行為與體驗

杜新平

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2018）03-0273-01

《機械波》是在《機械振動》的基礎(chǔ)上講述波的基本知識。波是一種比較重要而普遍的運動形式，是后續(xù)電磁波、光波的基礎(chǔ)。《波的形成與傳播》是《機械波》的第一節(jié)，學(xué)好這一節(jié)的內(nèi)容對后續(xù)課程波的描述、波的圖象、波的各種特性至關(guān)重要，起著承上啟下的作用。波是一種比較抽象的運動形式，是高中物理教學(xué)中的難點之一，本節(jié)教材對學(xué)生的理解能力、空間想象和邏輯推理能力及聯(lián)系實際能力有較高的要求，它需要學(xué)生能想象出多個質(zhì)點同時又不同步的運動從整體上形成波的（空間傳播）情景，在高中物理”機械波”的課堂教學(xué)中，我們結(jié)合現(xiàn)有的教學(xué)實際，用一場課堂微型游戲引入，具體作法如下：

選十二名同學(xué)在講臺上排成一縱列，從前往后按1，2，3，4循環(huán)報數(shù)，每位同學(xué)要做的動作是：配合1，2，3，4的口令，按前傾——回位——后仰——還原的次序，只不過報1的同學(xué)從口令1開始，報2的同學(xué)從2開始，報3的同學(xué)從3開始……，即報數(shù)時為多少的同學(xué)就從口令數(shù)到相同數(shù)開始循環(huán)動作。要求腳不動，注意兩人間距應(yīng)小于臂長，確保每人有一定前后晃動的自由度。

為了形成波傳播方向的印象；發(fā)口令的同學(xué)可以按“1，2，3，4；2，2，3，4；3，2，3，4”的方式，而行動的同學(xué)可以四人一組，喊：“1，2，3，4”時第一個4個同學(xué)依次動起來，喊“2，2，3，4”時第一組繼續(xù)動，第二組依次動，以此類推……

在此基礎(chǔ)上，可以再加一個口令員，一個發(fā)晃動口令，另一個發(fā)每一位的起動口令，從而獲得晃動的快慢與其傳遞的快慢是相互獨立的，全班同學(xué)觀察，總結(jié)得出：

（1）每一位同學(xué)都在自己的位置附近振動。

（2）第一位同學(xué)振動的規(guī)律由近及遠傳遞。

（3）每一位同學(xué)的振動方向與振動的傳遞方向是共線的。

（4）前一位同學(xué)的運動牽動后一位同學(xué)的運動，后一位同學(xué)跟隨前一位同學(xué)運動。

（5）每一位同學(xué)的振動是變速運動的，振動規(guī)律的傳遞是勻速運動的。

（6）某一時刻，總有一些同學(xué)靠的最遠（或最近）。

（7）全部震動起來后，動作完全相同的同學(xué)相鄰間的同學(xué)個數(shù)相同。

（8）每一位同學(xué)的“振動”間隔一段相等的時間重復(fù)；任意一位同學(xué)的“振動”間隔相同的同學(xué)個數(shù)可以找到另一位與之是完全同步的。

進一步，結(jié)合教材中‘縱波”部分內(nèi)容，把上述內(nèi)容用物理語言來表述即可獲得如下認知：

（1）每個質(zhì)點在自己的平衡位置附近振動，并不隨波遷移。

（2）波源的振動規(guī)律由近及遠的傳播，總結(jié)得出機械波傳播條件：（一）振源（二）能傳遞振動的介質(zhì)。

（3）縱波的波傳播方向和質(zhì)點的振方向關(guān)系：波的傳播方向與質(zhì)點振動方向共線。

（4）無偏振現(xiàn)象（因為在任一振動的同學(xué)兩側(cè)找兩位同學(xué)形成“卡口”，不影響該同學(xué)的前后運動）。

（5）波的傳播呈現(xiàn)“前牽后，后隨前”的特征。

（6）波速與振動速度無關(guān)，波的傳播規(guī)律：勻速直線運動X=Vt。

（7）質(zhì)點最密集處稱為密部，最疏處稱為疏部。

（8）振動具有時間上的周期性；振動完全相同的相鄰兩質(zhì)點間距離為一個波長——空間上的周期性。

而對于研究機械波中橫波的設(shè)計，只需將每個同學(xué)的震動改為左——回——右——回即可，此時若用兩位同學(xué)在任一振動的同學(xué)兩側(cè)設(shè)置“卡口”，發(fā)現(xiàn)該振動的同學(xué)無法左右搖擺，非常容易建立起“偏振”的概念。

同樣重復(fù)剛才的動作，讓全班同學(xué)觀察，總結(jié)，結(jié)合教材，學(xué)習(xí)橫波的內(nèi)容，進一步探究機械波的描述：

（1）可讓同學(xué)振動的幅度大小改變——振幅。

（2）可讓口令的快慢改變——頻率，周期由X=Vt，λ=VT。

（3）拍下橫波的照片——橫波的圖像。

再以繩波為例，在教室的過道放一條較重的長繩并在繩上每隔一定距離綁一條紅帶子，繩的兩頭分別蹲一位同學(xué)，讓一位同學(xué)踩住繩的一端，另一位同學(xué)在繩的另一端左右擺動，讓全班同學(xué)觀察：引導(dǎo)學(xué)生可把繩子看作由許許多多個質(zhì)點（觀察紅帶子）組成的，各個質(zhì)點間存在有相互的作用力。并把本節(jié)課要求學(xué)生應(yīng)掌握的知識目標和能力目標以問題的形式展示給出。要求學(xué)生通過觀看繩子運動，體會一個問題：“波動問題本質(zhì)上是質(zhì)點的振動問題”這句話的含義并回答：

（1）各個質(zhì)點的振動彼此間有何規(guī)律？（振動依次滯后）

（2）每一個質(zhì)點（觀察紅帶子）剛開始振動的方向是否相同？（相同）

（3）質(zhì)點的振動如何才能形成波？

（4）波源完成一次全振動，波傳播的距離在波形上如何體現(xiàn)？

（5）波動方向與質(zhì)點（觀察紅帶子）振動方向有何關(guān)系？（教師提問，學(xué)生回答）

（6）在波傳播過程中，質(zhì)點（觀察紅帶子）是否“隨波逐流”？

（7）在波動過程中，往外傳播的是什么？

通過以上兩個實例讓學(xué)生了解機械波的規(guī)律，以及縱波與橫波的區(qū)別，并知道機械波中橫波波峰和波谷、與縱波密部和疏部概念。

通過這樣的行為和體現(xiàn)模式，從過程上看：

（1）學(xué)生積極性非常高。培養(yǎng)了學(xué)生對身邊物理現(xiàn)象的觀察能力；引導(dǎo)學(xué)生自主進行實驗設(shè)計的意識。

（2）從實景激發(fā)思考，教學(xué)效果好。

（3）寓教于樂，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣。

（4）培養(yǎng)了學(xué)生的團隊精神和協(xié)作能力。

從結(jié)果上看：

（1）對培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科良好情感有深遠的影響。

（2）對本節(jié)知識掌握扎實，應(yīng)用能力得到提升。

（3）讓學(xué)生體會與掌握化“抽象”為“形象”的學(xué)習(xí)過程與方法。

當(dāng)然，教無定教，法無定法，對不同章節(jié)的內(nèi)容不同層次的學(xué)生理解能力不同，我們應(yīng)遵循科學(xué)性與教育性相結(jié)合的原則，本著一切從實際出發(fā)的態(tài)度，不斷開拓創(chuàng)新，負軛前行。