融合信息技術手段 實現儀器教學可視化

摘 要：筆者利用GeoGebra軟件，從螺旋測微器的測量原理出發，制作螺旋測微器課件，實現實驗儀器教學可視化。這一教學方法能夠在幫助教師提高學生讀數能力的同時，通過動態課件的展示突破儀器教學的難點，從而提升授課效率。本文主要針對實際教學中的難點，具體探討課件的制作，旨在為現代教育技術與高中物理實驗教學的有效結合提供一些可行的建議。

關鍵詞：GeoGebra；長度測量；螺旋測微器

1 螺旋測微器的重要性

近幾年高考實驗題注重考查基礎內容，在不回避經典實驗和基本實驗技能，不過分追求實驗設計的奇思妙想的基礎上，重點考查學生對基本儀器的使用、對讀數和實驗原理的理解與分析、對實驗方案的設計、對實驗數據的合理表達與評估。

螺旋測微器是高中階段最重要的長度測量儀器之一，是高中物理新教材的教學重點，也是近幾年高考實驗題的高頻考點。隨著考試要求逐步轉向能力考查，一些靈活的實驗讀數題要求學生對儀器原理有較深入的理解，給教師的教學和學生的學習帶來了新的挑戰。

2 教學誤區分析

在以往的教學中，很多教師忽略了對螺旋測微器的基本原理的教學，把教學重點直接轉移到對學生讀數方法的訓練中。對很多學生而言，螺旋測微器僅僅被視為讀數考題的載體，而非實際用于長度測量的工具，這種觀念不利于學生科學素養的全面提升。螺旋測微器作為一種精密的儀器，其讀數方法非常嚴謹，然而在實際教學中，教師采用常規手段難以闡明其測量原理。為了改善這一情況，筆者以GeoGebra軟件為輔助工具，通過計算機編程，制作了一個螺旋測微器的仿真模型。這一仿真模型能夠全方位地展示螺旋測微器的結構和原理，有助于學生對其的理解和掌握。

3 課件介紹

GeoGebra軟件不僅在數學上有廣泛的應用，在物理教學上也有突出的貢獻。該軟件操作簡單、運行流暢，具有較好的可視化效果，在實際展示過程中有良好的交互性。

盡管學生手邊有螺旋測微器的實物，但在課堂上進行演示并講解其原理時，由于實物的可見度有限，常規教學手段往往難以清晰闡述。此外，教師手繪示意圖耗時費力，且效果不佳。因此，教師可以借助GeoGebra這一教學工具進行輔助教學，充分利用其良好的放大功能和強大的交互性特點，有效地突破教學難點。

3.1外觀結構

螺旋測微器的結構圖如圖1所示。螺旋測微器的A測砧和B固定刻度固定在C尺架上。

E可動刻度、D旋鈕、D′微調旋鈕與F測微螺桿連在一起，并通過精密螺紋套在B固定刻度上。

用螺旋測微器測量微小物體的尺寸時，應先使F與A接觸，令E的左邊緣與B的零刻度線對正；再將被測物體夾在F與A之間，隨后旋轉D，當F快靠近物體時，停止使用D，改用D′，聽到“喀喀”聲時停止；最后旋轉G鎖緊，然后再讀數，避免刻度發生變化造成的讀數誤差。

上述設計中的每個結構，均與螺旋測微器的實物圖完全相應，從而使得模擬功能形象化。學生在觀看課件的過程中，可以充分體驗操作實物的感覺，課件中的螺旋測微器結構示意圖如圖2所示。

3.2 粗調、細調功能

課件中“快增”“快減”按鈕，對應實物圖中的D旋鈕，通過粗調旋鈕，可以實現可動刻度的快速移動；“微增”“微減”對應實物圖中的D′微調旋鈕，體現實物中微調旋鈕的功能，通過調節可以細致地觀察刻度的微小移動情況；“鎖止”旋鈕，是G裝置功能的體現。

除此之外，課件額外增加了“慢增”“慢減”功能，方便教師調節位置，教師在示范過程中，通過調節“慢增”“慢減”旋鈕，可使教學呈現出更好的節奏感。教師展示該動態過程，能夠讓學生深刻理解螺旋測微器的使用過程。

3.3 原理設計

正如汽車在盤山公路上繞圈的長度與上升的高度存在一定的放大關系一樣，當旋鈕D旋轉一周，螺桿F便沿著旋轉軸線方向前進或后退一個螺距的距離。教師通過點擊“顯示說明”按鈕，讓學生更深入地理解螺旋測微器的設計原理。

3.4 顯示讀數

課件中有“顯示讀數”這一功能。通過顯示讀數，學生們可以自行出題，并可以通過點擊“顯示讀數”按鈕來檢驗自己讀數的正確性。這一功能為學生練習讀數提供了很大的便利。

論文中設計的螺旋微器仿真模型的GeoGebra代碼見表1。

4 突破教學難點

4.1 螺旋測微器的測量原理

為了讓學生辨析實驗器材的設計原理，筆者通過GeoGebra演示如圖2所示的自制仿真課件，引導學生進行以下幾個學習過程：第一，了解構造組件；第二，觀察可動部分轉動一周移動的距離；第三，觀察可動部分一個周長對應的等分格數；第四，嘗試計算轉動一個等分格時測微螺桿移動的距離。

隨后，教師組織學生小組討論，得出測量原理如下：螺旋測微器是運用螺旋放大的原理制成的，即螺桿在螺母中旋轉一周，螺桿便沿著旋轉軸線方向前進或后退一個螺距的距離。因此，沿軸線方向移動的微小距離就能用圓周上的讀數表示出來。螺旋測微器的精密螺紋的螺距是0.5mm，可動刻度有50個等分刻度，可動刻度旋轉一周，測微螺桿可前進或后退0.5mm，因此旋轉每個小分度，相當于測微螺桿前進或后退0.5mm50＝0.01mm。可見，可動刻度每一小分度表示0.01mm，所以螺旋測微器可準確到0.01mm。由于還能再估讀一位（可讀到毫米的千分位），所以螺旋測微器又名千分尺。^［1］

在實際教學中，這些結論可由學生自發的探索和研究得出，這比教師單方面進行灌輸的教學效果更好。

4.2 螺旋測微器讀數規則的由來

學生根據螺旋測微器的實驗原理嘗試讀數，在這一過程中，學生能夠深入思考螺旋測微器的讀數規則。根據學生的反饋，教師播放課件，并動態展示讀數的變化，由學生自主總結讀數規則如下。

測量值＝固定刻度值＋固定刻度的中心水平線與可動刻度對齊的位置的讀數×0.01。

讀數時，千分位有一位估讀數字，不能隨便去掉，即使固定刻度的中心水平線正好與可動刻度的某一刻度線對齊，千分位上也應讀取為“0”。^［2］學生在總結的過程中不斷升華理解，在這一過程中，他們的自主性和獨立性得到了充分開發。這樣的教學有助于學生形成長時記憶，啟發學生思維，讓學生能夠更好地把握螺旋測微器的本質特點，從而壓縮課堂教學時間，提高課堂教學效率。

4.3 注意半刻度線是否露出

在以往的教學過程中，筆者發現學生對于“半刻度線是否露出”的掌握情況很不理想，這直接導致了讀數結果的頻繁錯誤，使讀數成為一個顯著的學習難點和易錯點。為了有效突破這一教學瓶頸，筆者精心設計了微調旋鈕，并通過動態課件的放大功能詳細展示其變化過程，引導學生仔細觀察并理解“恰好露出”的定義。具體而言，當固定刻度的中心水平線精準地對準可動刻度的0刻線時，視為“恰好露出”。為了進一步明確“即將露出”與“剛露出一點”的狀態，筆者進一步闡釋：當固定刻度的中心水平線位于可動刻度的45刻線與0刻線之間時，表示半刻度線“即將露出”；而當該中心水平線恰好落在可動刻度的0刻線與5刻線之間時，則視為半刻度線“剛露出一點”。此過程能夠幫助學生從原理上理解知識點，順利突破上述教學難點。

改變教學方式之后，學生的投入程度顯著提升，同時也取得了非常好的教學效果。筆者觀察到，學生不僅獲得了更為豐富的學習體驗，而且認知深度也顯著增強。在自主的體驗過程中，學生們深刻地領悟到了關于螺旋測微器的知識及使用方法。

4.4 加強“可參與”訓練

針對實際的教學多為紙上談兵，學生實踐機會不多，對知識的掌握程度不夠的問題。教師充分利用GeoGebra軟件放大性好、靈活性高、交互性強的特點，讓學生進行一定數量的實踐練習，最終能夠幫助學生突破螺旋測微器讀數這一知識難點。

教師還需引導學生學習另一個易錯點，即隨意丟零問題。讀數時，千分位有一位估讀數字，不能隨便扔掉，即使固定刻度的中心水平線正好與可動刻度的某一刻度線對齊，千分位上也應讀取為“0”。例如，如圖4所示的模型正確讀數應為5.640mm。

在設計課件的過程中，筆者特別增設了“核對答案”的功能。

學生可以自行選定可動刻度的位置，隨后可邀請其他同學進行讀數，并通過點擊來顯示標準讀數，從而即時判斷答案的對錯。這一設計極大地提升了學生的參與感、學習幸福感和成就感。它強調了“先學后教”的教學理念，鼓勵學生先進行自主探究，隨后再進行有效的分享與交流，從而優化整個教學過程。學生能夠在深度研究中自然而然地獲取知識和掌握相關技能，這對于促進學生核心素養的全面發展大有裨益。

GeoGebra軟件在物理模型建構教學中發揮了重要作用。它可以用來模擬多種物理模型，幫助學生更好地理解和掌握物理學概念，也能彌補物理實驗室的缺口，從而能夠有效地提高物理教學的效果。

在教學中運用信息技術，不僅與大多數學生的認知發展規律相契合，也完全符合如今的教育理念，凸顯了信息技術在高中物理教育中的關鍵輔助作用。隨著信息化時代的快速推進，信息技術與教學的深度融合已成為未來發展的必然趨勢，高中物理教學與信息技術的有機結合更是教學進步與創新的必然結果。因此，我們必須緊跟時代步伐，將現代化的教育技術有效地融入物理實驗教學之中，以期培養出能夠適應新時代需求的高素質人才。

參考文獻

［1］邱江月.千分尺測量誤差因素分析及修正措施［J］. 中國新技術新產品，2011（12）：132．

［2］田玉春.千分尺的使用與示值誤差的修理［J］. 天津科技，2010，37（4）：116.