信息技术助力中学物理极限思想可视化的探究 论文.docx

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信息技术助力中学物理极限思想可视化的探究

摘要:中学物理学科中多次用到了极限思想,主要解决变化率和积累等物理问题。

笔者尝试借助信息技术将极限思想可视化,用VisualBasic软件编程制作课件,动态展示“化变为恒”、“从平均到瞬时”、“化曲为直”的渐进变化过程,从而帮助学生深入理解极限思想。

关键词:信息技术,中学物理,极限思想,可视化,VisualBasic

中学物理学科中多次用到了极限思想,主要解决变化率和积累等物理问题。就高中学生对数理结合的认知能力现状而言,还处于一种较低层次水平,对极限思想的理解比较模糊,若是借助信息技术将极限思想可视化,便可帮助学生将理性思维感性化,这样利于学生深刻理解极限思想。

一、信息技术助力可视化教学的意义

信息技术(InformationTechnology)是指用于处理信息、管理信息所采纳的科学技术的总称,简称IT。服务于物理教学中的信息技术是指一些软件技术和硬件技术的综合应用,其包括:电子技术、软件技术、网络技术、感测技术、控制技术、光刻技术、显示技术等,是借助以微电子技术为基础的计算机技术的应用手段,是对声音、图像、文字、数字和各种传感信息进行获取、加工、处理、储存和使用的技术。

本文所述信息技术重点应用了计算机软件编程技术。

可视化教学(VisualTeaching)体现了有效的“教”与有效的“学”的本源,即可视化教学具有两层含义:一是让教师看见学生的“学”,教师能清楚得看到自己所起的作用;二是让学生看见教师的“教”,促使学生自主建构性学习。本文所述的可视化是指应用信息技术手段助力学生实现极限思维过程可视化,其意义在于帮助学生克服思维障碍,给予必要的技术支持,帮助学生体验物理学的情景,培养抽象思维能力,培养科学探究素养,提高学习实效性。

二、中学物理中的极限思想

极限思想是微积分在中学物理中的体现,是指用极限观念分析问题和解决问题的一种数学思想,是近代数学和物理中的一种重要思想方法。极限思想在中学物理教学中也常称为微元法,也就是把研究对象分为无限多个无限小的部分(微元),达到“化整为零”、“化曲为直”、“化变为恒”的目的,取出有代表性的极小的一部分进行问题分析,进而实现从局部到整体综合起来加以分析问题的科学思维方法。

中学物理用到的极限思想在必修教材中的体现主要如下:

①一些物理概念:瞬时速度、瞬时加速度、瞬时功率等,圆周运动中的线速度、向心加速度等。如:求解瞬时速度的方法是用极短时间内的平均速度代替瞬时速度、线速度的方向沿切线方向、向心加速度公式的推导等都用到了极限思想。

②利用图象面积求解物理量:例如v-t图象求位移x、F-l图象求功W,弹性势能的表达式推导等,是一种“化整为零”的极限思想,也是一种“化变为恒”的极限思想。

③曲线运动下重力做功公式推导、向心加速度公式的推导等体现了一种“化曲为直”的极限思想。

除此之外,在选修教材中也有很多体现,比如瞬时感应电动势、电势能、电流元、单摆、i-t图象求电荷量q、F-t图象求冲量I等。可见,极限思想几乎涉及到中学物理中各个重要的知识模块,能否理解及灵活运用极限思想处理物理问题是学好中学物理的关键。

三、应用VisualBasic编程制作课件助力极限思想可视化

学生进入高中阶段不久,在学习“运动的描述”中“平均速度和瞬时速度”、“打点计时器测速度”首次接触到极限思想,之后在第二章“匀变速直线运动的位移与时间的关系”一节中,“v-t图象求位移”再次用到极限思想处理具体问题。由于极限思想中逐步分割的思维过程很难通过语言表达和板画让学生有直观的感受,不少学生对极限思想认识模糊,导致后续学习障碍频出。

鉴于上述原因,笔者尝试利用计算机编写程序制作课件,通过人机交互的动态画面让学生感受极限思想的过程与方法,帮助学生深度理解极限思想。本文课件采用VB程序编写,VB是VisualBasic的简称。据百度百科介绍:“VisualBasic是微软公司开发的一种通用的基于对象的程序设计语言,为结构化的、模块化的、面向对象的、包含协助开发环境的事件驱动为机制的可视化程序设计语言,是一种可用于微软自家产品开发的语言。”VB语言最大的特点就是简单,面对一些小程序选择用VB编写,相对来说会更轻松、更快捷。

1.从割圆术走进极限思想

割圆术算是较早的极限思想的体现,下面来自课件截图的图1、图2、图3、图4四幅图分别展示圆内接正3、4、10、40边形的情况。

图3圆内接正10边形图4圆内接正40边形

通过上述多次分割,用圆内接正多边形的面积(或周长)逐渐去逼近圆面积(或周长),从而让学生初步感知极限思想。

2.研究“v-t图象求位移”再次认识极限思想

匀变速直线运动“v-t图象求位移”用到了“化变为恒”的极限思想。设某匀变速直线运动物体的v-t图象为图5中黑色斜线

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