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    讓物理課因“生活”而更精彩——談“簡諧運(yùn)動”的教學(xué)設(shè)計(jì)

    2012-07-19 08:02:04王怡秋呂有功
    物理教師 2012年5期
    關(guān)鍵詞:振子彈簧振動

    王怡秋 呂有功

    (江蘇省沙溪高級中學(xué),江蘇 太倉 215400)

    1 新課導(dǎo)入時(shí)創(chuàng)設(shè)生活化情境,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣

    物理知識源于生活,又服務(wù)于生活,我們應(yīng)把生活知識與物理課堂巧妙結(jié)合起來,引導(dǎo)學(xué)生去獲取新的知識和技能,從中獲得情感體驗(yàn),提升素養(yǎng)和品質(zhì).在物理教學(xué)中創(chuàng)設(shè)“生活化問題的情境”可使學(xué)生對日常生活中所覺察到的現(xiàn)象或規(guī)律進(jìn)行合理的解釋,可以提高學(xué)習(xí)效率,進(jìn)而提升課堂教學(xué)的有效性.生活化問題情境創(chuàng)設(shè)對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、愉悅學(xué)生心情具有積極的作用.

    教學(xué)環(huán)節(jié)1:課題引入.

    動畫展示:擺鐘的運(yùn)動、人挑水時(shí)扁擔(dān)的運(yùn)動、鼓膜的運(yùn)動……

    學(xué)生實(shí)驗(yàn):(1)輕拉鉤碼,觀察豎直方向彈簧下所掛鉤碼的運(yùn)動.

    (2)手壓鋼尺一端,輕壓另一端,觀察鋼尺的運(yùn)動.

    教師:這些物體的運(yùn)動各不相同.運(yùn)動軌跡有直線的、曲線的;運(yùn)動方向有水平的、豎直的;物體各部分的運(yùn)動情況有相同的、不同的.那么,它們的運(yùn)動有什么共同特征呢?

    教師小結(jié):(1)往復(fù)性;(2)有一個(gè)中心位置(平衡位置)——物體原來靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)所處的位置.

    得出機(jī)械振動的定義:物體在平衡位置兩側(cè)所做的往復(fù)運(yùn)動,叫做機(jī)械振動,通常簡稱為振動.

    教師:你們能再舉些例子嗎?

    多媒體展示:汶川地震時(shí)大地的劇烈振動;在彈簧下端掛一個(gè)小球,拉一下小球后球所做的運(yùn)動;水中浮標(biāo)的上下浮動;樹梢在微風(fēng)中的擺動;飛鳥翅膀的振動……這樣一來,大大調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)了他們強(qiáng)烈的求知欲望.

    2 對實(shí)際問題進(jìn)行科學(xué)抽象處理,培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力

    物理學(xué)所分析、研究的實(shí)際問題往往很復(fù)雜,為了便于分析與研究,我們常常采用“簡化”的方法,對實(shí)際問題進(jìn)行科學(xué)抽象的處理,用一種能反映原物本質(zhì)特性的理想物質(zhì)(過程)或假想結(jié)構(gòu),去描述實(shí)際的事物(過程).這種理想物質(zhì)(過程)或假想結(jié)構(gòu)稱之為物理模型.物理模型是抽象性和形象性的統(tǒng)一.物理模型的建立是舍棄次要因素,把握主要因素,化復(fù)雜為簡單,完成由現(xiàn)象到本質(zhì)、由具體到抽象的過程,而模型的本身又具有直觀形象的特點(diǎn).

    通過前面的教學(xué),學(xué)生已感知了什么是“機(jī)械振動”,為了進(jìn)一步了解機(jī)械振動的特點(diǎn),本節(jié)課我們就遵循研究的規(guī)律,從最簡單、最基本的簡諧運(yùn)動入手.

    教學(xué)環(huán)節(jié)2:物理建模.

    教師演示:輕拉彈簧下的鉤碼,讓其在豎直方向振動起來.

    提問:請問鉤碼的振動情況有什么變化?

    學(xué)生討論:振動的幅度越來越小.

    提問:為什么會越來越小呢?

    學(xué)生回答:因?yàn)槭艿搅丝諝庾枇?

    提問:如果不考慮空氣阻力呢?

    學(xué)生:會一直振動下去.

    教師:還有,如果彈簧的質(zhì)量不考慮的話,便會使我們研究的問題變得簡單,物理學(xué)中常把這樣的模型叫做彈簧振子.(指導(dǎo)學(xué)生看書)

    教師:我們剛才看到的是豎直方向的彈簧振子,書上介紹的是水平方向的彈簧振子,在這里忽略了什么?

    學(xué)生:彈簧的質(zhì)量、小球和桿之間的摩擦力.

    教師:這是一種理想情況,因此它是一種什么模型?學(xué)生:理想模型.

    教師:請大家回憶一下,過去我們學(xué)過的理想化模型有哪些?

    學(xué)生:質(zhì)點(diǎn),勻速直線運(yùn)動,勻變速直線運(yùn)動,自由落體運(yùn)動,平拋運(yùn)動……

    猜想:彈簧振子的運(yùn)動是怎樣的一種運(yùn)動呢?我們應(yīng)如何來研究它的運(yùn)動呢?

    3 利用生活素材,引導(dǎo)學(xué)生在探究過程中突破難點(diǎn)、突出重點(diǎn)

    “簡諧運(yùn)動”這節(jié)課,在以往的老教材中都是從實(shí)驗(yàn)的角度將簡諧運(yùn)動進(jìn)行演示,從中得到一些結(jié)論,但整個(gè)教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)的是教師的講解和學(xué)生的接受,而忽略了學(xué)生的主動發(fā)現(xiàn)和自主學(xué)習(xí).這一節(jié)課的重點(diǎn)是建立簡諧運(yùn)動的概念和認(rèn)識它的位移-時(shí)間函數(shù)圖像,難點(diǎn)是簡諧運(yùn)動的位移-時(shí)間函數(shù)關(guān)系的揭示.如果學(xué)生并未親身經(jīng)歷該知識的獲取過程,對知識點(diǎn)的理解上就會有種種困難.所以對于本節(jié)課,筆者在教學(xué)過程和內(nèi)容安排上做了一些改進(jìn)和調(diào)整,刻意指導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能自己得到彈簧振子的頻閃照片(如圖1所示),并將不同時(shí)刻振子的位移在坐標(biāo)紙上反映出來,讓他們親自體驗(yàn)彈簧振子的位移-時(shí)間圖像的產(chǎn)生過程,從中探究得到簡諧運(yùn)動的位移-時(shí)間函數(shù)關(guān)系.具體如下.

    教學(xué)環(huán)節(jié)3:探究圖像.

    討論交流:回憶研究自由落體運(yùn)動、平拋運(yùn)動時(shí)的頻閃照片.

    教師:頻閃照片得到的是不同時(shí)刻的位移情況.為了研究問題的方便,我們應(yīng)先了解一下彈簧振子中的位移概念.教師介紹彈簧振子的位移,指出這里的位移都是相對于平衡位置而言的.

    實(shí)驗(yàn)探究:利用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行頻閃照相,探究彈簧振子的位移變化.

    實(shí)驗(yàn)器材:每組配有一個(gè)數(shù)碼相機(jī),一個(gè)固定有米尺的鐵架臺,一根軟彈簧,質(zhì)量較大的小球(這樣方便讀數(shù)).

    利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能拍得小球在不同時(shí)刻的位移情況,然后將圖片輸入計(jì)算機(jī)投影出來,要求學(xué)生讀數(shù)并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表1中.

    圖1

    表1

    教師:接下來我們應(yīng)如何處理數(shù)據(jù)進(jìn)行研究?

    學(xué)生:作出它的位移-時(shí)間圖像.

    思考:用什么方法作出圖像呢?

    學(xué)生:用描點(diǎn)法.

    學(xué)生活動:要求各實(shí)驗(yàn)小組作出彈簧振子的位移—時(shí)間圖像.

    展示交流學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組作出的圖像,強(qiáng)調(diào)要用圓滑的曲線連起來描繪好(如圖2所示).

    4 通過合作交流,使知識進(jìn)一步得到鞏固、提升

    圖2

    學(xué)生經(jīng)歷了如何得到彈簧振子的位移-時(shí)間圖像這一探究過程后,他們對圖像就有了一個(gè)初步的認(rèn)識.但是若要對圖像有一個(gè)深刻的了解,還需做進(jìn)一步的鞏固深化工作.為此,筆者又設(shè)置了如下的環(huán)節(jié).

    教學(xué)環(huán)節(jié)4:鞏固知識.

    教師:彈簧振子的位移-時(shí)間圖像是彈簧振子的軌跡嗎?

    學(xué)生:觀察彈簧振子的運(yùn)動,自己得出結(jié)論(不是).

    合作游戲:每個(gè)小組配有一塊帶有狹縫的硬紙板(紙板長約15cm,寬約3cm,縫寬約3mm)、一張白紙.

    同桌的兩位學(xué)生組成一個(gè)小組,桌上先放好白紙,一位學(xué)生用鉛筆或圓珠筆在縫中來回劃線,代替振子的來回振動.同時(shí),另一位學(xué)生沿垂直鉛筆運(yùn)動的方向勻速拉白紙,分3次進(jìn)行(一次不拉,另外兩次以不同速度拉),用來模擬振動圖像的產(chǎn)生過程.

    交流展示:分析圖像不同的原因,跟拉動的速度有關(guān).

    教師:大家看,畫出來的圖像反映了什么函數(shù)關(guān)系?

    學(xué)生:正弦函數(shù)關(guān)系.

    教師:我們不能光憑大概就判斷是正弦函數(shù).一個(gè)結(jié)論往往要經(jīng)過科學(xué)、嚴(yán)密的證明才能確認(rèn),再請大家思考一下有什么方法可以證明?

    學(xué)生閱讀教材,教師加以總結(jié).

    方法1:代數(shù)驗(yàn)證法;

    方法2:計(jì)算機(jī)擬合法(有條件的學(xué)??蛇M(jìn)行).

    教師:利用這兩種方法我們確實(shí)證實(shí)了是正弦函數(shù)的關(guān)系.

    教師:給出簡諧運(yùn)動的定義、圖像,進(jìn)而介紹相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用.

    最后布置練習(xí),鞏固深化.

    雖然本節(jié)課有體現(xiàn)、反映新課改的亮點(diǎn),仔細(xì)品味起來,整個(gè)課堂中還有需要進(jìn)一步挖掘和改進(jìn)的地方.如利用數(shù)碼相機(jī)得到彈簧振子不同時(shí)刻的位置坐標(biāo),數(shù)據(jù)在讀數(shù)時(shí)會有較大誤差,因此導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不太精確.課上只是展示了部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),另一部分學(xué)生的數(shù)據(jù)由于時(shí)間限制未能展示出來.如果有DIS系統(tǒng)的話,則可大大節(jié)約時(shí)間,進(jìn)一步提高課堂教學(xué)的效率.

    物理來源于生活,又要回歸于生活.只有這樣,我們的物理課才會因“生活”而更加精彩.

    1 朱軼成,張晶.中學(xué)物理“生活化”教學(xué)的策略.教育科學(xué)研究,2010(1):64-66

    2 王攀峰.走向生活世界的課堂教學(xué).北京:教育科學(xué)出版社,2007.

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