GeoGebra 在初中物理可视化教学的实施策略研究

信息技术的蓬勃发展促进了教育方式的变革，促使教育朝着信息化的方向发展。《义务教育物理课程标准（2022 年版）》也提出要将信息技术与物理教学相融合，切实帮助学生学习 [1]。物理教学内容的抽象性与学生的形象思维之间形成了矛盾，因此在教学过程中，教师需要尽可能地将物理知识可视化、形象化，以帮助学生更好地理解。

1 研究背景与意义

1.1 研究背景

在教育信息化时代，传统初中物理教学中抽象概念难理解、动态物理过程展示受限等问题日益凸显，亟需创新教学手段提升教学质量。GeoGebra 作为一款集几何、代数、微积分等功能于一体的动态数学软件，凭借其强大的可视化与交互性优势，为物理教学带来新的可能。

1.2 研究意义

本研究丰富了教学技术与初中物理教学融合的理论体系，为相关研究提供新思路并帮助教师提高教学效率，利用GGB 对物理问题进行精准分析，这有利于培养学生严谨的科学态度 [2]。同时激发学生学习兴趣，培养科学思维，推动初中物理教育信息化发展。

2 GeoGebra 软件与初中物理可视化教学概述

2.1 GeoGebra 软件简介

GeoCebra 是一款免费的数学教育软件。该软件最早是由美国亚特兰大学的奥地利数学家 Markus Hohenwarter 设计的。GeoGebra 一词由几何（Ceometry）与代数（Algebra）两个词构成，就是数形结合的意思。[3][4]

2.2 初中物理可视化教学内涵与价值

初中物理可视化教学是将抽象的物理概念、规律、实验过程等，通过图像、图形、动画、视频等视觉形式呈现，使学生更直观地感知物理知识，降低学习难度。比如学生无法理解重力的方向是垂直向下还是竖直向下，因此，可以借助GGB 设计不同的轨道，让学生形象直观地看到重力的方向，帮助学生真正理解概念的内涵[5]。

3 GeoGebra 在初中物理可视化教学中的设计策略

3.1 基于教学目标的设计原则

（1）明确教学目标导向

依据初中物理课程标准和学生认知水平，确定利用GeoGebra 辅助教学要达成的知识目标、能力目标和情感目标，确保软件应用服务于教学目标。

（2）遵循可视化设计原则

在利用 GeoGebra 设计教学内容时，遵循直观性原则，将抽象知识转化为直观图像；简洁性原则，避免信息过多干扰学生注意力；动态性原则，展示物理过程的变化，增强学生理解。

3.2 教学内容的可视化设计

（1）物理概念可视化设计

以“密度”概念教学为例，利用GeoGebra 创建不同物质、不同体积和质量的物体模型，通过改变参数，动态展示密度的定义和计算过程，帮助学生理解密度是物质的特性。

（2）物理规律可视化设计

对于“欧姆定律”，运用 GeoGebra 绘制电流、电压、电阻关系图像，通过改变电阻值，动态展示电流和电压的变化，直观呈现三者之间的数学关系，加深学生对规律的理解。

3.2.3 物理实验可视化设计

在“探究滑动摩擦力影响因素”实验教学中，利用 GeoGebra 模拟实验场景，设置不同的接触面粗糙程度、物体质量等变量，分析摩擦力的变化，弥补实验条件限制，帮助学生掌握实验原理和方法。

4 GeoGebra 在初中物理可视化教学中的实施策略

4.1 创设真实且富有吸引力的可视化教学情境，应用时要注意调动学生的积极性

（1）力学现象模拟

在力学知识教学中，杠杆平衡原理是重要内容，但学生对力臂概念及杠杆平衡条件的理解存在困难。GeoGebra 软件具有非常好的交互性，因此教师在使用软件时不要把软件只作为一个演示性的软件，要注意调动学生学习的积极性，提高学生的课堂参与度。教师可通过改变力的大小、方向和作用点，以及杠杆的长度和支点位置，实时展示杠杆的平衡状态变化。

（2）电磁学现象呈现

电磁学中的磁场分布较为抽象，学生难以想象磁场的空间形态。运用GeoGebra 绘制条形磁铁、通电螺线管等磁场的磁感线分布，通过调整参数，改变磁场强度和方向，使磁感线呈现出动态变化。

4.2 构建基于 GeoGebra 的探究式学习模式

（1）自主操作与参数调整

在学习运动学中“速度 - 时间图像”时，教师先利用 GeoGebra 绘制简单的匀速直线运动和匀变速直线运动的 v-t 图像，向学生讲解图像中斜率、截距等代表的物理意义。随后引导学生自主操作 GeoGebra 软件，改变物体的初速度、加速度等参数，观察图像的变化。学生在操作过程中，会发现加速度大小影响图像的斜率，初速度决定图像的截距，从而自主探究出速度与时间的关系。

（2）现象观察与规律总结

在探究“影响滑动摩擦力大小的因素”时，利用GeoGebra 创建模拟实验场景，设置不同的接触面粗糙程度、物体质量等变量。学生通过改变这些变量，观察物体在水平面上滑动时摩擦力的变化情况，并记录相关数据。

4.3 强化跨学科融合

（1）数学函数与物理运动方程结合

在学习匀变速直线运动的位移与时间关系时，引导学生将物理中的位移公式利用 GeoGebra 绘制位移 - 时间（ x-t ）图像，通过改变初速度 v0 和加速度 a的数值，观察图像的形状和变化规律。学生可以直观地看到，当加速度a 为零时，图像为一次函数，表示匀速直线运动；当 a 不为零时，图像为抛物线，反映出匀变速直线运动位移随时间的变化特征。

（2）几何图形与物理光学原理融合

在光学教学中，将几何图形知识与光的反射、折射原理相结合。利用GeoGebra 绘制光线传播路径图，通过几何图形的角度计算和线段长度测量，推导光的反射定律和折射定律。例如，在探究“光的反射定律”时，利用GeoGebra 绘制平面镜和入射光线，测量入射角和反射角的度数，验证反射角等于入射角这一规律。同时，通过改变入射光线的方向和平面镜的位置，观察反射光线的变化，加深对光反射原理的理解。

5 结论与展望

5.1 研究总结

通过将GeoGebra 应用于初中物理可视化教学，并实施创设可视化教学情境、构建探究式学习模式、分层教学和跨学科融合等策略，有效提升了物理课堂教学效果。学生对抽象物理概念的理解更加深刻，学习兴趣和课堂参与度显著提高，科学探究能力和综合运用知识的能力得到有效培养。在未来的初中物理教学中，应进一步挖掘GeoGebra 的功能，优化实施策略，使其更好地服务于物理教学，推动初中物理可视化教学的持续发展。

5.2 研究不足与展望

对 GeoGebra 软件功能的挖掘还不够深入，未能充分发挥其潜力。未来进一步探索软件在初中物理教学中的新应用场景，开发更多优质教学资源，推动GeoGebra 在初中物理可视化教学中的广泛应用。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部 . 义务教育物理课程标准 (2022 年版 )[M]. 北京 :北京师范大学出版社,2022.

[2] 陈林 , 桑芝芳 . 用 GeoGebra 精确绘制水中物体的虚像位置 [J]. 中国现代教育装备 ,2022(06):30-32.

[3] 沈翔 .GeoGebra 基本操作指南 [M].1 版 . 北京：高等教育出版社，2016:1-2,7.

[4] 王贵军 .GeoGebra 与数学实验 [M].1 版 . 北京：清华大学出版社，2017:1-2.

[5] 江新文. 农村初中物理教学与软件工具GeoGebra 的深度融合[J]. 中学理科园地 ,2022,18(06):89-91.