陳　樂　羅冬梅

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)幾乎貫穿了物理學(xué)習(xí)的整個(gè)過程。Phun是面向中學(xué)物理教師和學(xué)生的一個(gè)全開放性的物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和課件制作工具，是物理教師的得力助手。

一、Phun軟件概述

1．Phun軟件簡(jiǎn)介

Phun是瑞典一所大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士Emil Ernerfeld為其導(dǎo)師Kenneth Bodin寫的一個(gè)程序，也是他的畢業(yè)設(shè)計(jì)作品，其開發(fā)目的是為了讓物理教學(xué)和研究更直觀有效。英文名稱是“2D Physics Sandbox”，即“二維物理沙盒”。Phun是一款免費(fèi)軟件，同時(shí)提供了Windows、Linux和MacOS三個(gè)版本，可以到http://www.phunland.com/wiki/Download免費(fèi)下載。

2．Phun軟件的功能

以Phun3.5版為例，在該軟件的工具箱中包含了9個(gè)工具，分別是畫筆（Brush），拖動(dòng)（Drag）、平面(Plane)、圓形（Circle）、方形（boX）、鏈條（chaiN）、彈簧（Spring）、固定（Fixate）、鉸鏈（Hinge），其中大寫字母代表該工具的快捷鍵。

畫筆是Phun中最靈活也是最復(fù)雜的工具，在使用過程中，筆者總結(jié)出畫筆工具的五種用法，具體為：隨意拖動(dòng)鼠標(biāo)可畫出一個(gè)形狀不規(guī)則的物體；通過圈選，可以選中已有的物體；在已有的物體上畫線可以刪除該物體；鼠標(biāo)左鍵可選中物體，按住Ctrl鍵可以進(jìn)行多選，單擊空白處可取消選擇；左鍵拖動(dòng)可以改變物體的位置，按住Ctrl拖動(dòng)可以復(fù)制該物體。

拖動(dòng)工具可以在運(yùn)行狀態(tài)中抓住物體，對(duì)其施加一個(gè)力，從而改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。平面工具、圓形工具、方形工具、固定工具的用法比較簡(jiǎn)單，無需贅述。鉸鏈工具附帶馬達(dá)，只要設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，就可以讓鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)起來，通過鉸鏈工具我們就可以輕松搭建像汽車、活塞這樣的傳動(dòng)裝置。鏈條、彈簧等工具將在后面的具體實(shí)例中進(jìn)行介紹。

此外，鼠標(biāo)滾輪可以縮小和放大視圖，鼠標(biāo)右鍵可以移動(dòng)視圖，旋轉(zhuǎn)該物體，右鍵單擊還可以打開參數(shù)菜單，如物體有摩擦系數(shù)、彈跳系數(shù)和密度，鉸鏈有馬達(dá)轉(zhuǎn)速和馬力，彈簧有勁度系數(shù)和阻尼系數(shù)等。

二、Phun在物理教學(xué)中的應(yīng)用

1.幫助教師制作物理動(dòng)畫

中學(xué)物理是一門介紹物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科,在應(yīng)用多媒體課件進(jìn)行物理教學(xué)時(shí),課件中制作精美的動(dòng)畫,能把物理學(xué)中的一些抽象概念、復(fù)雜原理,用高度簡(jiǎn)化的手法加以形象化,從而準(zhǔn)確、深刻地詮釋了物理現(xiàn)象和物理規(guī)律,使一些不易理解的知識(shí)點(diǎn)變得淺顯易懂,從而啟迪學(xué)生思考,激發(fā)學(xué)生深入探索物理知識(shí)的精神。

對(duì)物理教師而言，可以用來制作動(dòng)畫的軟件有很多，如PowerPoint、Authorware、Flash等。而這些軟件都屬于通用的課件開發(fā)工具，并沒有針對(duì)物理學(xué)科的特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，因此用來制作物理動(dòng)畫常常費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

和這些軟件相比，用Phun來制作物理動(dòng)畫無需編程、既簡(jiǎn)單又精準(zhǔn)。

2.為學(xué)生提供物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理學(xué)所表達(dá)的定律，絕大多數(shù)是用實(shí)驗(yàn)探索得出來的，也就是通過大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察，取得數(shù)據(jù)，再加工整理，運(yùn)用精辟的數(shù)學(xué)工具，將大量的數(shù)據(jù)上升為規(guī)律。Phun是趣味性很強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。學(xué)生可以用它來驗(yàn)證課堂所學(xué)的物理規(guī)律，通過仿真實(shí)驗(yàn)加深對(duì)物理規(guī)律本質(zhì)的理解。更為重要的是，Phun中虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境可以由學(xué)生自己來搭建，學(xué)生都可以在教師的指導(dǎo)下準(zhǔn)備好虛擬實(shí)驗(yàn)器材，自主探究諸如慣性現(xiàn)象、滑動(dòng)摩擦、彈性碰撞等問題。此外Phun還可以做沒有重力、沒有摩擦力、沒有空氣阻力等情形下的理想實(shí)驗(yàn)。這對(duì)于幫助學(xué)生獲取感性認(rèn)識(shí)，促進(jìn)知識(shí)遷移，以及培養(yǎng)抽象思維能力都是大有裨益的。再次，用Phun做物理仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)芄?jié)約實(shí)驗(yàn)成本，縮短實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的時(shí)間，可以作為實(shí)物實(shí)驗(yàn)的輔助手段和有益補(bǔ)助。因此，筆者認(rèn)為，隨著理實(shí)一體化教學(xué)模式的推薦，將Phun引入物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，是一種切實(shí)可行、簡(jiǎn)單有效的方法。

3.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力

新課標(biāo)的改革核心是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，創(chuàng)新思維下的物理教學(xué)，而Phun的核心價(jià)值就是能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力。Phun提供了各種形狀的物體、鉸鏈、彈簧等基本的零部件，有了這些基本零部件，學(xué)生就可以發(fā)揮奇思妙想，像搭積木那樣設(shè)計(jì)出具有特定功能的復(fù)雜裝置，如昆蟲機(jī)器人、自動(dòng)灑水車、火箭彈射器等。學(xué)生可以在Phun的仿真環(huán)境下測(cè)試這些裝置，觀察其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)原先的設(shè)計(jì)進(jìn)行改良，并在條件允許的情況下制作出實(shí)物模型。Phun的這一應(yīng)用和機(jī)器人競(jìng)賽有異曲同工之妙，但機(jī)器人競(jìng)賽投入大、成本高，只有少數(shù)學(xué)生可以受益，而Phun是免費(fèi)的，可以讓每一個(gè)學(xué)生體會(huì)到創(chuàng)造發(fā)明的樂趣。

三、Phun的具體教學(xué)實(shí)例

下面通過坦克履帶的制作來闡述Phun軟件在教學(xué)中的具體應(yīng)用。

本例從一個(gè)最簡(jiǎn)單的輪子開始，一步一步最終制作出一個(gè)能自由跑動(dòng)的坦克履帶，綜合運(yùn)用了畫筆、圓形、鉸鏈、方形、鏈條等工具，其中涵蓋了物體組裝過程中的各種操作技巧。實(shí)例中轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子是各種運(yùn)動(dòng)裝置的基礎(chǔ)，有了輪子就可以完成汽車、活塞等復(fù)雜傳動(dòng)裝置。

其制作步驟如下：第一，用圓形工具畫兩個(gè)圓（按住Ctrl拖動(dòng)可以畫出兩個(gè)相同的圓），用矩形工具畫一個(gè)橫桿，使橫桿兩頭位于兩圓的圓心。第二，在兩圓圓心處各安一個(gè)鉸鏈，拖動(dòng)橫桿看鉸鏈?zhǔn)欠窀鷦?dòng)，此步是關(guān)鍵。如果鉸鏈沒有跟動(dòng)，應(yīng)移動(dòng)鉸鏈的位置或者刪除后重畫鉸鏈。第三，同時(shí)選中兩個(gè)鉸鏈，右鍵打開參數(shù)菜單，勾選馬達(dá)選項(xiàng)并給予一定的轉(zhuǎn)速和動(dòng)力。至此兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子便做好，可以按下空格鍵查看效果。第四，在輪子上方畫一條鏈條（模擬坦克的履帶），長(zhǎng)度應(yīng)能圍住兩個(gè)輪子，刪去鏈條起點(diǎn)處的第一個(gè)鉸鏈，按下空格鍵使鏈條墜落，當(dāng)鏈條圍住輪子時(shí)再次按下空格鍵暫停。第五，將鉸鏈的最后一節(jié)拖至第一節(jié)處，用鉸鏈將兩者連在一起。如果單擊無法選中單個(gè)鉸鏈，可以在放大視圖后用筆刷工具將其圈選。最后將鏈條的摩擦系數(shù)調(diào)大，至此，坦克的履帶便制作完成（見下圖）。

利用Phun軟件進(jìn)行物理教學(xué)，打破了課堂教學(xué)開展實(shí)驗(yàn)條件的限制，彌補(bǔ)了課堂教學(xué)的不足，使得枯燥的物理教學(xué)變得生動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情與興趣。但Phun這款軟件也存在一定的局限性，就目前已有的最高版本而言，它的功能還不十分完善，如無法精確設(shè)定物體的初速度，無法繪制平滑的曲線等，希望能在今后的版本中得到解決。

目前，在互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)悄然興起了學(xué)習(xí)和使用Phun的熱潮，全球最大視頻網(wǎng)站Youtube開辟了Phun專欄，Phun的官方網(wǎng)站已收集到5600多件作品，這為學(xué)習(xí)使用這款軟件提供了很好的參考。然而，到目前為止，筆者還沒有看到國(guó)內(nèi)有關(guān)于Phun在教學(xué)中應(yīng)用的研究成果發(fā)表，希望通過本文的討論，拋磚引玉，吸引更多的國(guó)內(nèi)教育界的同行關(guān)注這款軟件，并積極參與到Phun的實(shí)踐開發(fā)與教學(xué)應(yīng)用研究中來。

參考文獻(xiàn)

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