运用几何画板优化高中力学教学11

运用几何画板优化高中力学教学

运用几何画板优化高中力学教学

1 引言

1.1问题的提出

物理学是一门基础自然科学，它所研究的是物质的基本结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律以及所使用的实验手段和思维方法。高中物理新课标指出：高中物理教学旨在进一步提高全体学生的科学素养，在课程实施上注重自主学习，提倡教学方式多样化，应根据实际内容的需要，选用合适的多媒体辅助教学，重视传统教学和多媒体技术的结合，充分发挥它们在物理教学中的作用。[1]

力学是高中物理的重要组成部分，是高中物理学习的第一环，也是重要的一环。力学知识由于其具有抽象性、矢量性、数学性等特点，给教师的教学和学生的学习带来了困难。一只粉笔、三尺讲台的教学模式已不能满足力学教学的需要，教师在力学教学中遇到了诸多疑难:如何更完美的展现力学中的数形结合？如何让学生感受微观尺度的力学世界？力学中有很多宏观现象牵涉到微观解释，比如横波的传播等；能否动态地观察力学中物理量的变化过程呢？ [2][3][4]

遇到这些问题时，教师会借助多媒体、实验和生活情境等手段来辅助教学，其中应用最广泛的手段是多媒体辅助教学，目前在中学物理教学中使用较多的软件包括PowerPoint、flash、几何画板、仿真物理实验室等，不同软件在不同方面发挥着作用。几何画板由于使用方便、形象直观、动态交互、定量控制等特点，而在创建力学情景、分析力学问题、探索力学规律方面得到了教师的广泛应用。[5][6]

1.2研究背景

1.2.1 科技进步推动物理教学的发展

21世纪以来，科学技术迅猛发展，加强现代信息技术在教学上的应用，己成为各国教学改革的重要方向之一。随着计算机技术和网络技术的迅速发展,计算机技术渗透到教学领域的方方面面。如今，物理教学中多媒体的应用也越来越多，它除了在构建学习环境方面有很大的用处外，还对优化知识的表现形式很有帮助。在高中物理课堂中引入多媒体辅助教学，使物理教学手段变得更加丰富、生动和多样化，能够为学生的学习和发展提供丰富多彩的教学环境和有利的学习工具，大大提高教与学的效率。[7]

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1.2.2 新课标下的力学教学

在力学教学中，无论教师也好，学生也罢，都认为力学难，难教、难学。为了贯彻以学生为本的教育思想，2011年教育部制定了新的物理课程标准，新物理课程标准更新了很多基本理念,给物理教学注入了新的活力和生机，对提高物理教育教学质量提出了新的要求和希望。新课程标准要求信息技术走进课堂，内容上要求体现时代性、基础性和选择性。那么在力学教学中就必须充分发挥学生的主观能动性，学生只有积极参与和有效参与，在实践中掌握物理知识，才能产生对物理的情感，形成积极的学习态度和人生态度，使知识技能、过程和方法、情感、态度和价值观三个维度有机统一。几何画板课件的使用，可以使力学教学中现象和过程更具体化和形象化，有利于启发学生思维，培养学生的创新能力。[8]

1.2.3 几何画板在力学教学中的应用现状

我国人民教育出版社于1995年引入几何画板中文版（3.05 版）,由全国中小学计算机教育研究中心负责推广和实验工作。[9]几何画板既是科技进步的产物，也符合新课

改对信息技术走进课堂的要求，所以运用几何画板来辅助力学教学是教师的必然选择。

[1]

几何画板虽是一款几何教学软件,其实也很适合物理学科。几何画板在力学教学中主要用于构建物理模型、绘制物理图像、展现物理过程等方面，广泛用来制作小车的运动、力的合成、单摆、波的传播、定动滑轮等课件。运用几何画板可以反映物理变化规律，既可以模拟实验，又可以量化地研究问题，充分体现计算机在实验与理论之间搭桥的辅助教学作用。[10][11]

1.3 研究的意义和目的

本文研究的意义是体现教学与教育政策相接轨，让信息技术走进课堂，增强师生对信息技术的意识，体现多媒体对教学的辅助作用。本文研究的目的是利用几何画板来优化高中力学教学，几何画板的使用，最终目的还是为了提高教学质量。那么在力学教学中如何才能提高几何画板应用的有效性，体现它对力学教学的优化作用呢? 这是本文所要研究的。因此，本文对几何画板优化高中力学教学提出了几条策略，供教师参考，希望起到抛砖引玉的作用。

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2 研究的理论基础

2.1计算机辅助教学理论

计算机辅助教学是一种新的教育技术，它代表着一种教学思想与教学方式，反映了

一所学校教学手段现代化的程度。

随着现代科学技术的发展，计算机在教育领域得到了广泛应用，并且正迅速成为最有发展前景的教学媒体和教育管理工具。计算机在教育领域中的应用，改变了传统的教育教学手段，教学不再局限于简单的教学用具，网络技术、多媒体技术和计算机技术综合运用于教育教学之中，从而促进了教育思想和教学理论的变革与发展。由此而产生一系列相关的基本思想、基础理论和技术方法，并逐渐形成一门把教育学知识与计算机科学技术相结合的新兴的学科—计算机辅助教育(CBE)。它是计算机技术的一个重要应用领域，是现代教育技术的重要组成部分。多媒体技术与网络技术的紧密结合代表了计算机辅助教育的发展趋势。多媒体技术在教学方面的应用是当前教育界普遍关心的一个热点问题。它把教学内容按人类的联想方式组织成教学信息，以文本、图形、图像、动画、视频、和声音等多种媒体形式展示教学信息，借助友好的人机交互界面，为学生提供良好的参与环境，有利于激发学生的积极性。[12]几何画板作为计算机辅助教学软件中的一

种，在计算机辅助教学理论的指导下，越来越多地应用于力学教学，服务于力学教学。

2.2 建构主义学习理论

20世纪80年代中期以来，建构主义理论从认知理论中脱颖而出，作为一种新的认知论和学习理论在教育研究领域产生了深刻的影响。[13]

建构主义学习理论是新课程改革的理论基础之一，建构主义学习理论认为，学习过程是人的认识思维活动的主动建构过程，是人们通过现有的知识经验与外界环境进行交互活动以获取意义建构过程；学习者不是知识的被动接受者，而是知识的主动建构者，外界施加的信息只有通过学习者主动建构才能变成自身的知识。

与建构主义学习理论相适应的教学模式为:“以学生为中心，在整个教学过程中教师起组织者、指导者、和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境充分发挥学生的主动性、积极性和创新精神，最终使学生有效地进行对知识的意义建构。”[14]

新的物理教学理念强调教学的重心不在于关心学生“知道了什么”，而在于关心他们是“怎么知道的”。在建构主义理论的指导下，几何画板辅助力学教学为学生学习搭

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设了一个有效平台，给学生提供资源、创设情境，引导学生主动参与，协作学习，自主进行知识探究，学生通过现有的知识经验与几何画板界面环境进行交互活动，最终实现知识意义的建构，达到掌握知识的目的。

3 运用几何画板优化高中力学教学的策略研究

3.1高中力学概述

3.1.1力学简介

力学是研究物质机械运动规律的科学。力学又称经典力学，是研究通常尺寸的物体在受力下的形变，以及速度远低于光速的运动过程的一门自然科学。机械运动是物质运动的最基本的形式。机械运动亦即力学运动，是物质在空间中的位置变化，包括移动、转动、流动、变形、振动、波动、扩散等。[15]

力是物体间的一种相互作用，机械运动状态的变化是由这种相互作用引起的。[16]

因此，力学可以说是力和运动的科学。

3.1.2力学知识在高中物理知识体系中的地位和作用

高中物理内容分为力学、热学、电学、光学和近代物理初步几个部分。力学知识是高中物理的基础与核心，一直延伸到电磁学、热学和高中的近代物理部分，力学学习是其他部分学习的奠基。学生进入高中后，首先学习的就是力学。可以说，力学学好了，高中物理学习就有了一个良好的开端。力学对人类的生活和科学技术的发展具有深远影响，战争中飞机投弹需要运用力学知识，铁轨的建造需要运用力学知识，卫星的发射需要运用力学知识等等。能准确地描述力和物体的运动，是高中生学习力学的必备能力，因此，学好力学知识至关重要。由于力学在物理学习中的基础性和重要性,高中教材的编排往往把力学放在最开始学习。[17]

3.2 几何画板简介

几何画板是由美国Key Curriculum Press公司制作并出版的工具平台类优秀教学软件，被称为“21世纪的动态几何”，其英文名是The Geometers Sketchpad(简称GSP)。几何画板是一个适用于几何教学及物理教学的软件。它以点、线、圆为基本元素，在这些基本元素的基础上，它能显示或构造出其它较为复杂的图形，能把抽象的几何图形形象化，它最大的特色是“动态性”，即：可以用鼠标拖动图形上的任一元素，而事先给定的几何关系（即图形的基本性质）保持不变，这样更有利于在图形的变化中把握不变，

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