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

深入几何的精髓。它是全国中小学计算机教育研究中心推广使用的软件之一。[9]几何画板5.05的界面如下图所示：

图1 几何画板的操作界面

画板的左侧是工具栏，包括移动箭头工具、点工具、圆工具、线段直尺工具、多边形工具、文字工具、标记工具、信息工具、自定义工具。几何画板的功能突出表现在以下几个：（1）几何构图功能，几何画板的作图功能可以精确地构造出丰富的图形和图像,而且注重数学表达的准确性。（2）动画功能，几何画板可以针对教学的要求制作动画和移动对象。还可以让几何图形转动起来产生三维效果的直观图，培养空间想象能力，对研究动态的物理问题非常有帮助。（3）度量和计算功能，几何画板提供了度量和计算功能，能够对所作出的对象进行度量。当被测量的对象变动时，显示它们大小的参数也随之改变，通过度量的数据可以观察它们的变化和关系。

3.3运用几何画板优化力学教学的策略

力学本身具有矢量性、数学性、抽象性等特点，这些特点给力学教学造成了困难。结合几何画板的功能来看，几何画板正好能展示数形结合，体现物理量的矢量性，因此，将力学教学与几何画板有机结合在一起，利用几何画板来辅助力学教学、优化力学教学具有一定的可行性和必要性。

3.3.1运用几何画板优化力学知识的表现形式

运用几何画板体现力学知识的数形结合。众所周知，数理不分家。高中物理与数学函数紧密联系在一起,几何画板能展现数形的联系,从而帮助学生了解物理过程、构建物

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理模型。力的矢量性就如同数学中的向量，物理规律一般是由数学方程表达的，然而，大多数学生在学习的过程中意识不到这一点。在传统的力学教学中，教师通过画图、标数值来进行教学，学生看不出数和形的对应变化关系，而通过几何画板，可以让学生深切地体会到数形之间的联系。如，几何画板做的力的合成课件，平行四边形中力在变，平行四边形的形状也在变，显示力的大小的数值也随之变化；如几何画板做的直线运动位移随时间变化的课件，随着时间的改变，位移图像在变化，显示位移大小的数值也在不断改变。这样既展现了数，还展现了形，更重要的是体现了数形的结合。 3.3.2运用几何画板优化力学教学情境

几何画板可以使深奥问题更容易理解。在高中力学教学中，学生难以想象天体之间的运动，这类运动比较深奥和难以表述。那么，在教学中如何将这些深奥的运动变成学生容易接受的、可以想象的呢？在传统的教学中难以实现，传统的教学中既无法用实验来操作，也无法仿真模拟，学生由于缺乏感性认识而难以掌握这个知识点。利用几何画板课件可以模拟天体之间的运动，模拟人造卫星的运动，使学生直观形象地观察到运动的过程和规律，让学生明白再复杂的运动都是由一些基本的运动相叠加而得到的。几何画板课件在力学教学中为学生创设了物理情境，为学生进行知识的建构搭建了一个平台，便于学生理解。这样增强了学生学习物理的信心和兴趣，不会因为物理学所研究的一些比较深奥的内容而产生畏惧。 3.3.3 运用几何画板优化力学教学过程

几何画板可以使抽象的物理过程动态化、直观化。物理过程具有动态变化的特点，传统的教学可以用描迹法、图像法分析物理过程的大致规律，这样效率低，而且不够准确，学生只能根据自己的理解程度来想象过程，但未必能形成正确的认识。比如斜面上物体受力的动态平衡，当在运动过程中一个力变化，其它力也会随之变化，由于所涉及的情况比较复杂，学生很难想象这个过程。利用几何画板的“动画”功能制作的课件，可以将几个共点力变化情况都直观准确地表现出来。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发现物理规律及其特点。

几何画板可以描绘物体运动的轨迹，观察运动过程。在高中力学教学中，经常需要描绘物体的运动轨迹，如带电粒子在复合场中的运动，抛体运动等。传统教学难以描述这个过程，用几何画板的“轨迹跟踪”功能来模拟演示，可以弥补传统教学的不足。如，用几何画板描绘抛体运动的轨迹，可以在教学中让学生观察到物体的运动过程，便于对

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运动过程进行分析和理解。 3.3.4运用几何画板优化教学结构

运用几何画板教学可以体现力学教学中主客体的关系。新课程标准强调“双主”模式，做到主导和主体的有机结合，“教师为主导，学生为主体”是应遵循的教学原则之一。传统的课堂是以教师为中心，教师自始至终地讲，学生盲目地听、记，学生成了被动的接受知识的机器。利用几何画板课件教学，体现了“双主”模式在力学教学中的应用，教师起主导作用，教师只是帮助学生建构知识，而学生才是知识的主动建构者，体现了学生的主体地位，通过几何画板的交互界面，可以让学生在轻松、愉快的氛围中学习。让学生充分发挥主观能动性，真正成为学习的主人。 3.3.5运用几何画板优化力学实验效果

借助几何画板可以展示课堂无法演示的力学实验。在常规课堂教学或物理实验室里，由于受条件的限制，无法向学生直观演示一些理想化的、微观的、极快的、极慢的力学实验。如波的叠加、伽利略的理想斜面实验等等，学生也因得不到感性认识而难以理解这些知识点。但借助几何画板，可突破条件的束缚，进行仿真模拟。如，用几何画板做波的叠加课件，只要点击“开始叠加”，两列波就开始叠加，不仅能看到单列波的波动情况，还能看到叠加后的波，将现象生动、形象地展现在学生的眼前,有助于学生理解和掌握。同时，也大大激发了学生的学习兴趣。

4 案例研究

4.1案例一—“力的合成”的案例研究

4.1.1 力的合成教学综述

《力的合成》是高中物理必修1第三章第四节内容，本节内容是课堂教学与实验教学的综合运用。力的合成是矢量合成的基本方法的体现，是解决力学问题的一个重要方法，是以后学习牛顿运动定律的基础之一。平行四边形法则是解决矢量问题的基础和工具，力的合成不过关，对后续牛顿第二定律、物体受力分析的理解和应用都无从谈起，电场、磁场的叠加就不能得心应手。另一方面，这节课又让学生体会到物理学的一种重要的思想—等效代替的思想，等效思想为以后理解运动合成与分解奠定基础。因此力的合成在物理学中的地位和作用至关重要。[18] 4.1.2 教学过程与分析

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下图是用几何画板做的力的平行四边形定则的课件:

图2 力的平行四边形定则

下面结合几何画板课件对力的合成教学过程进行分析。

表1 力的合成教学过程设计

教 师 活 动 一、合力和分力的概念 演示实验： 两个弹簧秤互成角度的悬挂一个钩码，拉力分别为F1和F2；再用一个弹簧秤悬挂同一个钩码拉力为F。 问：看到了什么？说明了什么？ 学 生 活 动 观察，思考 分析回答：力F1和 理解“等效代替”的方法 设计意图 引出概念：力F产生的效果与力F1和F2共F2共同产生的效果同产生的效果相同，力F就叫做力F1和F2与力F产生的效果的合力，F1和F2叫做分力。 课件演示：几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于同一点，这几个力叫做共点力。 二、探究求合力的方法 相同，即均使钩码处 于静止状态。 猜想、分组讨论 提出问题：互成角度的两个共点力的合力 8