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。