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用游戲編程方式學(xué)習(xí)物理知識(shí)

時(shí)間:2021-06-29 12:13:31 物理 我要投稿

用游戲編程方式學(xué)習(xí)物理知識(shí)

  對(duì)于物理原理和概念的理解,如果從學(xué)生喜歡玩的游戲入手,讓學(xué)生利用Scratch這種簡(jiǎn)單的圖形化編程工具進(jìn)行游戲的設(shè)計(jì),或者是通過(guò)修改游戲參數(shù),來(lái)觀察物理現(xiàn)象,分析物理問(wèn)題,驗(yàn)證物理規(guī)律,學(xué)生應(yīng)該更容易理解。并且對(duì)于不能直接觀察的一些微觀現(xiàn)象,還可以通過(guò)虛擬仿真的方式加以模擬和體現(xiàn)。

用游戲編程方式學(xué)習(xí)物理知識(shí)

  本案例的設(shè)計(jì)旨在通過(guò)一個(gè)米奇奔跑的小游戲,讓學(xué)生理解機(jī)械運(yùn)動(dòng)、參照物、運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性,使他們?cè)谡{(diào)節(jié)程序中的參數(shù)的同時(shí),也對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行觀察、分析和驗(yàn)證。

  ● 問(wèn)題的提出

  “咱們來(lái)看看下面這個(gè)例子:于老師靜靜地坐在從淄博到北京的動(dòng)車上睡著了,兩個(gè)多小時(shí)后等于老師醒來(lái)時(shí),火車已經(jīng)到達(dá)北京,那么在這個(gè)過(guò)程中于老師“運(yùn)動(dòng)”了嗎?如果說(shuō)于老師動(dòng)了,對(duì)面的乘客會(huì)反對(duì)說(shuō)于老師一直坐在那里睡覺(jué),如果說(shuō)沒(méi)動(dòng),那于老師怎么能從淄博來(lái)到了北京呢?”

  我通過(guò)問(wèn)題式的導(dǎo)入方式,引起學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的觀察和思考。

  ● 游戲腳本的設(shè)計(jì)

  下面就讓我們來(lái)類比一下在高鐵上的`情境,在高鐵上我們看到周圍的樹(shù)在向后走,而站在軌道旁的人則覺(jué)得我們向前走,樹(shù)并沒(méi)有移動(dòng)。我們將樹(shù)和米奇這兩個(gè)角色放置在舞臺(tái)上,如圖1所示。

  接下來(lái)是米奇的程序,可以通過(guò)上移鍵和下移鍵來(lái)控制米奇的前進(jìn)速度,不難發(fā)現(xiàn)變量n越大,米奇運(yùn)動(dòng)越快(如圖2)。

  運(yùn)用類似的方法我們可以模擬以米奇為參照物,樹(shù)“向后”移動(dòng)的場(chǎng)景。用變量m表示樹(shù)的速度(如圖3)。

  接下來(lái),學(xué)生就可以通過(guò)程序來(lái)輔助學(xué)習(xí)參照物的概念了,學(xué)生的角色可以有兩種,一種是參與編程和建模然后加深對(duì)概念的理解,另一種是僅僅使用這個(gè)Scratch課件,回答問(wèn)題。

  ● 用游戲編程研究物理現(xiàn)象

  課程設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則就是要保證學(xué)生的參與,本節(jié)案例采用“導(dǎo)入角色→調(diào)整參數(shù)→研究物理現(xiàn)象”這樣的步驟進(jìn)行。在研究物理現(xiàn)象的同時(shí),學(xué)生須完成游戲研究報(bào)告,研究報(bào)告設(shè)計(jì)按照“觀察現(xiàn)象→分析問(wèn)題→驗(yàn)證結(jié)論”的步驟完成。如果學(xué)生設(shè)計(jì)程序的水平不高,可以讓學(xué)生直接導(dǎo)入帶有程序腳本的角色,然后回答以下問(wèn)題。

  1.入門(mén):米奇運(yùn)動(dòng)的探究

  導(dǎo)入米奇角色,我指導(dǎo)學(xué)生看清圖的場(chǎng)景設(shè)置及人物狀態(tài),完成如下問(wèn)題。

 。1)觀察現(xiàn)象

  程序沒(méi)有啟動(dòng)時(shí),米奇在舞臺(tái)中的位置 (填“變化”或“沒(méi)有變化”),米奇 (填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”)。

  當(dāng)啟動(dòng)程序時(shí),通過(guò)按下“上移鍵”使得n值增加,米奇在舞臺(tái)中的位置 (填“變化”或“沒(méi)有變化”),米奇 (填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”)。

  (2)分析問(wèn)題

  我們是通過(guò)觀察米奇在舞臺(tái)中的 變化,來(lái)判斷米奇是運(yùn)動(dòng)還是靜止。

 。3)驗(yàn)證結(jié)論

  在物理學(xué)中,我們把一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)物體位置的變化叫做機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

  2.進(jìn)階:對(duì)參照物的探究

  什么是參照物呢?參是參考的意思,照是對(duì)照的意思。我們?nèi)粘I钪薪?jīng)常使用這個(gè)概念,如“明明”比“長(zhǎng)江”高,長(zhǎng)江就是參照物,“博爾特”跑得比“兔子”還快,兔子就是參照物,上面例子中我們給米奇安排的“參照物”是舞臺(tái)。

  在物理學(xué)中,我們判斷一個(gè)物體是運(yùn)動(dòng)還是靜止,要看以哪個(gè)物體作為標(biāo)準(zhǔn),這個(gè)被選作標(biāo)準(zhǔn)的物體叫做參照物。接下來(lái)我們可以導(dǎo)入樹(shù)角色,完成對(duì)運(yùn)動(dòng)和靜止相對(duì)性的探究。

  導(dǎo)入樹(shù)的角色,當(dāng)米奇跑到舞臺(tái)中間時(shí)將n值調(diào)整為0,這時(shí)候米奇會(huì)在在舞臺(tái)上原地跑動(dòng),調(diào)整m的值(程序設(shè)計(jì)用W、S鍵),樹(shù)向米奇相反的方向運(yùn)動(dòng),完成如下問(wèn)題。

 。1)觀察現(xiàn)象

  當(dāng)m、n的值調(diào)整為0時(shí),米奇在舞臺(tái)上原地跑動(dòng),米奇在舞臺(tái)中的位置 (填“變化”或“沒(méi)有變化”),米奇相對(duì)于舞臺(tái)來(lái)說(shuō)是 (填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”)。

  通過(guò)按下“W”鍵,使得m值增加,米奇相對(duì)于樹(shù)的位置 (填“變化”或“沒(méi)有變化”),米奇相對(duì)于樹(shù)來(lái)說(shuō)是 。(填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”)

  (2)分析問(wèn)題

  米奇相對(duì)于舞臺(tái)來(lái)說(shuō)是 ,相對(duì)于樹(shù)來(lái)說(shuō)是 。(填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”)

 。3)得出結(jié)論

  物體的運(yùn)動(dòng)和靜止是相對(duì)的,描述物體的運(yùn)動(dòng)情況時(shí),首先要選定參照物。參照物可以根據(jù)需要來(lái)選擇,如果選擇的參照物不同,描述同一物體的運(yùn)動(dòng)時(shí),結(jié)論一般也不一樣。

  設(shè)計(jì)不同情境,設(shè)定不同參照物,讓學(xué)生根據(jù)不同參照物判斷物體運(yùn)動(dòng)和靜止的情況,可以加深對(duì)運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性理解。

  3.提升:觀察與思考

  游戲中藏在樹(shù)后“伺機(jī)而動(dòng)”的小貓,如果選擇樹(shù)為參照物它是 ,如果選擇米奇為參照物它是 。

  分析: 如果以樹(shù)為參照物,小貓是靜止的,因?yàn)樾∝埾鄬?duì)于樹(shù)的位置沒(méi)有變化,如果以米奇為參照物,小貓是運(yùn)動(dòng)的,因?yàn)樾∝埾鄬?duì)于米奇的位置發(fā)生了變化。

  ● 結(jié)語(yǔ)

  本程序是用編程的方法,通過(guò)建模和仿真,來(lái)提升學(xué)生對(duì)程序和物理概念更加深入的理解。孩子的想象力是無(wú)限的,給出更多的素材培養(yǎng)他們的想象力和創(chuàng)新能力是教育的一個(gè)重要方向。這種創(chuàng)造性的活動(dòng)更能加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)理解的深度。在對(duì)游戲主題自我理解的基礎(chǔ)上,添加自己的角色(可以自選素材,也可以用提供的“貓”素材),編輯腳本深入探究,體驗(yàn)創(chuàng)造的快樂(lè)。建模和仿真,也是信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)的一種典型的研究方法,仿真并不是簡(jiǎn)單地模擬真實(shí)生活,很多時(shí)候,通過(guò)建模會(huì)有意想不到的收獲。例如,在本案例中,如果對(duì)米奇的代碼稍加修改,學(xué)生就可以“發(fā)現(xiàn)”加速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,我們期望這種“驚喜”能夠常常在課堂上閃現(xiàn),這也是STEAM教育的旨趣之一。

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