（如圖3）。

接下來，學(xué)生就可以通過程序來輔助學(xué)習(xí)參照物的概念了，學(xué)生的角色可以有兩種，一種是參與編程和建模然后加深對(duì)概念的理解，另一種是僅僅使用這個(gè)Scratch課件，回答問題。

● 用游戲編程研究物理現(xiàn)象

課程設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則就是要保證學(xué)生的參與，本節(jié)案例采用“導(dǎo)入角色→調(diào)整參數(shù)→研究物理現(xiàn)象”這樣的步驟進(jìn)行。在研究物理現(xiàn)象的同時(shí)，學(xué)生須完成游戲研究報(bào)告，研究報(bào)告設(shè)計(jì)按照“觀察現(xiàn)象→分析問題→驗(yàn)證結(jié)論”的步驟完成。如果學(xué)生設(shè)計(jì)程序的水平不高，可以讓學(xué)生直接導(dǎo)入帶有程序腳本的角色，然后回答以下問題。

1.入門：米奇運(yùn)動(dòng)的探究

導(dǎo)入米奇角色，我指導(dǎo)學(xué)生看清圖的場(chǎng)景設(shè)置及人物狀態(tài)，完成如下問題。

（1）觀察現(xiàn)象

程序沒有啟動(dòng)時(shí)，米奇在舞臺(tái)中的位置 （填“變化”或“沒有變化”），米奇 （填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”）。

當(dāng)啟動(dòng)程序時(shí)，通過按下“上移鍵”使得n值增加，米奇在舞臺(tái)中的位置 （填“變化”或“沒有變化”），米奇 （填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”）。

（2）分析問題

我們是通過觀察米奇在舞臺(tái)中的 變化，來判斷米奇是運(yùn)動(dòng)還是靜止。

（3）驗(yàn)證結(jié)論

在物理學(xué)中，我們把一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)物體位置的變化叫做機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

2.進(jìn)階：對(duì)參照物的探究

什么是參照物呢？參是參考的意思，照是對(duì)照的意思。我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用這個(gè)概念，如“明明”比“長(zhǎng)江”高，長(zhǎng)江就是參照物，“博爾特”跑得比“兔子”還快，兔子就是參照物，上面例子中我們給米奇安排的“參照物”是舞臺(tái)。

在物理學(xué)中，我們判斷一個(gè)物體是運(yùn)動(dòng)還是靜止，要看以哪個(gè)物體作為標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)被選作標(biāo)準(zhǔn)的物體叫做參照物。接下來我們可以導(dǎo)入樹角色，完成對(duì)運(yùn)動(dòng)和靜止相對(duì)性的探究。

導(dǎo)入樹的角色，當(dāng)米奇跑到舞臺(tái)中間時(shí)將n值調(diào)整為0，這時(shí)候米奇會(huì)在在舞臺(tái)上原地跑動(dòng)，調(diào)整m的值（程序設(shè)計(jì)用W、S鍵），樹向米奇相反的方向運(yùn)動(dòng)，完成如下問題。

（1）觀察現(xiàn)象

當(dāng)m、n的值調(diào)整為0時(shí)，米奇在舞臺(tái)上原地跑動(dòng)，米奇在舞臺(tái)中的位置 （填“變化”或“沒有變化”），米奇相對(duì)于舞臺(tái)來說是 （填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”）。

通過按下“W”鍵，使得m值增加，米奇相對(duì)于樹的位置 （填“變化”或“沒有變化”），米奇相對(duì)于樹來說是 。（填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”）

（2）分析問題

米奇相對(duì)于舞臺(tái)來說是 ，相對(duì)于樹來說是 。（填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”）

（3）得出結(jié)論

物體的運(yùn)動(dòng)和靜止是相對(duì)的，描述物體的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，首先要選定參照物。參照物可以根據(jù)需要來選擇，如果選擇的參照物不同，描述同一物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，結(jié)論一般也不一樣。

設(shè)計(jì)不同情境，設(shè)定不同參照物，讓學(xué)生根據(jù)不同參照物判斷物體運(yùn)動(dòng)和靜止的情況，可以加深對(duì)運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性理解。

3.提升：觀察與思考

游戲中藏在樹后“伺機(jī)而動(dòng)”的小貓，如果選擇樹為參照物它是 ，如果選擇米奇為參照物它是 。

分析： 如果以樹為參照物，小貓是靜止的，因?yàn)樾∝埾鄬?duì)于樹的位置沒有變化，如果以米奇為參照物，小貓是運(yùn)動(dòng)的，因?yàn)樾∝埾鄬?duì)于米奇的位置發(fā)生了變化。

● 結(jié)語(yǔ)

本程序是用編程的方法，通過建模和仿真，來提升學(xué)生對(duì)程序和物理概念更加深入的理解。孩子的想象力是無限的，給出更多的素材培養(yǎng)他們的想象力和創(chuàng)新能力是教育的一個(gè)重要方向。這種創(chuàng)造性的活動(dòng)更能加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)理解的深度。在對(duì)游戲主題自我理解的基礎(chǔ)上，添加自己的角色（可以自選素材，也可以用提供的“貓”素材），編輯腳本深入探究，體驗(yàn)創(chuàng)造的快樂。建模和仿真，也是信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)的一種典型的研究方法，仿真并不是簡(jiǎn)單地模擬真實(shí)生活，很多時(shí)候，通過建模會(huì)有意想不到的收獲。例如，在本案例中，如果對(duì)米奇的代碼稍加修改，學(xué)生就可以“發(fā)現(xiàn)”加速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，我們期望這種“驚喜”能夠常常在課堂上閃現(xiàn)，這也是STEAM教育的旨趣之一。