“多普勒效應”探究性教學設計

新課程標準指出，高中物理課程應促進學生自主學習，讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考。通過多樣化的教學方式，幫助學生學習物理知識與技能，培養其科學探究能力，使其逐步形成科學態度與科學精神。筆者在教學實踐過程中不斷學習，努力拓寬自己的知識面，挖掘出教材中所蘊含的探究性因素，精心設計相應的探究性課題，把學生置于開放、多元的學習環境中，確立學生在學習中的主體地位，增強學生的獨立思考能力，啟迪學生的創新思維。下面筆者以“多普勒效應”一節為例，談談自己在這方面的做法。

一、探究性學習的前期準備

先簡單介紹多普勒效應源于1842年奧地利物理學家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步時，聽到火車汽笛聲音調變化的偶然發現，啟迪學生應留意生活中的物理知識，或許偉大的發現就在自己身邊，從而激發學生探索的興趣。然后讓學生預習并自學本節的知識，使學生對該節物理知識具有一定的認識，同時介紹一課外小制作，完成探究性活動的準備工作。

[小制作]：叫蟬──民間玩具。

叫蟬是一種用竹木制作的民間玩具，由鳴蟬（發音體）、細線和甩棒構成（如圖1所示）。轉動甩棒，使細線帶動鳴蟬做圓周運動，此時將會聽到音調起伏變化的鳴叫聲（類似蟬鳴）。而且叫蟬分別沿順時針、逆時針或低速和高速旋轉時均能發出不同的蟬鳴聲。

[制作方法]：取一小竹筒，用燒紅的細鐵釘在竹筒的底部戳穿一小孔，讓一細線穿孔系牢。再取一根筷子，在其粗端用刀刻一凹槽，在槽中熔入少許松香，細線的另一端套在凹槽中可以自由轉動。用萬能膠粘一對透明薄絹作為翅膀，稍加修飾，便制成一叫蟬。轉動筷子，使叫蟬繞筷子旋轉，此時叫蟬就能發出音調起伏的鳴叫聲。

[原因解釋]：聲音是由于物體的振動產生的。叫蟬是由蟬體（空腔）、空腔底膜和細線組成。甩棒使叫蟬做圓周運動時，細線被拉緊，細線的一端在棒上的凹槽中轉動，由于有松香細末的參與，加大了細線與棒的摩擦，從而通過細線使得竹筒底膜發生振動，膜的振動又推動竹制空腔的空氣產生共鳴，便聽到了聲音。

布置學生課外自己制作“叫蟬”，啟迪學生能不能通過設計方案來探究多普勒效應呢？

二、探究性學習實施過程

學生制作完成后，教師帶著學生列隊到學校操場完成探究性學習。讓學生先旋轉自己制作的叫蟬，使其發出“知知……”的聲音。對于不發聲的叫蟬，教師指導學生改進，并讓學生匯報自己的探索設計方案。然后，確定探究方案（學生興奮不已）。

將學生分成10組，選出叫聲較響的10個叫蟬做實驗。指導學生完成以下問題探究，研究在哪些條件下會發生多普勒效應？（或者讓學生做實驗并設計方案自主探索研究。）

第一種情況：一人在水平面內勻速率快速旋轉細線（如圖1所示），使叫蟬發聲，該組的其他同學站在原地仔細聽，判斷音調是否變化，是否有多普勒效應發生？探究后，學生回答：有。

第二種情況：一人在水平面內勻速快速旋轉細線（如圖1所示），使叫蟬發聲，該組的其他同學靠近或遠離叫蟬，判斷音調是否變化，是否有多普勒效應發生？探究后，學生回答：有。效果比第一種情況更明顯。

第三種情況：一人在水平面內旋轉細線，使聲源（叫蟬）繞著人做勻速圓周運動，此人在轉動軸心處傾聽，判斷音調是否變化，是否有多普勒效應發生？探究后，學生回答：有。