GeoGebra軟件在農(nóng)村中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用研究

楊柱松

(青川縣涼水九年制學(xué)校 四川 廣元 628100)

農(nóng)村學(xué)校由于各種教學(xué)資源和師資力量的匱乏，一直制約著農(nóng)村學(xué)校的發(fā)展與進步，而作為以實驗為主的自然探究學(xué)科——物理的教學(xué)更是存在眾多的問題與困境，諸如靠記憶物理理論知識來代替科學(xué)思維的培養(yǎng)，演示實驗和探究實驗在教學(xué)中的缺乏等.

作為農(nóng)村中學(xué)一線教師，一直深深體會到農(nóng)村中學(xué)物理教育的困境，但是隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)村學(xué)?；ヂ?lián)網(wǎng)設(shè)施設(shè)備的完善以及教師信息技術(shù)能力提升培訓(xùn)的普遍開展，基于互聯(lián)網(wǎng)+教育的理念下，通過信息技術(shù)手段來創(chuàng)新農(nóng)村初中物理教育教學(xué)方式，提升農(nóng)村初中物理教育教學(xué)效果早已切實可行.在眾多的可用于物理教學(xué)的軟件中，GeoGebra以其免費、開源、功能強大、交互性強、易于交流學(xué)習(xí)等特點已被眾多教師應(yīng)用于數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科教學(xué)中[1].

1 初識GeoGebra

圖1 凸透鏡成像規(guī)律題目

接觸GeoGebra源自對一道凸透鏡成像規(guī)律的題目(圖1)的討論，參考答案給定為C，但是通過GeoGebra軟件的動態(tài)演示，非常直觀地顯示出點光源運動的成像軌跡為一橢圓，如圖2所示.

圖2 GeoGebra動態(tài)演示軌跡

由此，筆者對GeoGebra在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用深感興趣，對GeoGebra進行了一定的了解和學(xué)習(xí).GeoGebra 是適用于所有教育階段的動態(tài)數(shù)學(xué)軟件，它將幾何、代數(shù)、表格、圖形、統(tǒng)計和微積分匯集在一個易于使用的軟件包中，可支持科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué) (STEM) 教育以及教學(xué)和學(xué)習(xí)創(chuàng)新[2].非商業(yè)使用者可通過GeoGebra官方網(wǎng)站免費獲得該軟件各種版本和教程.筆者學(xué)習(xí)使用后發(fā)現(xiàn)該軟件具有以下優(yōu)點：

(1)全平臺應(yīng)用

不管是電腦、平板還是手機都可以使用，既能下載安裝客戶端離線使用，適用于 iOS,Android,Windows,Mac,Chromebook和Linux，也能通過在線使用網(wǎng)頁版，各平臺使用界面統(tǒng)一，可以隨時隨地使用該軟件，不受設(shè)備的限制，只要有智能手機就能利用閑暇時間制作和查看教學(xué)課件資源.

(2)簡單易學(xué)，功能強大

GeoGebra提供了“工具”“指令”“腳本”3種輸入方式，沒有任何編程知識的使用者可通過“工具欄”直觀地進行各種點、線、面、體的繪制，所見即所得，非常簡單就能制作出想要的課件資源.后期可以學(xué)習(xí)使用“指令”和“腳本”進行更加復(fù)雜的課件資源設(shè)計.

(3)完整的動態(tài)演示

GeoGebra可提供幾何、代數(shù)和表格之間完全動態(tài)互聯(lián)，針對一些復(fù)雜的物理過程可根據(jù)物理原理制作完整的動態(tài)過程演示資源，直觀準確地演示物理變化的本質(zhì).

(4)網(wǎng)絡(luò)資源豐富

GeoGebra作為一個免費開源軟件，已有全球眾多開發(fā)志愿者、使用者參與其中，通過官方網(wǎng)站發(fā)現(xiàn)有一百多萬數(shù)學(xué)與科學(xué)方面的免費活動、模擬實驗、練習(xí)、課程及游戲.非商業(yè)用戶隨手可得這些豐富的資源進行學(xué)習(xí)與交流.

2 GeoGebra在農(nóng)村初中物理教學(xué)中的應(yīng)用舉例

通過上面對GeoGebra的認識，我們可以利用GeoGebra在初中物理的運動學(xué)、力學(xué)、光學(xué)等內(nèi)容教學(xué)中進行完整的連續(xù)動態(tài)演示, 獲得更明顯的實驗效果，使學(xué)生對物理知識理解掌握得更透徹.實驗證明，利用 GeoGebra制作的許多教學(xué)演示十分直觀，教學(xué)效果也比較理想[3].下面就在初中物理課堂教學(xué)中使用GeoGebra進行一些應(yīng)用舉例.

2.1 制作動態(tài)課件增加物理課堂的趣味性

眾所周知，單純物理概念知識的學(xué)習(xí)是比較枯燥乏味并且相對深奧難懂的.初二的學(xué)生才開始學(xué)習(xí)物理，在目前的農(nóng)村教育環(huán)境下，應(yīng)試為主，加之農(nóng)村教育資源相對匱乏，物理當(dāng)文科上，靠背誦記憶和題海戰(zhàn)術(shù)應(yīng)付中考是比較普遍的現(xiàn)象，導(dǎo)致本該有趣的物理變成大多數(shù)學(xué)生比較害怕的一個學(xué)科.引入GeoGebra，可以在實驗器材和實驗時間不足的情況下通過信息技術(shù)手段演示一些生動的物理現(xiàn)象與實驗，比如在光的反射定律中，我們利用GeoGebra制作課件(圖3)，可以移動光源S以及入射點O，改變?nèi)肷浣?，演示光的反射定律中的反射角與入射角的關(guān)系，同樣的，我們可以在GeoGebra軟件里演示平面鏡成像特點(圖4)[4].教師通過親自制作動態(tài)課件，特別是課堂上快速地制作演示比使用現(xiàn)成的動態(tài)演示更能增加課堂的趣味性，提高學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)積極性.

圖3 GeoGebra制作光的反射定律課件

圖4 GeoGebra制作平面鏡成像課件

2.2 演示復(fù)雜物理過程培養(yǎng)邏輯思維能力

很多物理過程是復(fù)雜的，初中物理所學(xué)知識又甚少，往往在考慮問題時不能全面，這時如果使用GeoGebra將復(fù)雜的物理過程進行完整的動態(tài)演示，對學(xué)生邏輯思維能力的培養(yǎng)將會起到巨大的作用.如圖1所示的題目，作為初中學(xué)生來說，限于知識的深度與廣度，只能通過有限的特殊點做光路圖找出其像點，然后再將點連成曲線.一般的做法是在點光源運動軌跡的圓周上取上下左右4個點，作出像點(圖5)，或者思維再嚴謹點兒的同學(xué)再多選取幾個點(比如6個點)作出像點(圖6)[5].

圖5 作4個像點得到的軌跡

通過前面的介紹，我們知道這兩種軌跡都是錯誤的，那么對于初中學(xué)生來說,明明按照凸透鏡成像規(guī)律做出來的圖為什么會出現(xiàn)這樣的錯誤呢？原因在于初中物理知識學(xué)習(xí)的局限性，在初中是沒有學(xué)習(xí)凸透鏡成像中物距、像距和焦距三者之間的關(guān)系的，所以在作圖的過程中致使左右兩個像點是很不準確的，這使得最終得到的軌跡與真實情況相差甚遠，更不用說使用解析幾何知識得到像點的軌跡方程來進行判斷.如果使用GeoGebra軟件，因為其易于學(xué)習(xí)操作的特點，教師甚至是學(xué)生都可以比較輕松地做出完整的動態(tài)演示課件，直觀地演示出其運動軌跡，學(xué)生能夠完整、全面地看出物理現(xiàn)象的真實情況，這對于學(xué)生的邏輯思維培養(yǎng)非常重要，可使學(xué)生逐步形成全面、嚴密的邏輯思維能力，避免思考問題的片面性.

3 感悟與期望

筆者在多年的農(nóng)村教學(xué)中深深感知到農(nóng)村教育的不易，在各種信息設(shè)備飛速發(fā)展的今天，教師對信息設(shè)備的使用還僅停留在對信息的搜集上是遠遠不夠的.學(xué)生使用智能終端也幾乎是被游戲所吸引，這樣不僅對學(xué)習(xí)沒有幫助，反而會嚴重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)和身心健康發(fā)展.所以教師一定要與時俱進，充分學(xué)習(xí)先進的信息技術(shù)，指導(dǎo)學(xué)生使用智能終端設(shè)備投入學(xué)習(xí)，在教學(xué)中形成正向的良性循環(huán).筆者對GeoGebra與中學(xué)物理的動態(tài)可視化教學(xué)做了初步的嘗試，在今后教學(xué)中需要不斷加強學(xué)習(xí).同時也希望在農(nóng)村一線的教育工作者，特別是數(shù)學(xué)、物理學(xué)科，能有越來越多的老師學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)GeoGebra的種種優(yōu)點，共同學(xué)習(xí)、互相交流，將這一免費開源資源應(yīng)用于過程探究、情景演示等教學(xué)活動中．在正向的思維引導(dǎo)下提升學(xué)生的邏輯思維能力.