以駐波為例的“三位一體”教學模式過程分析

肖奎 肖發新 謝朝陽

摘 要：本文以駐波教學為例，闡述了理論教學、數值模擬、實驗驗證相結合的“三位一體”教學模式的開展過程。同時，考慮到“三位一體”教學模式與以往教學模式之間存在差異，本文簡述了該教學模式下的評價體系。

關鍵詞：三位一體；理論教學；數值模擬；實驗驗證

大學物理是工科類院校的公共必修課，其承擔著提高大學生素質、為大學生專業課奠定基礎的任務。現今，隨著大學生對計算機了解的深入，以板書或者多媒體講解的大學物理教學模式不能滿足學生的需求，有必要對大學物理教學進行改革。筆者根據多年教學經驗，提出了理論教學、數值模擬、實驗驗證相結合的“三位一體”教學模式。為了更好地了解該模式的教學過程，本文以駐波教學為例，闡述各個環節的教學過程。

一、理論教學

駐波是干涉現象的一個特例。在同一介質中兩列振幅相同的相干波，在同一直線上沿相反方向傳播疊加后就形成駐波。以往教學過程中，理論教學是以教師板書和推導為主。“三位一體”教學模式中的理論教學部分，我們分五步走：

首先給出問題：兩列相干波y1，y2在同一直線沿相反方向傳播，當它們疊加后，會出現什么現象？第二步，讓學生利用已學知識單獨進行數學推導，得出一定的結論，并讓一個或者幾個學生介紹結論。第三步，利用繩駐波演示儀進行演示，讓學生觀察現象，并和推導的結論進行對比。第四步，請之前介紹的學生說明自己的分析。第五步，教師對整個過程進行分析說明，并得出駐波的特征。

二、數值模擬

學生的數值模擬，也可以認為是一個實驗過程，該過程是建立在理論教學的基礎上。理論教學的五步之后，學生對駐波模型已經有了一定的了解，能夠建立起基本的駐波模型。為了能使學生能更快地利用MATLAB模擬得出駐波特征，將駐波的數值模擬分為三個模塊。第一個模塊是在同一個窗口繪制兩列相向傳播的相干波的波形圖；第二個模塊是導出駐波形成的動畫；第三個模塊是在同一個窗口繪制出在同一窗口中繪制y1，y2，y1與y2，y1+y2的動畫，觀察不同波的特征，從而得出駐波的振動特征，并將模擬的駐波振動特征和理論教學中自己得出的特征以及教師講授的特征進行對比，加深對駐波特征的理解。

三、實驗探索

實驗探索分為兩個部分：數學實驗和物理實驗。數學實驗，就是利用MATLAB的GUI功能，通過編程模擬聲速測量實驗的具體過程，使學生發現可能存在的問題；物理實驗，是指學生在實驗室進行實驗探索。利用MATLAB的GUI模擬聲速測量實驗，已有詳盡的討論，不再贅述。物理實驗部分，我們利用“聲速測量”對駐波特征的應用進行講解。我?！奥曀贉y量”實驗采用的是干涉法測量，所謂的干涉法，其實就是測量超聲波在發射器和接收器之間形成的駐波的波峰之間距離和波谷之間距離后求得超聲波在空氣、水兩種介質中傳播的速度。利用該方法，有利于學生清楚駐波的特征以及其應用。另一方面，我們可以讓學生在第一步演示實驗的基礎上，利用演示實驗室的儀器（比如音叉、吉他弦、重錘等），自己設計駐波發生器。

前文中，我們以駐波為例，介紹了“三位一體”教學模式的教學過程?！叭灰惑w”教學模式的重點在于將之前的以教師講授、學生被動接受為主的教學模式轉換為教師主導、學生主動探究的教學模式?！叭灰惑w”教學模式的最大好處，就在于在整個教學過程中，加大了學生的參與力度，提高了學生分析問題、探索問題、解決問題以及問題推廣的能力。

“三位一體”教學模式下，學生的參與力度加大了，提高了學習興趣。但興趣的提高并不意味著學生對知識掌握得就更好，還是有必要對現有的評價體系進行改革?！叭灰惑w”教學模式下，學生參與度加大，因此有必要對學生參與過程進行評價。在新評價體系中，將原有的平時成績和卷面成績比重3：7改革為2：3：5，即20%的出勤、作業分值，30%的小論文、課堂發言、小設計比重和50%的閉卷考試成績比重。采用2：3：5的模式，有利于督促學生在提高興趣的同時，確實學到知識，提高素質，鍛煉能力。

“三位一體”教學模式是針對當今大學物理教學過程中出現的教師傳授知識內容陳舊、手段單一、學生學習興趣不高、學習內容不能為專業服務而提出來的。該教學模式的目標是將學生被動學轉為學生主動學，從“學為考”轉為“學為用”，最終使學生樂學、善學，學有所獲，學有所用。

參考文獻：

曾凡平，田浩，MATLAB模擬超聲波聲速測量實驗[J].高校實驗室工作研究，2009， 99（1）：11-13.