21世纪的动态几何--《几何画板》

Author: 朱传新 Date: 2000年 第11期

  有些中学生非常害怕学习数学,特别是最讨厌几何证明题,因此广大学生和老师都希望对数学教学进行改革,希望通过某种方式既能激发学生学习数学的兴趣,减轻学生的学习负担,又能提高学生的数学修养。在此背景下,《几何画板》(以下简称画板)问世了。它是由美国Key Curriculum 出版的几何软件,画板的原作者是Scott and Nick Jackiw,它的全名是《几何画板--21世纪的动态几何》。
  画板由于功能强大、界面形象、操作简单,深得广大师生的喜爱。它也是全国中小学计算机教学研究中心(http://www.nrcce.com)推荐的数学学习软件。目前,画板已经由北京天翼公司汉化,并由人民教育出版社出版。不足的是,天翼公司只汉化了画板的菜单,并没有汉化画板的帮助文件,这给英文基础不太好的初学者带来极大的不便,同时也影响了对画板高级功能的使用。本文以几何画板中文版3.05为例,介绍画板的基本设置和操作。我们会发现画板不但使用简单,而且功能非常强大。其它版本的几何画板的使用,与中文版3.05使用基本相同。
  1.画板的安装:
  在画板中文版的安装盘中,包括安装程序、主程序、画板范例以及脚本范例。它的安装和绝大多数Windows下的软件安装一样,只要运行安装盘中的Setup.exe即可自动完成整个安装过程,对于在安装过程中安装程序将会出现:“全部安装”、“仅安装运行程序”还是“仅安装应用示例”的提问,为了便于以后的学习和使用,强烈建议选择“全部安装”。对于现在的硬盘来说,画板使用不到5M的空间实在是微不足道。
  2.画板的工具箱
  安装程序结束后,即可启动画板。在画板的左侧是画板的工具箱,它是使用画板最基本的工具(见^11050301a^1)。自上而下的各个工具的功能为:
    选择工具:选择目标。
    画点工具:画点。
    画圆工具:画圆。
    画线工具:画线。
    文本工具:加注释或给目标标符号。
    对象信息工具:显示对象的几何信息。
  这些工具,能够满足作出一般的静态几何图形的需要。特别是对于作常见的数学、物理图形,它远远要比常见的字处理软件中的画图工具来得方便和准确,并且图形非常便于调整。如果需要的话,你可以在画板中作出图形,然后粘贴到其它应用程序中去。尽管如此,这也只能说是画板一种基本的和初级的应用。
  3.画板的记录工具
  画板的一个出色功能就是能够记录画板的绘图步骤,并且能将记录步骤重现出来。并可将所画的图形保存为记录文件*.gss,不妨称之为“脚本”。以后可根据“脚本”中的作图步骤自动生成一个新的图形。
  比如:我们在画板中用画线段工具画出一个三角形,用文本工具给三角形的顶点标上A、B、C,再用选择工具选定整个三角形ABC,选定“工作”菜单中的“生成记录”,即制作脚本功能,这时就会出现一个脚本窗口,并将三角形的绘制过程记录下来(如^11050301b^2)。
  将文件存为“三角形.gss”,以后要画三角形时,只要打开文件“三角形.gss”,在窗口中给出三角形的三个顶点,并选定这三个顶点,按记录窗口中的“阶进”、“播放”、“快进”中的任何一键,都能得到三角形ABC。
  更加妙不可言的是:这样的一个个脚本还可以被定义为新的工具。这就意味着用户可以自己建立和扩充脚本工具库,增强画板的功能。再也没有每次打开文件的麻烦,也不会因为记录窗口的出现而影响作图。在工具栏中添加记录工具的设置如下:
  ①选择“显示”菜单中的参数选择功能,弹出如^11050301c^3所示的参数设置对话框。在这里可设置画板的各种参数,如:长度单位、角度单位、显示精度、计算精度等等。
  ②选择对话框中的“其他”项,进入“高级参数选择”对话框。在“记录工具目录”栏中设置存放记录文件的目录,如:画板目录下的c:\sketch\samples。当然,也可以自己重新指定其它的目录,用于存放脚本文件。
  ③选“继续”选项,最后“确定”。
  这时,在工具箱栏中将出现一个新的工具,即“记录工具”(如图2所示)。
  选择记录工具目录中的“三角形.gss”,只要在画板的窗口中点三个点,即可得到一个三角形。非常简单,也非常方便。这样,除了画板安装盘中带有大量的记录文件外,你还可以向脚本工具库中添加新的脚本文件,并可以反复利用它们,派生出越来越复杂的几何图形。
  4.画板的应用示例
  下面通过几个实例,看看画板的几种常见应用。
  (1)动态作图工具
  在不断变化的几何图形中研究不变的几何规律,乃是几何的精髓。画板不同于其它作图工具的突出特点是它能动态地保持几何关系。
  作出任意四边形ABCD的各边的中点,连接各边中点得到四边形EFGH,不管如何拖动四边形各边的顶点,FGHI始终是一个平行四边形。其作法为:
  ①用画线工具画出四边形,用文本工具标出四边形顶点为A、B、C、D。
  ②用鼠标选择AB边,选取“作图”菜单中的中点功能,得AB的中点,再依此作出其它三边的中点,连接各中点得到四边形FGHI。
  ③用鼠标拖动A、B、C、D各顶点,可以看到:A、B、C、D的位置不管如何变化,FGHI始终保持是平行四边形。
  (2)有力探索工具
  利用几何画板可以探讨问题,探求未知的结论,可以开阔思路,提高数学素质。
  例:ΔABC的顶点A在定圆M上运动,B、C点固定,求ΔABC外心O的轨迹。
  作法:①在画板窗口内作点M,平移M点得M1点,以M为圆心,MM1为半径作圆。
  ②根据题意作A、B、C三点,并作AC、BC的中垂线交于点P(如^11050301d^4)。
  ③选择点P,再选“显示”菜单中的追踪点功能。
  ④在画板中拖动点A,可以发现P的轨迹为线段(如图4)。
  ⑤将点B移动到圆内,拖动A点,可得点P的轨迹为直线。
  ⑥将点B、C都移动到圆内,可得点P的轨迹为射线(如^11050301e^5)。
  通过画板可以很方便地做数学实验,正是由于这一点,中学生可以通过它去发现探索和总结几何规律。目前,国内外甚至有不少中学生,通过它发现并证明了一些几何定理,画板不愧是一个有力的探索工具。
  画板下载地址:http://www.softhouse.com.cn/或
http://nbkite.topcool.net/(中文实验版1.29M,英文demo版647K)。