Animate动画在高中物理实验教学设计中的应用

收稿日期：2023-11-04

基金项目：广东省教育厅本科高校教改项目“物理与光电工程实验教学中心”（2021gszlgc01）；广东技术师范大学校级教改项目“基于Flash技术辅助高中物理模型教学的研究”（202211）；广东技术师范大学校级教改项目“光电功能材料校企联合实验室”（GSZLGC2023005）。

作者简介：邓婷（2000-），女，硕士研究生，主要从事中学物理教学研究。

*通信作者：熊良斌（1974-），男，教授，主要从事课程与教学论（物理教育方向）研究。

摘   要：Animate制作的动画可应用于演示理想实验，或有特定要求的实验（如反应速度快），或因实验仪器昂贵、不易获取而无法开展的实验。Animate软件仿真性能好、动画效果丰富、交互功能强，能调动课堂教学氛围，成为辅助教师开展实验教学的得力助手。利用Animate软件制作“探究平抛运动的特点”动画课件，详细介绍其设计过程，并探讨了Animate动画在物理实验教学中的应用优势。

关键词：Animate动画；高中物理实验；平抛运动特点

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2024）4-0083-4

信息技术与实验教学的融合成为改革物理教育的新方向，《普通高中物理课程标准（２０１７年版）》中倡导“物理教学要积极利用已有数字媒体，主动开发适合教学、提高教学质量的信息化产品，拓宽物理学习的途径，促进物理教学方式改革”［１］。而Ａｎｉｍａｔｅ可以轻松实现人机交互、模拟实物，成为制作仿真实验动画的首选工具［２］。Ａｎｉｍａｔｅ的前身是Ｆｌａｓｈ，作为一款动画制作软件，能够输出体积小却内容丰富的ＳＷＦ动画格式，且其动画制作技术简单、高效，被广泛应用于动画制作领域。虽然Ａｎｉｍａｔｅ动画在物理实验教学中应用前景良好，但商业公司售卖的动画资源收费高、不系统，与教学内容不匹配，成为广泛应用Ａｎｉｍａｔｅ动画辅助教学的最大障碍。因此，本文以人教版（２０１９版）教材高中物理必修２中学生必做实验“探究平抛运动的特点”为例，通过讲解动画实例，探讨如何有效利用Ａｎｉｍａｔｅ软件设计出完善、符合教学规律的高质量动画，并应用到实际教学中，以提升教师信息化教学水平。

１    Ａｎｉｍａｔｅ动画在物理实验教学中的应用对象

１．１    理想实验

物理情境涉及到理想实验，而理想实验又无法用传统的实验仪器来实现时，可利用Ａｎｉｍａｔｅ动画仿真。例如，伽利略的理想斜面实验、牛顿第一定律的实验探究、行星间的万有引力作用、电场的性质、光波和电磁波等理想化模型均无法通过现实中的实验器材来实现。

１．２    反应速度快、时间短的实验

当物理情境涉及到的实验具有时间短、速度快、学生不易观察等特点时，可利用Ａｎｉｍａｔｅ动画仿真。例如，观察物体自由落体运动快慢与质量的关系、投篮过程蕴含的“斜抛运动”相关知识。在实际实验中，其过程有时短至１秒左右时间，无法给学生留下深刻的印象。

１．３    实验仪器昂贵的实验

有些物理实验要借助昂贵的实验仪器才能进行，但很多学校往往由于经费不足无力购买，从而无法顺利开展这些物理实验。例如，用显微镜观察布朗运动，由于学校硬件条件有限，不能让每个学生都能用显微镜来观察布朗运动，导致不少布朗运动相关的物理情境无法在课堂上得到充分展示。此时，可利用Ａｎｉｍａｔｅ动画仿真来替代。

２    Ａｎｉｍａｔｅ动画在物理实验中的应用实践分析——以“探究平抛运动的特点”为例

２．１    需求分析

动画课件制作的第一步是分析课标、教材、学情，确定教学目标和重难点，从而完成对动画课件的定位。新课标对“实验：探究平抛运动的特点”一节的要求是：通过实验，探究并认识平抛运动的规律。做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，这是平抛运动的规律，也是该节的教学重点。在学习该节之前，已有“曲线运动”“运动的合成与分解”两节的学习基础。虽然学生已经掌握了一定的运动合成与分解的思想，但难以通过直接观察得出平抛运动的特点，这正是该节的教学难点所在［３］。针对这些教学重难点，将动画课件的作用定位为通过实验仪器模拟演示水平方向和竖直方向平抛运动的特点。同时，课件还设计有填空题及实验方案展示，辅助学生观察并理解实验结果。

２．２    流程设计

动画课件制作的第二步，基于以上对课件作用的定位，通过流程图的思路对动画演示程序进行设计，如图１所示。

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图１  动画演示程序流程图

２．２．１    “水平方向”影片剪辑元件制作

打开Ａｄｏｂｅ Ａｎｉｍａｔｅ软件，新建影片剪辑元件，命名为“水平方向”。将准备好的平抛运动实验器的图片导入到舞台，降低图片透明度，利用绘图工具绘制平抛运动实验器。

“小球”图层，插入小球图形元件及多个关键帧，改变每个关键帧中小球的位置，采用逐帧动画，实现小球在实验器上做平抛运动的模型建构。

“定位器”图层，在第３帧插入关键帧，利用任意变形工具，调整定位器位置为“打开”状态。同时，根据小球运动轨迹的变化调整接球板位置，采用传统补间动画形式制作其余帧，实现定位器和接球板的移动效果。

“按钮”图层，插入“空白”按钮到定位器处，命名为“ｄｗｑ”，插入文字“点击定位器释放小球”，选中按钮右键，添加动作代码片段“单击以转到帧并播放”，在定位器处添加按钮元件和代码，实现点击定位器释放小球的动画效果，如图２所示。

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图２  Ａｎｉｍａｔｅ动作代码片段（右）及代码运行结果（左）展示

“填空题”“输入答案”“判断”“提交”图层的制作。首先，在“填空题”图层输入题干内容，留出空格位置以便填写答案。在“输入答案”图层中的填空位置添加文本框，设置文本框属性为“输入文本”，命名为“ｔ１”。同理，制作其他填空题答案。其次，在“判断”图层中拖入事先制作好的判断对错影片剪辑。最后，在“提交”图层中添加“提交”和“答案”按钮，输入代码，实现批改效果。运行的填空题代码和测试结果如图３所示。

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（ａ） 填空题代码

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（ｂ） 测试结果

图３  填空题代码及测试结果

“描点”图层，按照１：４：９：２５的竖直高度设置接球板位置。通过插入关键帧，绘制图形，标记落点位置。接着，比照“小球”图层中小球落到不同高度的对应帧，复制对应关键帧到“小球１”图层。同理，制作其他小球运动图层，从而达到每次小球从同一位置释放后，都能描点出接球板接住小球的动画效果，如图４所示。

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（ａ）工作界面

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（ｂ）测试结果

图４  “水平方向”影片剪辑元件

２．２．２    “竖直方向”影片剪辑元件制作

类比“水平方向”影片剪辑元件制作步骤，创建“竖直方向”影片剪辑元件，需要构建“背景”“网格”“重锤”“弹片”“球Ａ”“球Ｂ”“按钮”七个图层的内容。

“背景”和“网格”图层的制作方式与上述方法类似，绘制竖直分运动实验器。“重锤”和“弹片”图层，通过创建关键帧，任意变形工具旋转元件，创建传统补间动画，制作释放重锤击打金属弹片的动画效果。

“球Ａ”图层为小球做平抛运动的动画示意。“球Ｂ”图层中，小球做同时刻自由落体运动。采用逐帧动画的形式，改变每个关键帧中小球所处位置，从而达到两球在竖直方向上相同时刻都处于同一高度的视觉效果。

“按钮”图层，插入“空白”按钮到重锤处，命名为“ｄｊ１”，插入文字“点击重锤击打弹片”。在第３３帧插入关键帧，添加按钮元件“慢放”，添加动作代码片段。利用“慢放”按钮结合网格图，可以清楚地看见两小球在竖直方向上处于同一高度，如图５所示。

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（ａ）工作界面

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（ｂ）测试结果

图５  “竖直方向”影片剪辑元件

２．２．３    “封面”制作

点击返回场景１，创建“背景”“按钮”图层。在“背景”图层中添加三个关键帧，将封面文字、“水平方向”影片剪辑、“竖直方向”影片剪辑放置在三个关键帧中，如图６（ａ）所示。“按钮”图层第1帧，添加“水平方向”和“竖直方向”按钮元件，分别命名为“ｂｔｎ－ｓｐ”和“ｂｔｎ－ｓｚ”，添加动作代码片段“单击以跳转到帧并停止”，将所需跳转的帧数分别改为“２”和“３”，实现点击按钮跳转并播放对应影片剪辑元件的动画内容。步骤同上，制作“返回”按钮，实现点击按钮返回封面页，如图６（ｂ）所示。

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（ａ）工作界面

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（ｂ）测试结果

图６  “封面”影片剪辑元件

2．３    测试修改

动画课件制作的第三步是进行课件的测试及细节修改。根据实际的教学设计需求，对动画演示的顺序或播放时间等进行微调，经测试或导出后的源文件会自动生成ＳＷＦ格式动画文件，从而实现在不同需求的平台上播放。

3    Ａｎｉｍａｔｅ动画在物理实验教学中的应用优势

3．１    针对性

迈耶多媒体学习理论是理解多媒体学习的关键。迈耶指出，人是通过两个独立的通道来对学习材料进行加工和处理的，但每一个通道在单位时间内能够处理的材料和容量都是有限的。若要实现有意义的学习，教师应当采用词语与画面呈现信息，从而帮助学习者利用已掌握的信息对收到的信息进行认知加工［４］。Ａｎｉｍａｔｅ动画可以对呈现的各通道信息进行针对性设计，结合重难点设计内容，兼顾文字信息和图像（动画）信息（如动画中对仪器名称的标注及实验方案的呈现）。这些可视化材料可以培养学习者的观察能力。

3．２    开放性

开放性体现在两个方面，一是Ａｎｉｍａｔｅ动画文件体积小，便于传播和使用，可打破空间和时间界限；二是Ａｎｉｍａｔｅ动画内置的ＡｃｔｉｏｎＳｃｒｉｐｔ ３．０脚本及代码片段使其具有强大的交互功能，能够解决传统高中物理实验教学面临的渠道单一、互动性不强等问题。动画课件中，可提取关键信息，并提供动手操作的交互功能。例如，上述动画实例中探究平抛运动水平方向运动特点的填空题，可考查学生是否会运用自由落体运动的规律来确定时间相等，这在一定程度上拓宽了研究的深度和广度。

3．３    经济性

Ａｎｉｍａｔｅ动画仿真性强，可最大程度模拟真实环境，学生能够多感官获取信息，可以解决高中物理实验教学中设备少、学生多、设备贵、重复试验成本高、教师演示困难、难以观察实验现象等难题，从而提高教学效率。

4    结  语

Ａｎｉｍａｔｅ动画软件易学易用、图文并茂，配合软件自身配备的代码片段，可以轻松实现强大的人机交互功能，可以充分调动课堂氛围。利用Ａｎｉｍａｔｅ辅助物理实验教学前景良好，对于不易用实物开展的物理实验，教师可以根据学情制作实验动画并应用到实际教学中，从而提高教学质量。

参考文献：

［１］中华人民共和国教育部．普通高中物理课程标准（２０１７年版）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０１８．

［２］农爱香，陈展图，黄婷．Ａｎｉｍａｔｅ动画在高中地理教学中的设计与应用——以“构造地貌的形成”为例［Ｊ］．中学地理教学参考，２０２２（６）：７３－７６．

［３］吴杨峰，徐晓梅． 基于探究训练教学模式的高中物理教学设计——以“实验：探究平抛运动特点”为例［Ｊ］．中学物理教学参考，２０２１，５０（２７）：４４－４６．

［４］理查德·Ｅ．迈耶．多媒体学习［Ｍ］．傅小兰，严正，译.北京：商务印书馆，２００６．

（栏目编辑    贾伟尧）