广东省中小学教育创新成果评审

申

报

书

　　项目名称：高中物理电脑辅助教学软件的制作与应用

　　填 报 人： 谢 云 昉

　　所在学校： 广东省佛山市第一中学

　　联系电话：

　　申报日期： 2001 年 7 月 8 日

目 录

　前言
　1 产品介绍
　2 开发工具的选用
　3 教学软件的开发与制作
　　3.1 构思
　　3.2 第一个动画：“弹簧振子”的制作
　　3.3 力学系列课件的制作
　　3.4 工具的应用创新
　　　3.4.1 FLASH“三层三帧”动画制作法
　　　3.4.2 FLASH“两步一场”动画制作法
　4 教学效果分析
　　4.1 使课堂教学变得生动有趣
　　4.2 有助于教学难点、重点的突破
　　4.3 教学效率明显提高
　　4.4 师生互动显著加强
　　4.5 教学法的创新
　5 成果的推广与应用
　　5.1 “发光的小球”网站建设
　　5.2 “发光的小球”网站的宣传和它的良好效应
　　5.3 来源教育，服务教育
　前言
　　随着多媒体技术和计算机技术的发展与结合，计算机辅助教学以其高度的交互性、细致的动画表现、生动直观的过程解析、强大的文字、图像、动画、声音等多种媒体的结合能力等优势，已越来越受到各学科教师的欢迎，很快成了服务主体性教育思想体系的主要现代教育技术手段。
　　 主体性教育，是当今世界教育的主潮流，是当前我国实施素质教育的核心问题。现代教育技术的发展必须服务于先进的教育思想体系。应用当今最新的技术成果，利用网络系统，优化课堂的教学，提供更有效的、丰富的信息资源，对实施主体性的素质教育是极为需要的。那么如何在这个先进的教育思想体系的指导下，充分利用现代教育技术手段，开发出方便实用的、高质量的计算机辅助教学软件，就成了摆在教师面前最紧迫的任务。
　　 基于上述指导思想，结合多年高中物理的教学实践，我在开发高中物理计算机辅助教学软件方面进行了一年多的深入探索，取得了很好的效果。下面就是我对这些工作的一些体会与总结。

　1 产品介绍
　　到目前为止，我已开发了物理、数学、地理和英语等四个科目9个系列共107个课件，列表如下：

　　全部课件均具有色彩鲜艳，播放流畅，交互性强，定位显示严谨准确，数据量小的特点。它可以直接从互联网上被调用，是当前网络化教学的网络共享资源。因此它深受同行及学生的喜爱。仅在K12中国中小学教育教学网站（简称K12教育网）上，下载这批课件的教师及学生，就达到了21254人次（从2000年10月30日至2001年6月25日）。其中下载最多的“高一力学系列课件”达到了1853人次，下载一般课件的都有300多人次。

　2 开发工具的选用

　　目前，世界上先进又比较流行的动画制作软件和教学开发软件都比较多，比如3D、FLASH、GIF，PowerPoint、Autherwear、几何画版等。在开发高中物理的教学软件时，我选用了当今最受欢迎的FLASH作为制作工具。
　　 FLASH与其它工具相比，它具有矢量描述、播放流畅、数据量小、色彩鲜明等特点。特别重要的一点是，其它的教学软件都必须下载处理后才能用到课堂教学上，而FLASH采用了“流”技术，可以边下载边播放，这样就能使整个教学过程流畅自然。而且用FLASH制作的动画数据量很小，有利于它在互联网上的传输，方便使用者在互联网上直接调用运行。加上FLASH的描述是基于矢量的，用它制作出来的动画可以任意缩放，不会产生任何变形，等等。这些优点，必然使FLASH能成为网络化教学的优秀助手。于是，我坚定地选择它作为开发高中物理教学软件的工具。
　　 实践结果证明，利用FLASH设计出来的课件和动画能很好地表现以往传统教学中的难以描述的抽象变化过程和现象，达到了直观、生动、形象、易懂的教学效果。

　3 教学软件的开发与制作
　3.1 构思
　　物理教学中的很多概念是光靠讲解难以收到效果的，而用动画解析则浅显易懂。比如物体的位移、即时速度、自由落体运动、牛顿运动定律、动量等等。我对高中物理中需要动画表现的地方进行了整体构思，选择动画题材。根据各个知识点的实际情况，选择具体的表现手法，进行动画素材的具体构思。立足于突破重难点，讲求准确严谨，便于交互，且要用FLASH去做，以利于网上调用。
　　3.2 第一个动画：“弹簧振子”的制作
　　 我看过很多弹簧振子的动画，总觉得不太好用。我学习了用FLASH制作一些小变形的动画后，第一个想做的就是要攻克这个问题。
　　首先是画弹簧。很多人都是用曲线工具去画弹簧，这样的弹簧既不美观，也无法振动起来。我创造了用“椭圆缺”画弹簧的新画法。就是先将一个椭圆截出一个缺口，然后复制多个，再将各个椭圆圆滑连接成一个“图组”，一个极漂亮的弹簧就画好了。但是，怎样使振子动起来呢？我利用了FLASH帧的特性，把弹簧“图组”作水平方向放大和缩小。比如弹簧伸长就是第二关键帧的弹簧“图组”较第一帧“图组”沿水平方向放大了，第三帧又比第二帧放大了。只要控制好每一帧的放大量，其播放效果就可看到是弹簧在逐渐伸长。反之则压缩。另外，振子小球是不能变形的，只要把小球复制粘贴到每一帧弹簧的末端就行了。FLASH运行时逐帧播放，看到的就是弹簧振子来回往复的运动。我一下子就练习画了好多个弹簧“图组”，大的、小的、水平放置的、竖直放置的。一时间我成了画弹簧迷。
　　　（关于用“椭圆缺” 画弹簧的新画法见附件3）。
　　3.3 力学系列课件的制作
　　 我制作的第一组力学系列课件是“物体的运动”。它包括物体的位移、平均速度的测量、匀速直线运动的图象、从平均速度到即时速度、匀加速直线运动、落体运动、抛体运动等。这一组的精华部分是介绍了遮光测量物体运动速度的方法和准确的运动模式的显示。比如，“平均速度”一节，我采用了介绍“遮光测量物体运动速度”的方法，用FLASH动画模拟出长滑块通过光学探头前遮光的过程，并通过两个“标签”显示遮光过程递增的时间和对应的位移。那么滑块的位移与遮光时间之比就是它通过光学探头前这段时间内的平均速度。这个动画“一箭三雕”。既讲清楚了“平均速度”这样一个抽象的概念，又介绍了一种新的测量方法；同时为平均速度向即时速度过渡留下了伏线，留下了突破章节难点的方法。一个直观、生动、形象的动画，突破传统教学无法表现的内容及达到的效果。
　　第二组是“物体受力分析篇”。介绍了20多个不同类型情况物体的受力分析。这里是用按钮控制每一个力的出现，目的是让学生有思考的余地。第三组是“力和运动”。
　　3.4 工具的应用创新
　　 当我做到力学第三组“力与运动”动画时，我开始感觉到前面做的动画缺少了深层的交互。在表现物理规律描述方面也不很理想。
　　 为了生动地描述各种物理现象的变化过程，实现良好的交互，达到生动直观的教学效果，动画表现中有两个问题要必须解决。一是某一过程的物理现象如何随函数变量数值的随机变化而变化的问题；二是如何在同一场景中表现多过程的物理现象。
　　比如在“一个匀速直线运动的例子”中，随着速度V值的变化，同样的时间内走过的距离就会发生变化，我们要通过输入不同的v值来观察匀速直线运动现象。例如，当v=1cm/s时，t=1s，s=1cm，运动的物体就以1cm/s的速度前进。现在当v=3cm/s时，t=1s，s=3cm，运动的物体就以3cm/s的速度前进。这是单一过程的物理现象如何随函数变量数值的变化而变化的问题。经过多次摸索，我终于突破了FLASH函数与变量在教学领域上的应用，自创“FLASH三层三帧动画制作法”而使问题得到了解决。
　　还有不少的物理现象是有多个过程的，比如从匀速运动着的小车突然撤去动力后作减速运；物体碰撞前后运动的速度不同；升降机里物体的运动等等。我又独创了“FLASH两步一场动画制作法”来解决这个问题。这样，制作出来的动画不但色彩鲜明，传动流畅，短小精干，而且具备了深层的交互能力。
　　物理学科对一切研究对象的描述都必须遵循严谨的客观规律。动画所反映的物理现象必须符合物理规律。要使学生深刻掌握这些规律，你得让他面对着动画有一个反复练习的机会（所谓交互）。用“FLASH三层三帧动画制作法”和“FLASH两步一场动画制作法”可以圆满地达到这个要求。因为用这两种方法，可使得研究对象“电影夹”的运动过程在你输入一个已知数据后，完全按照物理公式规律进行。且在对象行进过程，其运动规律可在动画的主界面的“标签”上，有明显的瞬时数据显示。不管现象如何复杂，甚至有多个过程。只要把动画运动的核心程序处理好，并把它放到第二层的第二关键帧上，配合第一层主界面上预设的“标签”。这样一个管按规律运行，一个管瞬时显示，实现了良好的交互。且这种交互不是一种简单重复的再现，而是可有针对性、选择性和规律性的。我的FLASH动画具备了这种深层次的交互能力。同时，如果掌握好这两种方法，就有了一个制作FLASH物理课件的模式，你照着套，就能做出一样好的动画来。
　　3.4.1 FLASH“三层三帧”动画制作法
　　首先，我攻克了“FLASH函数与变量的应用”专题，首创了“FLASH三层三帧动画制作法”。
　　 FLASH提供了各类函数运用的依据，还有不少书籍也介绍了一些函数的应用实例，但都不能实现我想要的功能。只好自己去闯了。很快，我做出了一个木块，当在标签处输入50 时，按动PLAY按钮，它就能产生50个象素的位移，输入100 它走100。这个启示，成了我攻关的开始。经过一段艰辛的努力，找到了我自己命名的“FLASH三层三帧动画制作法”。“三帧”就是指，第一关键帧设定对象初始（位置、形状、比例、旋转、隐含或显示等）属性；第二关键帧设置对象函数与变量的关系（动画运动的核心程序），第三关键帧设置指令动画循环播放，必须返回第二帧才能继续。“三层”的意思是指：第一层（最底层）为主界面、坐标、按钮、变量显示的标签等。第二层是放上述第一、二帧的有关程序和运动对象。第三层的第三帧为GO TO PLAY（2）。总结出这个方法，我就放开手脚，做出了一批“力与运动”的课件：如刹车、牛顿第二定律、平抛、斜抛运动、机械能守恒等。
　　例如，“验证动能定理”这个课件。直观反映了“外力对物体所做的功等于物体动能的增量”这一客观规律-动能定理。你可以选择填入外力的大小和质量的大小，木块就开始作匀加速直线运动。外力、质量的大小动画可直观地反映出来。木块在加速过程中，结论同时在“标签”中显示出一一对应的瞬时值，它们总是相同的。这样的学习过程，完全可让学生自己看着电脑去体会。这些都是传统教学所做不到的。
　　　（关于“FLASH三层三帧动画制作法”参见附件1）。
　　3.4.2 FLASH“两步一场”动画制作法
　　 对于多个过程的物理现象，以前依靠用不同场景去处理，这样做不能控制过程变换时的连贯性。后来，我通过在第二层第二关键帧处，设置第一个过程所需时间为t1，然后再加上一个条件语句，使第一个过程结束后能自动进入第二过程，并把第二过程时间的变量变为(t-t1)，终于找到了解决这个问题的方法。我称之为“FLASH两步一场”法。
　　 例如，“弹性碰撞”这个课件。小球1向静止的小球2运动；被碰的小球2向正方向运动；小球1可能静止，也可能反向运动而返回。几个运动过程都是连贯的。该课件还给出了很好的交互，输入不同的质量和小球1的初速度，其动作效果是不同的。如此的生动直观的学习，也是传统教学所做不到的。（关于“FLASH两步一场制作法”见附件2）。
　　 套用上述两个方法，我以极高的速度制作了大批高中物理应用课件。到目前为止，我做的物理课件除力学部分外，还有热学、电学等90多个。同时也做了一些数学和英语的课件。
　4 教学效果分析
　　自从2000年7月开始，我就陆续将这些物理课件应用到了课堂教学中。通过1年的教学实践证明，使用这些物理课件进行教学的教学效果是明显优于传统教学法的，主要表现在以下几个方面：
　　4.1 使课堂教学变得生动有趣
　　在物理电教实验室上物理课是学生最喜欢的。教师既可以做好演示实验，又可以配合课件的演示把物理实验的细微过程通过液晶投影仪投放到大屏幕上。色彩鲜艳，播放流畅的FLASH物理动画，使课堂教学变得生动有趣。达到了直观、生动、形象、易懂的教学效果。
　　4.2 有助于教学难点、重点的突破
　　我做的课件，抓住命题的重难点展开。比如物体在斜面上的运动，物体的受力分析是不容忽视的。特别是加上了磨擦力，物体在斜面上的运动就更难理解。我做的一组“物体在斜面上的运动”很好地解决了它的重难点。10多K容量的课件，分析清楚了物体在斜面上的受力情况。甚至在有磨擦力的情况下，物体沿斜面上、下行时的运动规律也能准确地表现出来。因此，我的课件深受同行的欢迎，教师们都很喜欢用。他们都觉得虽然它不是课堂用的完整课件，但对学科重点、难点的突破很起作用。
　　4.3 教学效率明显提高
　　由于课堂教学变得生动有趣，加上对学科重点、难点的突破很起作用，使得教学效率明显提高。课堂容量大了，原来需要一节课也未能讲清楚的抽象理论和现象，现在一个动画就可解决。比如上面提到的“平均速度”一节。只需要用10分钟的时间就能讲清楚这个很抽象的概念。再加上“从平均速度到即时速度”这个课件，一节课时间我可以处理好两个物理概念课。这也是传统教学所不能达到的。
　　4.4 师生互动显著加强
　　学生们更喜欢到电脑室上物理课，这是网络实验课的基地。在这里他们按教师提示的方法找出课题需要的课件。我做的课件交互性很强，设疑，答疑都可以让学生自己去做。一个课件就相当于若干个应用例题。输入不同数据的已知值，就能得到结果和模拟运行的动画，非常直观。我们更可以引导学生设题后先想象它的变化情景，先计算它的结果，点击PLAY键看它的运行和你想象的是否一样；结论是否一样。在这里课堂教学不再是一言堂，学生在不断的点击中汲取新鲜知识。由此而产生出浓厚的兴趣，以及孜孜以求的强烈学习欲望，这些都是我们希望要达到的。
　　4.5教学法的创新
　　 传统的物理教学法，着重于实验为主导，辅之以教师对物理情景的分析，以讲清现象和总结规律。一句话，教师主宰了课堂。应用现代教育技术手段以后，传统的物理教学法就显得非常落后了。建构主义学习理论认为：学习是获取知识的过程。知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情景即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。（意义建构是指对当前学习内容所反映的事务性质、规律以及事物与其他事物之间的内在联系达到较深刻的理解。）随着当前网络技术的发展和应用，这样的一种教学模式已经有可能达到。借助多种媒体进入课堂，配合优秀电脑辅助教学的软件（特别是能在网络上直接调用的教学软件），使得我们的课堂教学更加多姿多彩。教师不再是课堂的主宰，学生的主动的探索为自己获取更多知识。这种新的教学模式与传统的教学法有着根本的差别。
　　5 成果的推广与应用
　　　　——“发光的小球”网站的建设与其辐射作用
　　为了推广我的教学成果并更好地与同行交流，向同行学习，我在2000年8月建立了“发光的小球”物理学科个人网站。借助K12教育网和其他友好网站，把我的作品推向社会，推向教学第一线，取得良好的社会效益，同时也得到了同行的高度评价。
　　 到目前为止，我已与15个网站建立了友情链接和同盟合作。仅K12教育网站的教育软件交流中心共收录了我的64个物理课件及动画，下载这批课件的教师（当然也应包括有学生）已达21251人次（从2000年10月30日至2001年6月25日）。“发光的小球”网站现在已上载了近150个课件和动画（有部分是转载的）。现在，只要能上网的学校、老师和同学都可通过互联网直接使用我的作品。
　　5.1 “发光的小球”网站建设
　　 为了更好地将我做的课件和动画分享给教师和学生使用，我决定建立个人网站，通过互联网这个可以联通世界任何一个角落的先进平台，把我的课件送给全国各地的老师和学生。于是我向K12教育网申请了个人主页。2000年8月2日我的“发光的小球”网站正式开通。记得我第一个主页上网时，只有10多课件，而且是清一色的弹簧。
　　 5.2 “发光的小球”网站的宣传和它的良好效应
　　 我的网站开通后，IP计数器反映第一个月内只有80多人浏览。怎么办？
　　 开始，我努力去查找有关物理学科的网站，向这些网站的邮箱投寄电子邮件，邀请这些网站的站主浏览我的网站，请求进行友情链接。效果好多了。后来，我又采取了送课件的办法。首先是向K12教育网教学软件交流中心上传课件，每次上传3到5个。这样一来效果真不错。由于上传的课件质量好（头一批20个课件，1个系列课件被评为五星级，12个被评为四星级，6个被评为三星级）引起了同行的关注，浏览数就上去了。还不断收到各个方面来的求教、索要课件的电子邮件。到2001年7月1日止，浏览我的网站的人数已达成15375人，日均浏览人数达到了46人。总访问排名129，学科教育排名列36（其间K12教育网计数器缺了2001年4月-5月的统计，据说计数服务器坏了）。
　　 目前，接受我投放课件作品的网站有：K12教育网、广东佛山市教育信息网、安徽奥托教育网、中国基础教育网、中国教育资源信息网（科利华）；不倒翁工作网站等。
　　 以K12教育网为例，到目前为止，我已向K12教育网站的教育软件交流中心上传了64个物理课件，始终保持着个人上传排行榜的第一位。我还在K12教育网上建立了“个人专辑”，参加了物理学科个人主页同盟，友情链接。最近被其编辑部推介为物理学科的“今日之星”。我还向该网站的论文交流中心上传了四篇有关制作的论文。其中“FLASH函数和变量的应用”被国际华人文化交流中心点名录用，邀请参加其年会宣讲。
　　另外，为了达到更好的宣传效果，我还竭力做好网站运营工作。比如，经常补充新的内容，介绍相关网站好的作品，增设一些专栏，主页中心位置设“每周推介”，适当更新主页等等。我一直与教师保持良好的联系。比如，帮助同行修改甚至制作某些课件，及时解答同行或学生提出的问题等。这些工作使我在同行中赢得了很好的信誉，网站越来越受到同行的青睐。
　　 通过这一系列的活动和运营，我把“发光的小球”网站推向了社会，推向了教学第一线，很好地发挥了它良好的辐射作用。
　　　 （附件4：部分电子邮件的摘录内容）。
　　5.3 来源教育，服务教育
　　我设计制作的这些课件都是来源于我几十年的教学实践经验，对教学重点难点的把握相当准确。为了能让更多的教师和学生受益于它，我不断借助K12教育网站和其他友好网站，主动地向教师和学生推介我的作品，达到了“来源教育，服务教育”的理想目标。互联网为我与广大教师和学生建构起一座友好的桥梁，让我的理想得以实现。
　　综上所述，这些工作具有较强的创新性、先进性和可仿效性，所开发的产品更具有广泛的实用性，是对现代教育技术手段的有益探索。谨此，特申报广东省教育教学创新成果奖。

广东省佛山市第一中学 谢云昉
2001.7.1.