讓物理課因“生活”而更精彩——談“簡諧運動”的教學設計

王怡秋 呂有功

（江蘇省沙溪高級中學，江蘇 太倉 215400）

1 新課導入時創設生活化情境，激發學生學習的興趣

物理知識源于生活，又服務于生活，我們應把生活知識與物理課堂巧妙結合起來，引導學生去獲取新的知識和技能，從中獲得情感體驗，提升素養和品質.在物理教學中創設“生活化問題的情境”可使學生對日常生活中所覺察到的現象或規律進行合理的解釋，可以提高學習效率，進而提升課堂教學的有效性.生活化問題情境創設對激發學生的學習興趣、愉悅學生心情具有積極的作用.

教學環節1：課題引入.

動畫展示：擺鐘的運動、人挑水時扁擔的運動、鼓膜的運動……

學生實驗：（1）輕拉鉤碼，觀察豎直方向彈簧下所掛鉤碼的運動.

（2）手壓鋼尺一端，輕壓另一端，觀察鋼尺的運動.

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

教師小結：（1）往復性；（2）有一個中心位置（平衡位置）——物體原來靜止狀態時所處的位置.

得出機械振動的定義：物體在平衡位置兩側所做的往復運動，叫做機械振動，通常簡稱為振動.

教師：你們能再舉些例子嗎？

多媒體展示：汶川地震時大地的劇烈振動；在彈簧下端掛一個小球，拉一下小球后球所做的運動；水中浮標的上下浮動；樹梢在微風中的擺動；飛鳥翅膀的振動……這樣一來，大大調動了學生的學習興趣，激發了他們強烈的求知欲望.

2 對實際問題進行科學抽象處理，培養學生的物理建模能力

物理學所分析、研究的實際問題往往很復雜，為了便于分析與研究，我們常常采用“簡化”的方法，對實際問題進行科學抽象的處理，用一種能反映原物本質特性的理想物質（過程）或假想結構，去描述實際的事物（過程）.這種理想物質（過程）或假想結構稱之為物理模型.物理模型是抽象性和形象性的統一.物理模型的建立是舍棄次要因素，把握主要因素，化復雜為簡單，完成由現象到本質、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.

通過前面的教學，學生已感知了什么是“機械振動”，為了進一步了解機械振動的特點，本節課我們就遵循研究的規律，從最簡單、最基本的簡諧運動入手.

教學環節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？

學生討論：振動的幅度越來越小.

提問：為什么會越來越小呢？

學生回答：因為受到了空氣阻力.

提問：如果不考慮空氣阻力呢？

學生：會一直振動下去.

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

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？

學生：彈簧的質量、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？學生：理想模型.

教師：請大家回憶一下，過去我們學過的理想化模型有哪些？

學生：質點，勻速直線運動，勻變速直線運動，自由落體運動，平拋運動……

猜想：彈簧振子的運動是怎樣的一種運動呢？我們應如何來研究它的運動呢？

3 利用生活素材，引導學生在探究過程中突破難點、突出重點

“簡諧運動”這節課，在以往的老教材中都是從實驗的角度將簡諧運動進行演示，從中得到一些結論，但整個教學過程強調的是教師的講解和學生的接受，而忽略了學生的主動發現和自主學習.這一節課的重點是建立簡諧運動的概念和認識它的位移－時間函數圖像，難點是簡諧運動的位移－時間函數關系的揭示.如果學生并未親身經歷該知識的獲取過程，對知識點的理解上就會有種種困難.所以對于本節課，筆者在教學過程和內容安排上做了一些改進和調整，刻意指導學生利用數碼相機的連拍功能自己得到彈簧振子的頻閃照片（如圖1所示），并將不同時刻振子的位移在坐標紙上反映出來，讓他們親自體驗彈簧振子的位移－時間圖像的產生過程，從中探究得到簡諧運動的位移－時間函數關系.具體如下.

教學環節3：探究圖像.

討論交流：回憶研究自由落體運動、平拋運動時的頻閃照片.

教師：頻閃照片得到的是不同時刻的位移情況.為了研究問題的方便，我們應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.

實驗探究：利用數碼相機進行頻閃照相，探究彈簧振子的位移變化.

實驗器材：每組配有一個數碼相機，一個固定有米尺的鐵架臺，一根軟彈簧，質量較大的小球（這樣方便讀數）.

利用數碼相機的連拍功能拍得小球在不同時刻的位移情況，然后將圖片輸入計算機投影出來，要求學生讀數并將實驗數據填入表1中.

圖1

表1

教師：接下來我們應如何處理數據進行研究？

學生：作出它的位移－時間圖像.

思考：用什么方法作出圖像呢？

學生：用描點法.

學生活動：要求各實驗小組作出彈簧振子的位移—時間圖像.

展示交流學生實驗小組作出的圖像，強調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，使知識進一步得到鞏固、提升

圖2

學生經歷了如何得到彈簧振子的位移－時間圖像這一探究過程后，他們對圖像就有了一個初步的認識.但是若要對圖像有一個深刻的了解，還需做進一步的鞏固深化工作.為此，筆者又設置了如下的環節.

教學環節4：鞏固知識.

教師：彈簧振子的位移－時間圖像是彈簧振子的軌跡嗎？

學生：觀察彈簧振子的運動，自己得出結論（不是）.

合作游戲：每個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.

同桌的兩位學生組成一個小組，桌上先放好白紙，一位學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，另一位學生沿垂直鉛筆運動的方向勻速拉白紙，分3次進行（一次不拉，另外兩次以不同速度拉），用來模擬振動圖像的產生過程.

交流展示：分析圖像不同的原因，跟拉動的速度有關.

教師：大家看，畫出來的圖像反映了什么函數關系？

學生：正弦函數關系.

教師：我們不能光憑大概就判斷是正弦函數.一個結論往往要經過科學、嚴密的證明才能確認，再請大家思考一下有什么方法可以證明？

學生閱讀教材，教師加以總結.

方法1：代數驗證法；

方法2：計算機擬合法（有條件的學校可進行）.

教師：利用這兩種方法我們確實證實了是正弦函數的關系.

教師：給出簡諧運動的定義、圖像，進而介紹相關的實際應用.

最后布置練習，鞏固深化.

雖然本節課有體現、反映新課改的亮點，仔細品味起來，整個課堂中還有需要進一步挖掘和改進的地方.如利用數碼相機得到彈簧振子不同時刻的位置坐標，數據在讀數時會有較大誤差，因此導致實驗數據不太精確.課上只是展示了部分學生的實驗數據，另一部分學生的數據由于時間限制未能展示出來.如果有DIS系統的話，則可大大節約時間，進一步提高課堂教學的效率.

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.中學物理“生活化”教學的策略.教育科學研究，2010（1）：64－66

2 王攀峰.走向生活世界的課堂教學.北京：教育科學出版社，2007.