用GSP進(jìn)行“波動”教學(xué)案例
安徽省滁州師范專科學(xué)校 趙世武【教學(xué)內(nèi)容簡析】
一、需求分析
學(xué)生的學(xué)習(xí)需求是指學(xué)生要達(dá)到的目標(biāo)水平與他現(xiàn)在實(shí)際水平之間的差距。本課的教學(xué)目標(biāo)是:了解波的形成條件及過程、波的種類、振動和波的關(guān)系;理解波的傳播規(guī)律和波的圖象。學(xué)生的實(shí)際是只學(xué)過振動和振動的圖象,會使用《幾何畫板》軟件。此差距很明顯。這就要求教師根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論,通過創(chuàng)設(shè)情景、提供腳手架來降低知識的梯度,真正把教學(xué)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為學(xué)生自己的學(xué)習(xí)需求。
二、內(nèi)容分析
波是一種普遍而重要的運(yùn)動形式。本節(jié)內(nèi)容包括:波的形成條件及過程;波的種類;振動和波的關(guān)系;波的傳播規(guī)律和波的圖象等。這對學(xué)生來說有一定的難度。教師可利用演示實(shí)驗(yàn)、gsp課件等為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情景,提供腳手架;學(xué)生主動探索、建構(gòu)自己的知識體系。這樣,學(xué)生在有效地掌握知識的同時,又使探索能力,創(chuàng)新能力得到發(fā)展。、
【教學(xué)方法】
教師使用電腦和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情景,提出問題,師生共同討論和探索,最后得出結(jié)論。
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一、復(fù)習(xí)振動知識
教師用電腦演示振動課件(界面圖1所示),提問:什么是簡諧振動?簡諧振動中回復(fù)力、位移、速度、加速度是怎樣變化的?
二、做好演示實(shí)驗(yàn)形成學(xué)習(xí)動機(jī)
【演示1】取一段中間拴有紅繩的橡膠管,把管的一端固定,另一端握在手中,并把它松松地放在較長的桌面上,手握住管子令其一端上下振動。
【演示2】用彈簧縱波演示器,演示縱波的形成和傳播。使金屬小球在鋼片彈力作用下,沿螺旋彈簧方向左右振動。
學(xué)生帶著問題觀察:
(1)波是怎樣形成的?
(2)波有幾種?
(3)波和振動一樣嗎?
三、引導(dǎo)學(xué)生猜測分析討論
學(xué)生各自帶著問題去觀察,得出各自對結(jié)論的猜測,然后互相討論得出公認(rèn)的結(jié)論:
(1)波是振動在介質(zhì)中的傳播。
(2)波有質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向在同一條直線上的縱波和質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向垂直的橫波之分。
四、學(xué)生利用gsp課件進(jìn)一步探索
教師通過網(wǎng)絡(luò)向?qū)W生提供gsp課件,由學(xué)生自己來操作,并向?qū)W生提出要求:振動和探波有何關(guān)系?波的傳播規(guī)律是什么?波的圖象和振動的圖象一樣嗎?學(xué)生通過對課件的操作、索得出各自的結(jié)論,并進(jìn)行互相討論得出公認(rèn)的結(jié)論。
(1)波的特征
①沿波的傳播方向,各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動特征是先振動的質(zhì)點(diǎn)依次帶動后振動的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動,振動質(zhì)點(diǎn)相位依次落后。(由圖2,3得出)
②波在傳播的過程中,各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動總是在平衡位置附近做周期性振動,質(zhì)點(diǎn)本身并不隨波遷移,所傳播的是質(zhì)點(diǎn)振動的形式和能量。從波形圖上看,波的形狀保持不變,只是波形整體的勻速平移。(由圖2,3得出)
③波源振動的周期性,導(dǎo)致簡諧波在介質(zhì)中傳播的周期性,即當(dāng)波在介質(zhì)中傳播的時間t為t的整數(shù)倍或傳播距離為波長λ的整數(shù)倍時,波形和原來重復(fù)。則,波在介質(zhì)中傳播時間t可以寫成,傳播距離,(n=1,2,3……)。(由圖2界面課件可得出)
(2)波和振動的關(guān)系
質(zhì)點(diǎn)每振動一個周期,波就向前傳播一個波長。
質(zhì)點(diǎn)振動的振幅與波幅相同。
振動圖象表示同一質(zhì)點(diǎn)在不同時刻的位置;波動圖象表示不同質(zhì)點(diǎn)在同一時刻的位置。
可見,gsp具有強(qiáng)大的函數(shù)計(jì)算功能、圖形顯示功能和動畫功能,能方便地以動態(tài)方式表現(xiàn)對象之間的關(guān)系,能夠生動地反映物理圖景。它既可作為一種演示工具,又可作為幫助學(xué)生探索和理解的工具,是教師和學(xué)生的幫手。