高中物理论文：高中趣味物理游戏设计初探高中物理论文：高中趣味物理游戏设计初探
一、开展趣味物理游戏的意义
趣味物理游戏是校园科技活动中不可缺少的一部分。开展物理游戏活动，可以让学生在轻松愉悦的氛围中，领略到自然界的美妙与奥秘，极大地激发他们探求科学的欲望和学习物理的兴趣；同时，也使学生在“玩”的过程中不知不觉地锻炼和提高了动手能力、思维能力和创新能力。
二、高中趣味物理游戏设计的原则
趣味性原则：这是设计物理游戏首先必须考虑的原则。设计的游戏，可以“新”、“奇”、“绝”、“妙”、“疑”等为特点，来吸引学生踊跃参与，令学生感到兴趣盎然。
挑战性原则：由于高中阶段的学生已经具备了一定的认知水平和动手能力，因此设计的物理游戏不可过于简单，应具备一定的挑战性。挑战性可以是知识、思维方面的，也可以是游戏操作技巧方面的。对于只需简单动手操作的游戏，则可以限定时间完成。
简易性原则：游戏设计最好能采用现成的简易装置或利用废旧材料，这样不但可以节约成本，而且更能让学生感受到物理与生活的紧密联系。
教育性原则：设计的每个物理游戏都要有明确的教育目的。游戏仅仅是一种手段，是一种活动形式，而培养学生的动手能力、思维能力和创新能力才是活动真正的目的和意图。因此，我们要尽量做到“寓教于乐”。
安全性原则：游戏的内容、方式、过程甚至活动环境的选择等都要确保学生的安全。
三、趣味物理游戏的活动组织形式
趣味物理游戏的每一个游戏都必须有裁判员或主持人，可由该游戏的设计者或“玩具”制作者担任；每个游戏通常都必须有明确具体的游戏规则或玩法，可由裁判员或主持人负责讲解，并监督和检查参与者是否成功。
四、常见趣味物理游戏的类型
下面介绍几种较为常见的物理游戏类型，并对各类型列举一些典型实例加以说明。
1．简单操作比赛类
这类游戏通常涉及的物理知识、物理原理简单易懂，学生主要是在“玩”中找到乐趣。例如“正字反写”、“弹指神功”、“空杯运球”、“气球运水”、硬币搭桥”、“大鱼吃小鱼”、“巧渡水雷区”等都是学生喜闻乐见的游戏类型，由于篇幅有限，只讲部分例子。
①“正字反写”游戏规则：如图1a所示，要求参与者正对着前面的镜子，在一分钟内上写出一个成语来，该成语从镜子上看，必须是正立的，方为成功。这个游戏涉及的物理原理很简单，却能使学生在玩的过程中，更好地理解和认识镜面成像原理，也在无形中锻炼和培养了学生的想象力。
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②“弹指神功”如图1b所示，参与者每人8枚硬币，将其中七枚叠在一起，剩下的1枚做zi弹，看谁能在最短的时间内把这7枚硬币从下到上逐一射出来，最快的那一位获胜。这也是个原理很简单的游戏，却能让学生在宽松的气氛中认识惯性的简单应用，这比老师的课堂说教收到的效果要好得多。
③空杯运球
桌子上放着一些乒乓球，不能用手拿，只提供一只一次性塑料杯，要求将乒乓球移到另一个桌面上而不能落地，在规定的时间内搬球多者获胜。当然，这个游戏就需要一定的技巧，但学生还是能想到用塑料杯倒扣住乒乓球，然后旋转杯子，让乒乓球在杯内作圆周运动，达到一定速度后，球便不会从瓶内掉下来，便可把球迅速地搬到另一个桌面上。学生在参与这个游戏的过程中，可能没有去考虑球为什么不会掉下来，但这个过程性体验对我们的课堂教学很有帮助，往往可以收到事半功倍的效果。
通过上面的例子，我们可以看到虽然这类游戏没有给学生太多的物理知识却在游戏过程中给学生更多直觉感知和体验，对激发学生学习兴趣、想象空间，以及可能产生的顿悟闪现等等都起着很大的作用，有利于右脑功能的开发，这些都是课堂教学所不能及的。
2．头脑奥林匹克类
该类游戏往往需要参与者有较扎实的物理基础，能够较灵活地应用所学物理知识、物理原理解决一些实际间题。该类游戏往往出奇制胜，令人拍案叫绝，能极大地启发学生创造性思维。例如“巧叠木块”、“未敲先知”、“以一顶十”、“识金辨银”、写找重心”、“刺不破的气球”等。
①巧叠木块
游戏规则：参与者在30秒内将5块木块叠在一起，谁能使最上面的木块比最底下的木块伸出的长度长，谁就获胜。实际上这是一道来自计算力矩求重心的竞赛题。很多学生都是习惯性地从下往上叠，由于方法不对结果当然不佳。正确的方法是先调节最上面的木块伸出第二块木块达到临界平衡，然后，不动第一块，调节第二块相对下面一块的位置，使上面两块达到临界平衡，依次往下调节，便可叠得如图2所示。通过游戏比赛的形式，引发学生思考如何灵活地用所学知识解决实际间题，这样印象会更深刻，同时该游戏也培养了学生的逆向思维能力。
②“未敲先知”（辨别生蛋、熟蛋）
游戏规则：不能砸破蛋壳，看谁能尽可能多地设计出方案，来辨别出哪个是生蛋，哪个是熟蛋，由于“尽可能多”的激励作用，加之置身于游戏比赛这轻松的氛围中，学生们表现出极为热烈的参与激情，设计灵感相互迸发，思维之花朵朵绽放。例如，有的同学想到用橡皮圈将蛋箍紧，各挂在一条同样的线上，再分别把这两个鸡蛋扭转相同的圈数以后一同放开。结果熟蛋在转回到它的原来位置后，又往反方向扭转回去，然后又退转回来，这样来回扭转多次，才逐渐停下来。但是生蛋却只来回扭转三四次，在熟蛋还没停止时早就停下来了。也有同学想到更简单的办法，即把要判别的蛋放到一只平底盘上，用两只手指使它旋转。如果是熟蛋，则它旋转起来就会比生蛋快得多，而且转的时间更久。而生蛋呢，只能转几下就停下来。也有其他奇奇怪怪的想法，这里就不罗列了。
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这个游戏鼓励了学生多角度分析间题，多想几种方法解决间题；引导学生以开放性的视角，开放性的思维去解决日常生活中所遇到的间题，从而培养学生的发散性、创新性思维能力。
③以一顶十
游戏规则：不能借助其它任何东西，看看谁能用1枚铁钉顶起10枚铁钉。这是一个很有挑战性的游戏，学生们都跃跃欲试，却难倒很多学生，甚至被认为是不可能的。此时如果主持人能把这被认为不可能的“以一顶十”摆出来（如图3），这个游戏带给学生的不止是如何活用共点力平衡与转动平衡的知识解决实际间题，更重要的是它能给学生以震撼，冲击学生的定势思维。
3．奇思妙想类
这类游戏大多是以组队形式参加，并须预先按照参赛要求设计或创作好参赛作品或方案，届时方可在现场参赛并由教师组织评比。因此，组织者必须预先公布所要比赛的项目及评分标准。这类比赛虽说是游戏，却能极大地激励学生独立思考、勇于探索、善于想象，敢于标新立异，敢于创造发明，能极大地激发学生的创造潜能；同时对培养和锻炼学生的动手能力和团队协作能力都很有帮助，给广大学生提供一次展现自己聪明才智的好机会。
①高空坠蛋
要求参赛选手自行设计一套鸡蛋保护系统，使得一枚生鸡蛋在此系统的保护下从20m～30m的高空自由落下而不致摔破。保护系统所用的材料及实现方法不限。参赛选手可发挥想象，自主完成设计制作。但整个系统（包括鸡蛋在内）不得超过1．5kg。参赛选手首先要保证鸡蛋落地不摔碎才有资格评奖，在此基础上我们再根据所设计的保护系统的质量、创意、取材、造型、原理等分出名次。
②巧垒纸牌
要求参赛选手（个人或组队，各团队至多3人）用相同材料、相同数量的纸牌（由老师提供），在15min内将纸牌垒得尽量高，并且造型美观。参赛者可用一定的辅助材料（由参赛方自己准备）。在参赛选手保证所垒的纸牌不倒塌的基础上，再根据各小组所垒“纸牌塔”的高度、稳定性、造型、纸牌使用张数、辅助材料使用情况、承受压力大小等情况进行评定。
③横空架桥
本活动分组，现场进行比赛（每组至多5人），提供材料有A4纸（最多10张）、胶水以及尺子和剪刀若干。要求在相距为50cm，长、宽、高分别为30cm、20cm、10cm的木制桥墩上设计一座小桥，并能使质量为500g的小车安全通过。小桥的具体设计和制作由参赛选手发挥想象，自主完成。同样，参赛选手必须保证小车可完全通过小桥才有资格评奖，在此基础上，将按照各小组架桥所用时间、材料节约性、小桥设计的创新性以及小车通过桥所用时间等综合考虑评定。
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4．计算机游戏类
这一类游戏是需要在现场提供计算机以及配置“游戏软件”。所谓的“游戏软件”可以在网上下载，但目前该类游戏网上极少，因此必须由自己自行构思设计，再请计算机老师帮忙编程实现。设计时，既要考虑游戏的娱乐性和挑战性，同时也要特别注意游戏中所设计的物理模型的科学性和合理性，两者不可偏废。设计该类游戏时可以模仿当前流行电脑游戏的玩法，采用“过关”、“升级”、“积分”的形式以迎合学生的口味。下面讲讲我设计的两种游戏方式，与大家探讨。
①“百万富翁”式计算机游戏
“百万富翁”是香港有线电视台一个深受观众喜爱的娱乐节目。该节目通常是请一些佳宾参与游戏，由主持人提问一些日常生活间题，显示在参与者前面的计算机上，间题有4个选项，参与者在限定时间内选出其中一个，答案正确即可加分，积累一定的分数即可获得丰厚奖金。
我们可以模仿该节目的做法，设计一系列有趣味的、与日常生活紧密联系的物理问题，制作成游戏软件，每个问题设置4个选项，若参与者选中正确的答案，就可积累1分；积累10分，即可过一关；关数越多，难度越大。这样的选择题式的游戏通过如f1ash、VB、c++或动态网页等开发工具软件，都可较容易实现。
②可操纵式计算机游戏
可操纵式游戏与现行电脑游戏玩法极其类似，有较强的可操纵性和娱乐性，不同的是游戏背后隐藏着较高的知识性，要设计好真有点难度。现在不妨让我们看看我构思的一个例子。这是一个光学益智游戏──“奇妙的光”，游戏界面主要由主界面和副界面两部分组成。左边是主界面，布置有光源、目标、障碍物等；右边是副界面，上面的工具箱中预放着一定数量的光学仪器（如平面镜、三棱镜、凹透镜、凸透镜等），游戏者可以把它拖到主界面上的任何位置，而且每单击光学仪器一次，即可使其转动一定的角度。该游戏玩法很简单，每一关在副界面上都有该关任务的简要说明。
现举前面三关，希望对大家设计这类游戏有所启发。第一关，考查平面反射，提供一个平面镜，如何放置反射镜使主界面中的光线能射中目标灯（见图4a）；第二关，仍考查平面反射，难度稍微加大，提供三个平面镜，如何定位镜子，使得红光射中红灯，蓝光射中蓝灯（见图4b）；第三关，考查平面反射及光的混色原理，难度加大，提供三个平面镜，如何将主界面中的红、蓝、绿三束单色光合成紫、黄、青三种复合光，并让复合光射中相应颜色的目标灯（见图4c）。其实还有近50关更有挑战性和趣味性的游戏，这里就不罗列了。
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当然，要实现这类游戏，需要物理教师的精心构思与计算机老师的大力配合才能很好地实现。
五、总结
从上面的例子，我们可以看到高中趣味物理游戏取材广泛、形式多样，只要我们大胆构思、精心设计、认真实施，便能把枯燥乏味的物理学习变成一种令人耳目一新、喜闻乐见的优质高效的游戏；而这样的游戏，对学生的志趣定向、视野拓宽、能力形成、创造性思维发展等方面都起着积极的促进作用。
参考文献：
[1]顾康清．论物理活动课的设计原则．中学物理教学参考，2000．6
[2]赵力红，臧文彧．高中物理探究性趣味实验．第一版．杭州：浙江大学出版社．2002
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