高中物理機(jī)械波工具軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用

唐國安

摘要：在高中物理課堂上，學(xué)生需要了解很多自然科學(xué)知識。通過學(xué)習(xí)這些知識，能夠幫助學(xué)生更好地認(rèn)識世界。機(jī)械波是一種較為復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動，也是每個高中生應(yīng)該學(xué)習(xí)的內(nèi)容。機(jī)械波知識較為復(fù)雜、抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)的時候難免會感到困難。為了提高機(jī)械波課程教學(xué)效率，教師就應(yīng)該使用合適的機(jī)械波教學(xué)軟件，讓學(xué)生深刻形象地學(xué)習(xí)機(jī)械波知識。本文具體研究了機(jī)械波教學(xué)工具軟件，對該軟件在機(jī)械波教學(xué)中的應(yīng)用前景做出了展望。

關(guān)鍵詞：高中物理；工具軟件

一、高中物理工具軟件教學(xué)的現(xiàn)狀

當(dāng)前物理教學(xué)軟件的教學(xué)內(nèi)容空洞，不能和物理課堂教學(xué)需求相結(jié)合，不能系統(tǒng)地、全面地設(shè)計(jì)物理教學(xué)的重難點(diǎn)知識。物理教學(xué)軟件不注意分析學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，使很多學(xué)生無法有效地使用物理教學(xué)軟件。很多物理教學(xué)軟件雖然能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但卻不能有效地鞏固學(xué)生的物理知識，使物理教學(xué)軟件的實(shí)用性降低。

二、高中物理機(jī)械波工具軟件設(shè)計(jì)及應(yīng)用

（一）設(shè)計(jì)原則

1.可視化原則

機(jī)械波中的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中難以見到。由于缺乏直觀的視覺體現(xiàn)，學(xué)生就無法理解機(jī)械波的傳播規(guī)律。在設(shè)計(jì)機(jī)械波工具軟件的時候，應(yīng)該具有可視化原則，要讓學(xué)生能夠直觀地看到機(jī)械波的傳播、疊加等過程。

2.快捷化原則

機(jī)械波教學(xué)軟件還應(yīng)該具有快捷性，在學(xué)習(xí)機(jī)械波的過程中，經(jīng)常會需要利用各種波的圖形來與振動圖像進(jìn)行比對，所以利用軟件設(shè)計(jì)可以使教學(xué)內(nèi)容變得更加快速。要能夠?qū)虒W(xué)內(nèi)容進(jìn)行快速的編輯、選擇，以適應(yīng)高中物理課堂的教學(xué)環(huán)境。

3.智能化原則

機(jī)械波工具軟件還應(yīng)該具有較高的智能水平，要能夠自行推斷出機(jī)械波的運(yùn)動規(guī)律。對于某一時間、某一地點(diǎn)上的機(jī)械波狀態(tài)，工具軟件要能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行預(yù)測。

4.個性化原則

機(jī)械波工具軟件在設(shè)計(jì)的時候，還呈現(xiàn)出了個性化的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中需要多考慮學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)需求，要為學(xué)生制定出豐富的教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

（二）設(shè)計(jì)內(nèi)容

設(shè)計(jì)出的軟件應(yīng)明確其目標(biāo)定位，并具體對學(xué)科內(nèi)容展開分析，清楚地明白需要為學(xué)生傳授的內(nèi)容是什么，然后展開理想的教學(xué)過程設(shè)計(jì)，并找到設(shè)計(jì)中的整合點(diǎn)和整合內(nèi)容，最后利用信息技術(shù)展開分析和支撐。

通過機(jī)械波工具軟件，應(yīng)該使學(xué)生正確理解機(jī)械波的波長、波速、頻率、周期之間的關(guān)系，使學(xué)生可以熟練地畫出機(jī)械波的變化規(guī)律。在機(jī)械波工具軟件的幫助下，學(xué)生應(yīng)該掌握機(jī)械波上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動狀態(tài)，要會分析橫波的圖象。根據(jù)波的傳播規(guī)律，學(xué)生要能準(zhǔn)確推測出質(zhì)點(diǎn)的位移、回復(fù)力、加速度、運(yùn)動方向等情況，同時也應(yīng)該根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動狀態(tài)來推測機(jī)械波的傳播規(guī)律。

機(jī)械波主要通過畫出波的圖象，從而確定波長、振幅、方向等要素。波的傳播具有雙向性，這就造成了實(shí)際問題的多解性，比如某質(zhì)點(diǎn)的位移就可能用最大正位移、最大負(fù)位移兩種情況。某質(zhì)點(diǎn)從平衡位置開始，可能向y軸正方向運(yùn)動，也可能向負(fù)方向運(yùn)動。對于這類問題，應(yīng)該多觀察波的變化規(guī)律，尤其應(yīng)該注意兩波在相遇時的情況。

在理想情況下展開教學(xué)設(shè)計(jì)，是指嚴(yán)格按照教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)要求展開教學(xué)，在不對教學(xué)條件進(jìn)行考慮的情況下，突破了時空的限制對課堂教學(xué)步驟進(jìn)行構(gòu)思，通過這種方式來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率與學(xué)習(xí)質(zhì)量。從機(jī)械波部分的學(xué)習(xí)來看，對機(jī)械波生成過程進(jìn)行營造，首先應(yīng)對波形進(jìn)行觀察，然后隨時對任意時刻的波形進(jìn)行觀察與分析，其次觀察兩列不同波相遇時的具體情況，最后觀察波中不同質(zhì)點(diǎn)的振動情況，著重觀察質(zhì)點(diǎn)的回復(fù)力、加速度等相關(guān)物理量。

（三）軟件應(yīng)用

1.通過情境創(chuàng)設(shè)，努力激發(fā)學(xué)生探疑興趣

在課堂教學(xué)中尋找兩位學(xué)生開展教學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓其將粗繩子擺動起來并進(jìn)行現(xiàn)象觀察（在此注意需使用特殊顏色在繩子上實(shí)施標(biāo)記），譬如手如何振動？波傳播方向是什么？基于此，教師能夠引導(dǎo)學(xué)生舉出生活中跟實(shí)驗(yàn)相似的例子，進(jìn)而引出“波”這一概念。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生手左右進(jìn)行擺動，可觀察到波能夠由繩中向前進(jìn)行傳播，做往復(fù)動作，此刻，教師可鼓勵學(xué)生大膽猜想：若需形成水波以及聲波則應(yīng)具備哪些條件？通過總結(jié)，學(xué)生可歸納出介質(zhì)與波源的相關(guān)概念。教師進(jìn)行提問，即如何形成波，同時將繩波作為實(shí)例，針對其實(shí)際產(chǎn)生過程展開模擬，學(xué)生通過對教材的閱讀分析總結(jié)提煉出，能夠?qū)⒗K子看作為通過大量質(zhì)量共同組成的，由于外力作用，首個質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動，由于各個質(zhì)點(diǎn)相互間存在作用力，因此第一個質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動能夠?qū)⒌诙€質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動帶動，第二個質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動又可帶動第三個質(zhì)點(diǎn)發(fā)生運(yùn)動，以此類推，繩子上各個質(zhì)點(diǎn)均相繼發(fā)生運(yùn)動，其對應(yīng)形成波。

2.不斷延伸擴(kuò)展，使學(xué)生視野更為開闊

在高中物理課堂教學(xué)中，開展演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生針對彈簧波與繩波的不同之處進(jìn)行觀察探究。通過問題探究，總結(jié)分析可知，繩波各質(zhì)點(diǎn)振動方向垂直其傳播方向，存在有凸凹差別；彈簧波質(zhì)點(diǎn)振動方向跟波傳播方向共在相同直線上，存在有疏密差別。歸納得出，類似于繩波的個支點(diǎn)振動方向跟傳播方向相互垂直的波可稱作橫波，包括凸部與凹部，其中，凸部是波峰，凹部是波谷。

縱覽案例實(shí)踐成效，機(jī)械波工具頗具較高使用價值，其能夠針對現(xiàn)今機(jī)械波教學(xué)中所存在的各類問題進(jìn)行有效解決，有助于學(xué)生物理能力的顯著提高。

總之，機(jī)械波作為高中物理的重要內(nèi)容，因?yàn)榫哂休^強(qiáng)的抽象性、復(fù)雜性，學(xué)生往往難以有效地理解這一部分內(nèi)容。為了更好地幫助學(xué)習(xí)機(jī)械波知識，教師應(yīng)該采用機(jī)械波工具軟件教學(xué)，為學(xué)生提供直觀形象的教學(xué)內(nèi)容。在機(jī)械波工具軟件的幫助下，學(xué)生會熟練地畫出機(jī)械波質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動狀態(tài)，會發(fā)現(xiàn)機(jī)械波上的質(zhì)點(diǎn)會隨著振源變化。