魏春翔

摘 要 “幾何畫板”是一款常用的物理、數(shù)學(xué)多媒體教學(xué)軟件，其帶有豐富的創(chuàng)造功能，可方便教師按照自己的設(shè)計思想編寫出所需的教學(xué)課件。它既能創(chuàng)設(shè)靜態(tài)的幾何圖形，又能動態(tài)的保持幾何關(guān)系，很容易開發(fā)出配合數(shù)學(xué)、物理等課程的課件，已成為制作中學(xué)物理教學(xué)課件的主要創(chuàng)作平臺之—。在高中物理的力學(xué)與運動學(xué)部分經(jīng)常會遇到動態(tài)問題，而傳統(tǒng)教學(xué)中教師憑借粉筆和黑板僅能繪制出靜態(tài)圖像，學(xué)生很難想像變化的物理過程。文章介紹了利用幾何畫板開發(fā)力學(xué)與運動學(xué)課件的過程，這些課件能較好的展示動態(tài)的物理過程，從而提高教學(xué)效率。論文的結(jié)尾部分討論了幾何畫板教學(xué)的有效性及作者對軟件教學(xué)應(yīng)用的體會。

關(guān)鍵詞 幾何畫板 高中物理 力的合成 運動學(xué)

中圖分類號：G424?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.12.068

Using Geometric Sketchpad to Realize the Deep Teaching of

Physics Mechanics and Kinematics in Senior High School

WEI Chunxiang

（Chengdu Foreign Languages School， Zigong， Sichuan 643000）

Abstract "Geometry Sketchpad" is a commonly used multimedia teaching software for physics and mathematics， which has rich creative functions， and it is convenient for teachers to write the required teaching courseware according to their own design ideas. It can not only create static geometric figures， but also maintain dynamic geometric relations. It is easy to develop courseware for mathematics， physics and other courses. It has become one of the main creation platforms for making middle school physics teaching courseware. In the mechanical and kinematic part of high school physics， dynamic problems are often encountered. In traditional teaching， teachers can only draw static images with chalk and blackboard， so it is difficult for students to imagine the changing physical process. This paper introduces the process of developing mechanics and kinematics courseware by using geometric sketchpad. These courseware can show the dynamic physical process better， so as to improve the teaching efficiency. At the end of the paper， we discuss the validity of geometry Sketchpad teaching and the author's experience of software teaching.

Keywords Geometry Sketchpad; high school physics; force synthesis; kinematics

0 引言

多媒體技術(shù)已廣泛應(yīng)用于高中物理教學(xué)?！皫缀萎嫲濉倍绦【罚δ軓姶?，尤其是它具有由函數(shù)牽動動畫功能，使作出的物理課件不僅能模擬試驗還可以量化研究問題，既源于實驗又勝于實驗。教師和學(xué)生可以利用課件進行物理實驗的延伸，探索已知條件逐漸變化的未知結(jié)果，探討具有較大難度的例題習(xí)題。將一些學(xué)生難以理解和用語言難以表達清楚的重難點知識形象、生動地表現(xiàn)出來，優(yōu)化教學(xué)過程，提高教學(xué)效率，從而極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的空間形象能力、邏輯推理能力及創(chuàng)造思維能力。

高中力學(xué)和運動學(xué)的知識中有很多關(guān)于動態(tài)變化的問題，教師僅用一支粉筆和一塊黑板只能畫出一兩幅靜態(tài)圖形。利用幾何畫板可以使傳統(tǒng)教學(xué)中只能在黑板上靜態(tài)表現(xiàn)的結(jié)果變成動態(tài)的展示過程，從而使學(xué)生對一些物理問題理解得更快、更深刻。利用幾何畫板制作的課件，區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)模式，真正體現(xiàn)了現(xiàn)代教育技術(shù)與物理教學(xué)的緊密結(jié)合。

1 課件設(shè)計與制作

1.1 力的合成

1.1.1 設(shè)計目標(biāo)

用平行四邊形法則來求解力的合成。能夠動態(tài)的表現(xiàn)力的連續(xù)變化，任意改變某一分力就能觀察到合力的變化，可改變分力間的夾角，從而改變合力的大小和方向。

1.1.2 制作過程

（1）構(gòu)造線段AB和線段CD。作一點O，以點O為圓心，分別以線段AB，線段CD為半徑作圓C1，圓C2。在圓C1上取一點E作線段OE;在圓C2上取一點F，作線段OF。

（2）過點E，作線段OF的平行線j，過點F作線段OE的平行線k。平行線j和平行線k交于一點G，構(gòu)造線段EG，線段FG，線段OG。

（3）創(chuàng)建點E的動畫，使點E沿圓C1逆時針以中速運動，設(shè)置點G為追蹤點。

（4）選中點O，將其按r=1.0厘米， =90.0度的極坐標(biāo)形式平移得到點O。選中點O點O，以“圓心和圓周上的點”繪圓C3。圓C3交線段OG，線段OF 于點H點I，依次選中點I點H和圓C3，選擇“作圖”——“圓上的弧”命令，繪出由點I到點H的一段弧，度量角度IOH。度量線段AB，線段CD，線段OG的長度。

（5）選中點E，按“直角坐標(biāo)向量”方式，在“水平方向”上平移0.4厘米，得到點E。以點E為圓心，E點為圓周上的點繪圓C4，圓C4交線段OE于點J。以點E為中心，按20度方向旋轉(zhuǎn)點J得到點J，以點E為中心，按-40度方向旋轉(zhuǎn)點J得到點J。選中點J點E點J構(gòu)造三角形內(nèi)部，并將其設(shè)置為黑色。用同樣的方法繪制線段OG和線段OF的箭頭。

（6）在對應(yīng)位置用文本注釋相關(guān)文字。將不必要的信息隱藏。

1.2 行星的運動

1.2.1 設(shè)計目標(biāo)

本課件動態(tài)展示月球、地球、水星、金星、火星的運動過程，展示單個行星運動的軌跡以及其在遠日點和在近日點運動快慢的不同，此外也可以同時演示行星的運動，形象逼真。

1.2.2 制作過程

（1）作點A和點A，點B和點B，點C和點C，點D和點D，點E和點E，點F和點F之間的線段，分別表示月球半徑，月球軌道半徑，地球半徑，水星半徑，火星半徑，金星半徑。

（2）作點G和點H，以點G為圓心經(jīng)過點H作圓C1。以點太陽為中心，按180.0度旋轉(zhuǎn)點G得到點G。在圓上選一點I，做線段GI 和線段GI，作GI的中點 J，過點J作線段GI 的垂線j，交線段GI 于一點，將此點命名為點火星。創(chuàng)建點I的動畫“火星運動”，使點I以中速逆時針沿圓C1單向運動。設(shè)置點火星為追蹤點。

（3）作點K和點L，以點K為圓心經(jīng)過點L作圓C2。以點太陽為中心，按180.0度旋轉(zhuǎn)點K得到點K。在圓上選一點M，做線段KM 和線段KM，作KM的中點 N，過點N作線段KM 的垂線k，交線段KM 于一點，將此點命名為點水星。創(chuàng)建點M的動畫“水星運動”，使點M以中速逆時針沿圓C2單向運動。設(shè)置點水星為追蹤點。

（4）在y軸上選取點O和點P，以點太陽為中心，按180.0度旋轉(zhuǎn)點O得到點O ，以點O為圓心經(jīng)過點P作圓C3。在圓上選一點Q，做線段OQ和線段OQ，作線段OQ中點R，過點R ，作線段OQ的垂線l，與線段OQ 交于一點， 將此點命名為點地球。創(chuàng)建點Q 的動畫“地球運動”，使點Q以中速逆時針沿圓C3單向運動。設(shè)置點地球為追蹤點。

（5）在X軸上選取點F1，以點太陽為中心，按180.0度旋轉(zhuǎn)點F1得到點F2。構(gòu)造線段AB，以F1為圓心，線段AB為半徑，構(gòu)造圓C4。在圓C4上選一點S，做線段F1S，線段F2S，作線段F2S 的中點T，過點T作線段F2S 的垂線m，交F1S 于一點將此點命名為點金星。創(chuàng)建點S的動畫“金星的運動”，使點S以中速逆時針沿圓C4單向運動。設(shè)置點金星為追蹤點。

（6）以點U為圓心，線段“月球軌道半徑”為半徑作圓C5。在圓上取一點V，點地球按向量U到V平移得到點V，此點命名為點月亮。創(chuàng)建點V的動畫，使點V以中速逆時針沿圓C5單向運動。設(shè)置點月亮為追蹤點。

（7）以點火星為圓心，以線段“火星半徑”為半徑繪圓，構(gòu)造圓內(nèi)部。以點水星為圓心，以線段“水星半徑”為半徑繪圓，構(gòu)造圓內(nèi)部。以點地球為圓心，以線段“地球半徑”為半徑繪圓，構(gòu)造圓內(nèi)部。以點月球為圓心，以線段“月球半徑”為半徑繪圓，構(gòu)造圓內(nèi)部。以點金星為半徑，以線段“金星半徑”為半徑繪圓，構(gòu)造圓內(nèi)部。

（8）依次選中“火星運動”，“水星運動”，“地球運動”，“金星運動”，“月亮運動”按鈕，在“編輯”——“操作類按鈕”——“系列”中設(shè)置為同時運動，標(biāo)簽為“行星運動”。

2 應(yīng)用幾何畫板的體會

“力的合成”中通過設(shè)置代表某一分力的線段端點的動畫，使其沿選定的軌跡運動，繼而使合力發(fā)生變化。這一課件可以動態(tài)的演示合力隨分力的變化過程，使學(xué)生可以看到任一時刻合力與分力的關(guān)系。“行星運動”中主要運用了幾何畫板的動態(tài)功能，利用橢圓的形成過程繪制各行星的運動軌跡，使運動一目了然。[1]

“幾何畫板”學(xué)習(xí)容易，操作簡單，自學(xué)就可以掌握其基本用法。因其具有強大的圖形圖像功能、突出的動畫功能等，使得課件制作花時少，課件存儲容量小，易于攜帶，方便交互，已成為制作中學(xué)物理教學(xué)課件的主要創(chuàng)作平臺。

“幾何畫板”變革了教學(xué)方法。它使物理教學(xué)由傳統(tǒng)的教師憑嘴說、憑手寫的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代化的多媒體教學(xué)方式，有利于學(xué)生掌握知識，使其獲得成功體驗，拉進師生間的距離。它作為學(xué)生探究的工具，有效的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，使學(xué)生也可以自己制作課件。[2]同時，它能加大課堂教學(xué)的密度，提高學(xué)生信息吸收率。

“幾何畫板”變革學(xué)習(xí)方式。它做出的圖形圖像都是動態(tài)的，在動態(tài)的過程中又保持不變的幾何關(guān)系，為學(xué)習(xí)過程中提出、分析和解決問題提供了很好的條件，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的能力。[3]它動態(tài)反映過程，可以方便地解決難點問題。它交互性強，能夠讓學(xué)生更多的參與，提高學(xué)習(xí)的積極性和主動性。它有利于知識的延展，并通過對真實情境的再現(xiàn)和模擬，培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)造能力。它具有教學(xué)過程可重復(fù)性，便于復(fù)習(xí)。

“幾何畫板”提高了教學(xué)效率。它不但為教師教學(xué)提供了極大幫助，同時也為學(xué)生提供了一個自由的開闊的，十分理想的環(huán)境。[4]它可以實現(xiàn)資源共享，促進教師在網(wǎng)絡(luò)上的交流和溝通。它可以讓學(xué)生以研究者和探索者的身份主動參與到學(xué)習(xí)之中。它可以擴大教學(xué)信息量，節(jié)省教學(xué)時間。

幾何畫板能夠?qū)⑽锢碇R和數(shù)學(xué)知識緊密結(jié)合起來設(shè)計物理課件，在保持幾何關(guān)系不變的前提下呈現(xiàn)動態(tài)的物理過程。但它只能解決具有幾何關(guān)系的一些物理問題，還需要開發(fā)新的功能。

參考文獻

[1] 張視宇，朱俊杰.“畫板”的自白[J].信息技術(shù)教育，2004（3）.

[2] 陸亞彬.利用幾何畫板實現(xiàn)深度教學(xué)[J].陜西教育，2006（Z1）.

[3] 張獻國.利用幾何畫板培養(yǎng)學(xué)生能力[J].兵團教育學(xué)院學(xué)報，2006（21）.

[4] 齊偉.讓物理教學(xué)更豐富多彩[J].信息技術(shù)教育，2004（3）.