Animate動畫在高中物理實驗教學設計中的應用

收稿日期：2023-11-04

基金項目：廣東省教育廳本科高校教改項目“物理與光電工程實驗教學中心”（2021gszlgc01）；廣東技術師范大學校級教改項目“基于Flash技術輔助高中物理模型教學的研究”（202211）；廣東技術師范大學校級教改項目“光電功能材料校企聯合實驗室”（GSZLGC2023005）。

作者簡介：鄧婷（2000-），女，碩士研究生，主要從事中學物理教學研究。

*通信作者：熊良斌（1974-），男，教授，主要從事課程與教學論（物理教育方向）研究。

摘" "要：Animate制作的動畫可應用于演示理想實驗，或有特定要求的實驗（如反應速度快），或因實驗儀器昂貴、不易獲取而無法開展的實驗。Animate軟件仿真性能好、動畫效果豐富、交互功能強，能調動課堂教學氛圍，成為輔助教師開展實驗教學的得力助手。利用Animate軟件制作“探究平拋運動的特點”動畫課件，詳細介紹其設計過程，并探討了Animate動畫在物理實驗教學中的應用優勢。

關鍵詞：Animate動畫；高中物理實驗；平拋運動特點

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）4-0083-4

信息技術與實驗教學的融合成為改革物理教育的新方向，《普通高中物理課程標準（２０１７年版）》中倡導“物理教學要積極利用已有數字媒體，主動開發適合教學、提高教學質量的信息化產品，拓寬物理學習的途徑，促進物理教學方式改革”［１］。而Ａｎｉｍａｔｅ可以輕松實現人機交互、模擬實物，成為制作仿真實驗動畫的首選工具［２］。Ａｎｉｍａｔｅ的前身是Ｆｌａｓｈ，作為一款動畫制作軟件，能夠輸出體積小卻內容豐富的ＳＷＦ動畫格式，且其動畫制作技術簡單、高效，被廣泛應用于動畫制作領域。雖然Ａｎｉｍａｔｅ動畫在物理實驗教學中應用前景良好，但商業公司售賣的動畫資源收費高、不系統，與教學內容不匹配，成為廣泛應用Ａｎｉｍａｔｅ動畫輔助教學的最大障礙。因此，本文以人教版（２０１９版）教材高中物理必修２中學生必做實驗“探究平拋運動的特點”為例，通過講解動畫實例，探討如何有效利用Ａｎｉｍａｔｅ軟件設計出完善、符合教學規律的高質量動畫，并應用到實際教學中，以提升教師信息化教學水平。

１" " Ａｎｉｍａｔｅ動畫在物理實驗教學中的應用對象

１．１" " 理想實驗

物理情境涉及到理想實驗，而理想實驗又無法用傳統的實驗儀器來實現時，可利用Ａｎｉｍａｔｅ動畫仿真。例如，伽利略的理想斜面實驗、牛頓第一定律的實驗探究、行星間的萬有引力作用、電場的性質、光波和電磁波等理想化模型均無法通過現實中的實驗器材來實現。

１．２" " 反應速度快、時間短的實驗

當物理情境涉及到的實驗具有時間短、速度快、學生不易觀察等特點時，可利用Ａｎｉｍａｔｅ動畫仿真。例如，觀察物體自由落體運動快慢與質量的關系、投籃過程蘊含的“斜拋運動”相關知識。在實際實驗中，其過程有時短至１秒左右時間，無法給學生留下深刻的印象。

１．３" " 實驗儀器昂貴的實驗

有些物理實驗要借助昂貴的實驗儀器才能進行，但很多學校往往由于經費不足無力購買，從而無法順利開展這些物理實驗。例如，用顯微鏡觀察布朗運動，由于學校硬件條件有限，不能讓每個學生都能用顯微鏡來觀察布朗運動，導致不少布朗運動相關的物理情境無法在課堂上得到充分展示。此時，可利用Ａｎｉｍａｔｅ動畫仿真來替代。

２" " Ａｎｉｍａｔｅ動畫在物理實驗中的應用實踐分析——以“探究平拋運動的特點”為例

２．１" " 需求分析

動畫課件制作的第一步是分析課標、教材、學情，確定教學目標和重難點，從而完成對動畫課件的定位。新課標對“實驗：探究平拋運動的特點”一節的要求是：通過實驗，探究并認識平拋運動的規律。做平拋運動的物體在水平方向上做勻速直線運動，在豎直方向上做自由落體運動，這是平拋運動的規律，也是該節的教學重點。在學習該節之前，已有“曲線運動”“運動的合成與分解”兩節的學習基礎。雖然學生已經掌握了一定的運動合成與分解的思想，但難以通過直接觀察得出平拋運動的特點，這正是該節的教學難點所在［３］。針對這些教學重難點，將動畫課件的作用定位為通過實驗儀器模擬演示水平方向和豎直方向平拋運動的特點。同時，課件還設計有填空題及實驗方案展示，輔助學生觀察并理解實驗結果。

２．２" " 流程設計

動畫課件制作的第二步，基于以上對課件作用的定位，通過流程圖的思路對動畫演示程序進行設計，如圖１所示。

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圖１" 動畫演示程序流程圖

２．２．１" " “水平方向”影片剪輯元件制作

打開Ａｄｏｂｅ Ａｎｉｍａｔｅ軟件，新建影片剪輯元件，命名為“水平方向”。將準備好的平拋運動實驗器的圖片導入到舞臺，降低圖片透明度，利用繪圖工具繪制平拋運動實驗器。

“小球”圖層，插入小球圖形元件及多個關鍵幀，改變每個關鍵幀中小球的位置，采用逐幀動畫，實現小球在實驗器上做平拋運動的模型建構。

“定位器”圖層，在第３幀插入關鍵幀，利用任意變形工具，調整定位器位置為“打開”狀態。同時，根據小球運動軌跡的變化調整接球板位置，采用傳統補間動畫形式制作其余幀，實現定位器和接球板的移動效果。

“按鈕”圖層，插入“空白”按鈕到定位器處，命名為“ｄｗｑ”，插入文字“點擊定位器釋放小球”，選中按鈕右鍵，添加動作代碼片段“單擊以轉到幀并播放”，在定位器處添加按鈕元件和代碼，實現點擊定位器釋放小球的動畫效果，如圖２所示。

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圖２" Ａｎｉｍａｔｅ動作代碼片段（右）及代碼運行結果（左）展示

“填空題”“輸入答案”“判斷”“提交”圖層的制作。首先，在“填空題”圖層輸入題干內容，留出空格位置以便填寫答案。在“輸入答案”圖層中的填空位置添加文本框，設置文本框屬性為“輸入文本”，命名為“ｔ１”。同理，制作其他填空題答案。其次，在“判斷”圖層中拖入事先制作好的判斷對錯影片剪輯。最后，在“提交”圖層中添加“提交”和“答案”按鈕，輸入代碼，實現批改效果。運行的填空題代碼和測試結果如圖３所示。

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（ａ） 填空題代碼

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（ｂ） 測試結果

圖３" 填空題代碼及測試結果

“描點”圖層，按照１：４：９：２５的豎直高度設置接球板位置。通過插入關鍵幀，繪制圖形，標記落點位置。接著，比照“小球”圖層中小球落到不同高度的對應幀，復制對應關鍵幀到“小球１”圖層。同理，制作其他小球運動圖層，從而達到每次小球從同一位置釋放后，都能描點出接球板接住小球的動畫效果，如圖４所示。

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（ａ）工作界面

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（ｂ）測試結果

圖４" “水平方向”影片剪輯元件

２．２．２" " “豎直方向”影片剪輯元件制作

類比“水平方向”影片剪輯元件制作步驟，創建“豎直方向”影片剪輯元件，需要構建“背景”“網格”“重錘”“彈片”“球Ａ”“球Ｂ”“按鈕”七個圖層的內容。

“背景”和“網格”圖層的制作方式與上述方法類似，繪制豎直分運動實驗器。“重錘”和“彈片”圖層，通過創建關鍵幀，任意變形工具旋轉元件，創建傳統補間動畫，制作釋放重錘擊打金屬彈片的動畫效果。

“球Ａ”圖層為小球做平拋運動的動畫示意。“球Ｂ”圖層中，小球做同時刻自由落體運動。采用逐幀動畫的形式，改變每個關鍵幀中小球所處位置，從而達到兩球在豎直方向上相同時刻都處于同一高度的視覺效果。

“按鈕”圖層，插入“空白”按鈕到重錘處，命名為“ｄｊ１”，插入文字“點擊重錘擊打彈片”。在第３３幀插入關鍵幀，添加按鈕元件“慢放”，添加動作代碼片段。利用“慢放”按鈕結合網格圖，可以清楚地看見兩小球在豎直方向上處于同一高度，如圖５所示。

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（ａ）工作界面

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（ｂ）測試結果

圖５" “豎直方向”影片剪輯元件

２．２．３" " “封面”制作

點擊返回場景１，創建“背景”“按鈕”圖層。在“背景”圖層中添加三個關鍵幀，將封面文字、“水平方向”影片剪輯、“豎直方向”影片剪輯放置在三個關鍵幀中，如圖６（ａ）所示。“按鈕”圖層第1幀，添加“水平方向”和“豎直方向”按鈕元件，分別命名為“ｂｔｎ－ｓｐ”和“ｂｔｎ－ｓｚ”，添加動作代碼片段“單擊以跳轉到幀并停止”，將所需跳轉的幀數分別改為“２”和“３”，實現點擊按鈕跳轉并播放對應影片剪輯元件的動畫內容。步驟同上，制作“返回”按鈕，實現點擊按鈕返回封面頁，如圖６（ｂ）所示。

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（ａ）工作界面

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（ｂ）測試結果

圖６" “封面”影片剪輯元件

2．３" " 測試修改

動畫課件制作的第三步是進行課件的測試及細節修改。根據實際的教學設計需求，對動畫演示的順序或播放時間等進行微調，經測試或導出后的源文件會自動生成ＳＷＦ格式動畫文件，從而實現在不同需求的平臺上播放。

3" " Ａｎｉｍａｔｅ動畫在物理實驗教學中的應用優勢

3．１" " 針對性

邁耶多媒體學習理論是理解多媒體學習的關鍵。邁耶指出，人是通過兩個獨立的通道來對學習材料進行加工和處理的，但每一個通道在單位時間內能夠處理的材料和容量都是有限的。若要實現有意義的學習，教師應當采用詞語與畫面呈現信息，從而幫助學習者利用已掌握的信息對收到的信息進行認知加工［４］。Ａｎｉｍａｔｅ動畫可以對呈現的各通道信息進行針對性設計，結合重難點設計內容，兼顧文字信息和圖像（動畫）信息（如動畫中對儀器名稱的標注及實驗方案的呈現）。這些可視化材料可以培養學習者的觀察能力。

3．２" " 開放性

開放性體現在兩個方面，一是Ａｎｉｍａｔｅ動畫文件體積小，便于傳播和使用，可打破空間和時間界限；二是Ａｎｉｍａｔｅ動畫內置的ＡｃｔｉｏｎＳｃｒｉｐｔ ３．０腳本及代碼片段使其具有強大的交互功能，能夠解決傳統高中物理實驗教學面臨的渠道單一、互動性不強等問題。動畫課件中，可提取關鍵信息，并提供動手操作的交互功能。例如，上述動畫實例中探究平拋運動水平方向運動特點的填空題，可考查學生是否會運用自由落體運動的規律來確定時間相等，這在一定程度上拓寬了研究的深度和廣度。

3．３" " 經濟性

Ａｎｉｍａｔｅ動畫仿真性強，可最大程度模擬真實環境，學生能夠多感官獲取信息，可以解決高中物理實驗教學中設備少、學生多、設備貴、重復試驗成本高、教師演示困難、難以觀察實驗現象等難題，從而提高教學效率。

4" " 結" 語

Ａｎｉｍａｔｅ動畫軟件易學易用、圖文并茂，配合軟件自身配備的代碼片段，可以輕松實現強大的人機交互功能，可以充分調動課堂氛圍。利用Ａｎｉｍａｔｅ輔助物理實驗教學前景良好，對于不易用實物開展的物理實驗，教師可以根據學情制作實驗動畫并應用到實際教學中，從而提高教學質量。

參考文獻：

［１］中華人民共和國教育部．普通高中物理課程標準（２０１７年版）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０１８．

［２］農愛香，陳展圖，黃婷．Ａｎｉｍａｔｅ動畫在高中地理教學中的設計與應用——以“構造地貌的形成”為例［Ｊ］．中學地理教學參考，２０２２（６）：７３－７６．

［３］吳楊峰，徐曉梅． 基于探究訓練教學模式的高中物理教學設計——以“實驗：探究平拋運動特點”為例［Ｊ］．中學物理教學參考，２０２１，５０（２７）：４４－４６．

［４］理查德·Ｅ．邁耶．多媒體學習［Ｍ］．傅小蘭，嚴正，譯.北京：商務印書館，２００６．

（欄目編輯" " 賈偉堯）