盤俊春

中學(xué)物理涉及的許多物理過程和物理現(xiàn)象是很難用常規(guī)實驗方法再現(xiàn)和驗證的，如果能把這些物理現(xiàn)象通過動畫形式模擬出來，將會大大提高教學(xué)效率，也會取得更好的教學(xué)效果。相信老師們都想既不花費太多時間又能制作出有一定水準(zhǔn)的模擬動畫。大家可能會想到Flash，但要精通Flash還是有難度的。其實，我們還有另一種選擇，就是利用Java軟件制作動畫，當(dāng)然這里推薦的不是專業(yè)的Java編程軟件，而是一款簡單易用的教學(xué)工具，名為“Easy Java Simulations”（簡稱Ejs），它能讓初學(xué)者在10分鐘內(nèi)設(shè)計并完成一個簡諧運動的動畫。

Ejs的主要功能及特點

Ejs是由西班牙的Francisco開發(fā)的科學(xué)動畫模擬設(shè)計環(huán)境，主要是針對不具備專業(yè)程序設(shè)計能力的教師、學(xué)生或相關(guān)研究者所設(shè)計的使用環(huán)境。它最大的特點在于減輕了動畫設(shè)計過程中的編程負(fù)擔(dān)。它能自動生成為網(wǎng)頁動畫，可以在瀏覽器中跨平臺運行，還可以通過JavaScript程序語言控制所設(shè)計動畫的執(zhí)行與參數(shù)變化等，使用起來很方便。

下載并安裝好軟件（下載地址：http：//fem.um.es/Ejs/），注意先要安裝好1.5或更高版本的Java運行環(huán)境（JRE）。打開Ejs后會彈出兩個窗口，一個是控制臺窗口，另一個是主程序窗口（如圖1），控制臺不能關(guān)閉，可以最小化隱藏起來。

Ejs的主程序窗口包含三個主要界面：①簡介/說明：使用者可以輸入所設(shè)計模擬動畫的相關(guān)訊息與操作使用說明等。這部分內(nèi)容會顯示在Ejs所產(chǎn)生的網(wǎng)頁中動畫區(qū)域的上方。②模型：Ejs本身并不會幫使用者設(shè)定科學(xué)模型，使用者必須告訴Ejs所模擬科學(xué)現(xiàn)象或模型所隱含的數(shù)學(xué)關(guān)系式。③顯示界面：設(shè)計動畫中各類視覺化元件的編輯環(huán)境。

其中“模型”界面的描述是模擬動畫設(shè)計的關(guān)鍵，為了滿足各種不同的模擬需求，又分為六個部分：①定義模擬所需的各項參/變數(shù)。②設(shè)定各參數(shù)的初始值。③提供主要參數(shù)的演化關(guān)系式。④描述其他可能參數(shù)間的關(guān)系式。⑤設(shè)定設(shè)計者可能所需的自定義函數(shù)。⑥一些擴(kuò)展的模型元素。

其中的④、⑤、⑥三個部分屬于高級應(yīng)用，制作課件時是非必要的，一般的老師可以不用管它。

Ejs在教學(xué)中的應(yīng)用

利用Ejs可以輕松制作功能強大的課件。下面我將通過幾個有代表性的例子說明它在教學(xué)中的簡單應(yīng)用。

1.Ejs軟件在數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

Ejs內(nèi)置了數(shù)學(xué)中常用的一些函數(shù)，利用它能制作出二維或三維的動畫和曲線。

案例1：制作一個函數(shù)繪圖器。

老師們可能會覺得開發(fā)一個可以繪制任意函數(shù)圖像的軟件是件復(fù)雜的事，其實利用Ejs能在10分鐘內(nèi)輕松制作出有這樣功能的一個課件。以下將通過制作函數(shù)繪圖器課件來簡單說明Ejs軟件的使用方法和技巧。

課件的元件樹狀結(jié)構(gòu)和運行效果如下頁圖2所示，利用Ejs創(chuàng)建元件很簡單，選中顯示界面中的元件后把它拖到工作區(qū)即可。如果學(xué)過Flash的老師會發(fā)現(xiàn)，Ejs的元件容器就相當(dāng)于Flash的舞臺和場景，Ejs的繪圖元件就相當(dāng)于Flash中的圖形、按鈕和影片剪輯元件，只不過Ejs的元件是現(xiàn)成的，我們需要做的只是修改元件的屬性。

本課件的結(jié)構(gòu)分為控制面板和繪圖面板兩部分，在控制面板中，“重置”按鈕是重新繪圖，x的最大、最小值是用于改變繪圖區(qū)的坐標(biāo)范圍，f（x）輸入框用于輸入任意一個函數(shù)解析式。繪圖面板則用于實現(xiàn)繪制函數(shù)圖像功能。

下面我將設(shè)置各個元件的屬性。首先，右擊“平面曲線繪圖”元件，打開它的屬性窗口，在里面的“Variable”欄中輸入變量“x”，在“X（）”欄中輸入“x”，在“Y（）”欄中輸入函數(shù)變量“%f%”，其次，在“函數(shù)輸入框”元件的屬性中設(shè)置“Variable”值為“%f%”，初始函數(shù)“Initial Value”的值為“cos（x）”，最后，在“重置”按鈕元件屬性中設(shè)置“Action”的值為“_reset（）”。其他如“標(biāo)簽”等元件也可進(jìn)行類似操作。元件的屬性還有很多，如字體、顏色等，這些是比較常規(guī)的操作，大家可以自行學(xué)習(xí)設(shè)置方法，這里就不再贅述。完成后單擊任務(wù)欄中的綠色三角按鈕就可以運行課件了。使用的時候只要修改函數(shù)解析式就能繪制出任意一個函數(shù)的圖像了。

2.Ejs軟件在物理教學(xué)中的應(yīng)用

Ejs特別適合制作物理課件，它能生動地模擬演示物理量與物理現(xiàn)象間的關(guān)系。

案例2：簡諧運動模擬動畫。

“簡諧運動”這部分知識不僅在物理教學(xué)中要學(xué)到，同時在數(shù)學(xué)教學(xué)中也會涉及，因此是培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力很好的知識素材。教材以“彈簧振子”為例而引入這一概念。

先制作好“彈簧振子”動畫，動畫的元件結(jié)構(gòu)及運行效果如圖3所示。這個動畫主要是讓學(xué)生認(rèn)識“彈簧振子”的運動特點和運動情況。

我們可以利用動畫讓學(xué)生進(jìn)行自主探究：①在給定的初始條件下測量出周期的變化規(guī)律。②用鼠標(biāo)拖動球到新的位置，并測量新的周期，你注意到什么？③更改k的值和球的位置，觀察它對路程和速度等的影響。

學(xué)生可以控制動畫將振動過程放慢，這樣能看得更仔細(xì)。還可隨時將動畫暫停，把實驗以動、靜結(jié)合的形式展示出來進(jìn)行分析。面對小球離開平衡位置的位移、速度以及振動能量等這么多物理量的變化規(guī)律認(rèn)識，如果只讓學(xué)生通過教材或?qū)嵨飳嶒炄ニ伎?，很難取得好的教學(xué)效果，此時通過動畫能將這些抽象的變化規(guī)律以形象的動畫形式印入學(xué)生的腦海中。

這一模擬動畫最大的特點是能實現(xiàn)動畫與曲線同步變化，可隨時改變參數(shù)和暫停動畫，這也是其他課件軟件難以做到的。所有這些都充分體現(xiàn)了利用Ejs制作的課件具有制作時間短、功能強大和互動性強等優(yōu)越性。

Ejs的網(wǎng)絡(luò)資源推薦

Ejs軟件應(yīng)用資源內(nèi)容最豐富的是由臺灣師范大學(xué)物理系的黃福坤教授制作的“物理教學(xué)示范實驗教室”網(wǎng)站（http：//www.phy.ntnu.edu.tw/demolab），網(wǎng)站里面有大量的課件和Ejs學(xué)習(xí)教材，這里特別提到的是，網(wǎng)站里有一個子欄目叫“Physlet”的物理動畫庫（包含超過800個物理動畫），里面有大量的現(xiàn)成動畫可供使用（如圖4），動畫庫里面已按教學(xué)內(nèi)容將動畫分好了類，我們只要點擊它就會出現(xiàn)相應(yīng)的模擬動畫了。

以上是Ejs軟件的簡單使用說明，由于篇幅所限，這里不再多舉例，對這方面感興趣的老師，可以通過訪問上述推薦的網(wǎng)站選擇相關(guān)的范例和教程進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。

總的來說，Ejs是制作物理課件的好工具。相信通過介紹，大家已對它有了初步的了解，如果能將其應(yīng)用到教學(xué)中，相信一定會大大提高老師們的教學(xué)效果。