妙用幾何畫(huà)板，探究物理實(shí)驗(yàn)

代賽瑾

妙用幾何畫(huà)板，探究物理實(shí)驗(yàn)

代賽瑾

幾何畫(huà)板（The Geometer's Sketchpad）軟件是由美國(guó)Key Curriculum Press公司制作并出版的一款優(yōu)秀教育軟件，它的全名是“幾何畫(huà)板-21世紀(jì)的動(dòng)態(tài)幾何”。它能夠動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)出幾何對(duì)象的位置關(guān)系、運(yùn)行變化規(guī)律。

“幾何畫(huà)板”窗口由題標(biāo)欄、菜單欄、工具欄、繪圖窗口等組成，工具欄組成依次是選擇工具、畫(huà)點(diǎn)工具、畫(huà)線工具、畫(huà)圓工具、文本工具和對(duì)象信息工具。它操作簡(jiǎn)單，與用word制作物理畫(huà)板相比，其特殊性還在于這些圖形是“靈活的”，可以任意組合、調(diào)節(jié)。教師只要發(fā)揮自己的聰明才智，將幾何畫(huà)板的使用技巧與物理學(xué)科結(jié)合起來(lái)，就能夠創(chuàng)造性地開(kāi)發(fā)出具有獨(dú)特功能的優(yōu)秀課件。

初中物理教學(xué)中幾何畫(huà)板在模擬力學(xué)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)態(tài)演示光路傳播和凸透鏡成像等方面的使用，改變了我們傳統(tǒng)的一些教學(xué)方法，通過(guò)運(yùn)用幾何畫(huà)板可以使學(xué)生能夠迅速有效地掌握相關(guān)知識(shí)，從而使傳統(tǒng)的教學(xué)方法發(fā)生根本性變革。教師可以充分利用它豐富而方便的創(chuàng)造功能編寫(xiě)出自己需要的教學(xué)課件。比如，初中物理凸透鏡成像規(guī)律是學(xué)生感到難學(xué)的內(nèi)容之一。

按照新課標(biāo)要求，《凸透鏡成像的規(guī)律》的教學(xué)主要是通過(guò)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)“探究”得到凸透鏡成像的規(guī)律，探究的結(jié)果一般分五種情況：u＞2f時(shí)，成倒立縮小的實(shí)像；u= 2f時(shí)，成等大倒立的實(shí)像；2f＞u＞f時(shí)，成倒立放大的實(shí)像；u=f時(shí)，不能成像；u＜f時(shí)，成正立放大的虛像。其實(shí)，如果僅僅通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，是很難得出這些結(jié)論的。原因至少有兩點(diǎn)：學(xué)生怎么會(huì)想到要以2F點(diǎn)(u=2f)和F(u=f)點(diǎn)為界來(lái)做實(shí)驗(yàn)？如果是教師預(yù)先指定了以2F點(diǎn)和F點(diǎn)為界分五種情況來(lái)研究，也是不可能的，因?yàn)楫?dāng)蠟燭在2F點(diǎn)附近時(shí)，火焰和它的像都差不多相等；當(dāng)蠟燭在F點(diǎn)時(shí)，在光屏上仍能看到一個(gè)特別大的像；當(dāng)蠟燭在稍小于焦距的位置時(shí)，既能看到放大的虛像，也能看到放大的實(shí)像。這一切都會(huì)使那些越觀察得仔細(xì)越是肯動(dòng)腦的學(xué)生感到疑惑。真實(shí)的情況是學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)最多能觀察到凸透鏡能在光屏上成實(shí)像，還能成虛像。所以，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)探究是無(wú)法得到那些規(guī)律的，絕大多數(shù)的教師都是在學(xué)生實(shí)驗(yàn)后再給學(xué)生講解。這樣不成功的實(shí)驗(yàn)打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)于教師的說(shuō)教，學(xué)生又持疑惑態(tài)度。此課若借助于幾何畫(huà)板則會(huì)使問(wèn)題得到較好的解決。

教師可通過(guò)手動(dòng)畫(huà)板模擬實(shí)驗(yàn)效果：先制作可調(diào)焦距的凸透鏡，然后制作實(shí)物、實(shí)光線及實(shí)像，最后制作虛光線和虛像，如下圖。教師演示該課件時(shí)，可以用手動(dòng)控制物體在光軸上的移動(dòng)，動(dòng)態(tài)演示出不同時(shí)候成像光路圖，有物距、像距、焦距三者的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，從而給學(xué)生直觀的動(dòng)態(tài)感受。

圖用幾何畫(huà)板模擬的凸透鏡成像

幾何畫(huà)板以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)特別是動(dòng)態(tài)性使其在物理教學(xué)中發(fā)揮了重大的作用，它作為教學(xué)的一個(gè)輔助教學(xué)手段營(yíng)造了良好的物理環(huán)境，通過(guò)一個(gè)個(gè)動(dòng)態(tài)課件向?qū)W生展現(xiàn)了物理量變化過(guò)程和規(guī)律，培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使得教師的課程內(nèi)容更加生動(dòng)，更具感染力。

當(dāng)然，任何軟件都不是完美的，幾何畫(huà)板也不例外。幾何畫(huà)板雖然能夠非常準(zhǔn)確地模擬物理現(xiàn)象，但一般課堂上能做的物理實(shí)驗(yàn)不應(yīng)直接用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)代替。在教學(xué)條件不允許，實(shí)驗(yàn)無(wú)法做出或者效果不明顯的情況下，教師可以借用幾何畫(huà)板與其他教學(xué)媒體設(shè)計(jì)軟件結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，從而使教學(xué)效果達(dá)到最優(yōu)化。

（作者單位：云夢(mèng)縣實(shí)驗(yàn)中學(xué)）

責(zé)任編輯 嚴(yán)芳