“机械波的产生”自主体验课的教学设计

“机械波的产生”自主体验课的教学设计 河北承德第一中学　苏凤朝 自主体验课，是指在教师指导下，通过学生自主体验而实现的教学。笔者在“机械波的产生”一节教学中，尝试进行了学生的自主体验，收到了较好的效果。下面是对这一节教学进行的设计实录。 【学习目标】 1．通过学习使学生体验到机械波是怎样产生的； 2．通过自身的活动使学生清楚机械波在传播过程中，传播的是振动形式，振动质点并不随波迁移；机械波传递过程中携带能量和信息； 3．通过实验得到机械波传播的速度与介质有关，与振源振动的频率无关； 4．认识到横波中的波长的意义，知道振源振动一个周期，机械波向前传播一个波长。 【学习材料】直径约1cm、长约10m的一条麻绳、横波演示器、秒表（或用手表代替）。 【学习形式】学生自主体验、教师适时指导。 【教材分析与课程设计思想】 “机械波的产生”一节内容，在初学者看来属于较难理解的内容，学生很容易把波的传播认为是介质中质点的迁移。波源的振动与波的传播之间关系很多学生容易产生混淆。在传统教学中，教师经过反复讲解和大量的练习，使一些学生记住了结论，但还是没能理解相应的内容。 在本节的教学设计中，我们试图改变传统的教学方式，将教师的“讲解”变为学生的“亲身体验”，通过反复的“人浪”表演使学生体验到“机械波”由近向远的传播过程：①传播的是振动形式，振动质点并不随波迁移：②机械波传递过程中携带能量和信息：③振源振动一个周期，机械波向前传播一个波长。 然后请学生用麻绳演示机械波的传播，重复上述观点，强化观点。之后，进行实验研究：机械波传播的速度与介质有关，与振源振动的频率无关。最后，请学生分组演示并讲解“机械波是怎样产生的”，结束本节内容。 【课堂纪实】 1．将学生带到大厅（或小操场上），将学生均等地分成4队，手手相连，教师位于队伍中间，指导学生，如图1。 先让第2排学生进行“人浪”表演：从左起第一个人开始依次“蹲”“起”一次。其他同学观察。 然后让第2排的同学从中间断开，传到断开处，后面的学生不再动作。 教师提问：假设将每一位学生都看成“质元”，最左边的学生看作最先振动的质点（波源或振源），学生手手相连看作连续的“介质”（介质就是传播振动的物质），那么，只有振源的振动而没有传播振动的介质能产生机械波吗？ 学生回答：不能。 教师提问：那么，机械波产生的条件是什么？ 学生回答：振源的振动和传播振动的介质。 教师：机械振动在介质中的传播过程就是机械波。 2．先让第2排学生进行“人浪”表演：从左起第一个人开始依次“蹲”“起”一次。其他学生观察。 然后请第3排的学生重复表演一次，其他学生观察。 让1、2排学生交换位置，3、4排学生交换位置，重复表演一次，其他学生观察。 教师提问：机械波在传播过程中介质中的质点随波迁移吗？ 学生回答：介质中的质点并不随波迁移。 教师提问：那传播的是什么？ 学生回答：传播的是振动的形式。 教师提问：如果振源振动的幅度是1m，那么其他质点的振动幅度是多大？ 学生回答：也是1m。 教师提问：如果振源振动的周期（完成一次全振动的时间）是2s，那么其他质点的振动周期是多大？ 学生回答：也是2s。 教师提问：这说明了什么问题？ 学生回答：振源怎么振动，介质中的其他质点也跟着怎样振动。 教师：这是否意味着机械波传播过程中携带着信息？ 学生释然。 教师提问：机械波传播过程中携带能量吗？ 学生回答：是的。 教师：那谁能给大家总结一下，机械波传播的特点？ 学生：①机械波介质中的质点并不随波迁移。 教师：很好，请继续。 学生：②机械波传播过程中携带能量。 教师：还有吗？ 学生：③机械波传播过程中携带信息。 教师：携带谁的信息？ 学生：振源振动的信息。 3．教师请第3排学生按照要求进行表演：当第一位学生完成一次全振动后，其他学生立即停止动作，定格在这一时刻。 （学生妤像是没有明白教师的指令，或是这一过程较难完成，总之重复三次才勉强完成） 大致成如下形态，如图2。 教师提问：这大概是什么形状？ 学生回答：正弦（余弦）波的形状。 教师：第9个质点刚要开始向下振动，与第1个质点步调一致。我们把两个相邻的、振动总是相同的两个质点之间的距离叫做一个波长。 教师提问：振源振动一个周期，振动从第1个质点传播到第9个质点，哪位学生总结一下？学生回答：振源振动一个周期，机械波在介质中传播的距离是一个波长。 教师：这说明机械波的传播具有周期性。 教师：在同种均匀介质中，机械波的传播是匀速的。如果用λ表示波长，T表示周期，则：v=λ/T。 4．用麻绳研究机械波的传播速度与哪些因素有关实验：请两位学生到队伍前面进行演示，两者相距约10m，各执绳的一端，一人不动，另一人上下抖动绳子，这样就有一列波从抖动的这一端向另一端传开来。 缓慢抖动绳子，产生的机械波的波长大：快速抖动绳子，产生的机械波的波长小。 再请出3个学生进行记录：在两种不同的抖动绳的条件下，由一端传到另一端所用的时间。 教师提问：通过实验，你能得出什么结论？ 学生回答：波的传播速度相同。 教师：准确表达。 学生：在实验误差允许范围内，不论如何抖动绳子（快速、中速、慢速），从这一端传播到另一端所需要的时间相等。即波的传播速度是相同的，与波源振动周期（频率）无关。 教师：哪位同学能总结一下机械波的波长是由哪些因素决定的？是频率还是波速？是振源还是介质？ 学生：两者共同决定的。 5．请学生手手相连围绕成一个圆，相邻两人同时动作，产生的波向两侧传播，形成的波是对称的。如图3所示。 6．按照分组原则，围绕教师，使用横波演示器，讲解机械波的产生过程。 教师首先分析讲解一遍，学生再讲解一遍，最后进行个别答疑和指导。按照从第1组，到第2组、第3组、第4组的顺序，全部完成一遍。保证照顾到每一位学生。 【教学反思】 本节课大量采用学生活动来完成学习任务。学生的活动和学习积极性十分高涨。本节课没有一个十分清晰的边界，没有完全按照教材编写的内容进行学习。学习的内容涉及教材中的三节内容：机械波的产生、描述机械波的物理量──波长、波速等等。在教学中创造一种接近真实的情景，通过学生的参与和感悟、通过学生的测量得到结论，形成机械波的概念，掌握机械波的规律。这种教学设计完全符合“以学生为中心”的教育理念。学生在课堂中体验到物理学原来也可以这样“玩儿”，从本章的测验成绩可以看出，全班有45人的成绩达到90分以上，满分6人，最低分78分。我们认为，“自主体验课”无论从教学效果还是促进学生学习的发展方面都是很好的尝试。