細化活動設計 提高教學效率

摘要:本文以《簡諧運動》教學設計為例闡述了如何細化活動設計，提高教學效率。

關鍵詞:簡諧運動;xt圖像;教學設計

中圖分類號:G633.7文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2010)3(S)-0071-3

在新課改中如何實現三維目標的教學，教學設計是一個重要的環節。建構主義認為“離開學習主體有意義、積極的建構就不可能有新知識的獲得”。因此在教學中，應以問題為起點、以活動為主線、以建構為核心進行教學設計，精心研讀教材內容，將學生要掌握的知識和相關的技能合理串起來，通過精細的活動設計，更有效地實現知識的建構。本文以人教版34第十一章第一節《簡諧運動》為例，談談如何細化活動設計。

1 設計思路

在傳統的教學中，“簡諧運動”概念是從動力學的角度定義，而學生已習得的質點運動的概念大部分是從運動學的角度入手的。如果從動力學角度定義，學生會認為是在用特殊方法研究特殊運動，難以把新運動納入到已有的知識架構中。新課程標準中“簡諧運動”概念是從運動學特征的角度構建。建構主義教學觀認為，學習不是把外部知識直接輸入到心理的過程，而是主體以已有的經驗為基礎，通過與外部世界的相互作用而主動建構新的心理表征的過程。所以本設計從學生已具備的運動學xt圖像入手，展示未知運動xt圖像，讓學生起疑。通過生活中熟悉的振動現象的研究，獲得機械振動的概念，使學生從生活走向物理。通過彈簧振子的xt圖像的獲得與分析的系列活動建構簡諧運動的概念，同時體驗科學探究過程中的方法與策略，提升學生的自主探究能力。通過心電圖儀的研究讓物理走向社會，增加對科學持續學習的興趣和動力。

2 學情分析

(1)學生對運動有一定的了解，知道如何用運動學的概念區分質點所做的簡單運動。

(2)學生具備三角函數等相關的數學知識。

3 教學目標

(1)知識與技能:①認識彈簧振子。②通過觀察理解簡諧運動的振動圖像是正弦曲線。

(2)過程與方法:經歷簡諧運動運動學的探究過程，領悟用圖像描述運動的方法。

(3)情感態度與價值觀:體驗物理的邏輯美，規律的統一美，感受自然科學魅力。

4 教學重點

簡諧運動的振動圖像形成與認識。

5 教學難點

簡諧運動的振動圖像建立的方法。

6 教學儀器

鋼尺、鐵架臺、單擺、豎直彈簧振子、橡皮筋、氣墊彈簧振子、微型氣源、投影儀。

7 教學過程

7.1 課前相關知識準備:

復習:勻速直線運動xt圖像如圖1示、自由落體運動的xt圖像如圖2示(用投影儀投影)。

投影說明:不同的xt圖像描述不同的運動。

猜想:已知某質點的xt圖像如圖3示，猜想質點做何種運動?

設計意圖:課前讓學生判斷物體的xt圖像所對應的運動，幫助學生回憶已經學過的知識。進一步了解不同的xt圖像可以描述不同的運動，反之不同的運動有不同的xt圖像。并以該知識架構為新知識的生長點，探究xt圖像為正弦函數時對應的是什么運動(簡諧運動)?使學生產生疑問和強烈的好奇心。

7.2 機械振動(振動)概念的構建過程

動畫投影:樹枝的顫動、心臟的跳動、鐘擺的擺動。

問:這些物體的運動各不相同:運動軌跡是直線的、曲線的;運動方向水平的、豎直的;物體各部分運動情況有相同的、不同的，它們的運動有什么共同特征?

答:以上各種運動具有相同的特點:往復性、周期性。

板書:①機械振動:物體(或物體的一部分)在中心位置兩側做往復運動。②平衡位置:物體原來靜止時的位置。振動是機械振動的簡稱。

活動:讓學生將手中的鋼尺，橡皮筋振動起來，體驗機械振動。

設計意圖:通過活動使學生對機械振動獲得充分的感性認識。

7.3 簡諧運動概念構建過程

(1)彈簧振子模型的建構過程

演示實驗:氣墊彈簧振子的振動，引導學生觀察振子的運動特點。

動畫演示:氣墊彈簧振子的振動。

討論:a.沒有氣墊與有氣墊時，振子受到阻力大小有什么不同?

b.有什么辦法讓滑塊保持長時間運動?

c.彈簧的質量與滑塊的質量關系是什么?

板書:③彈簧振子是一個忽略摩擦和彈簧質量的理想模型。

問:以前還學過哪些理想模型，建立這些模型的方法有何共同點?

設計意圖:通過彈簧振子模型的建構過程，進一步滲透理想模型的研究方法。

(2)彈簧振子的運動學特征的教學

問:從彈簧振子的動畫中觀察振子的運動情況，猜想彈簧振子的xt圖像是什么?并試著畫出草圖。

討論:如何用實驗的方法獲得彈簧振子的xt圖像?

①彈簧振子的位移圖像獲得方法的教學。

活動一:分析研究彈簧振子多媒體動畫，演示圖像獲得的辦法。

問題1:猜想紙帶不動時，振子描繪的圖像?動畫展示結果。

問題2:猜想紙帶勻速運動時，振子描繪的圖像?動畫展示結果。

問題3:兩次的圖像相同點和不同點是什么?

問題4:以質點振動的平衡位置為坐標原點，質點振動的方向為縱坐標，紙帶運動方向為橫坐標，請討論每個坐標對應物理量是什么?

問題5:振子描繪的圖像可以認為是彈簧振子的xt圖像嗎?

活動二:一位學生手拉紙帶，另一學生模擬彈簧振子的振動。提示學生分兩次操作，第一次紙帶不動，第二次紙帶緩慢勻速運動，兩次均需分析不同時刻手所在的位置，找出區別與聯系。

討論:其它模擬彈簧振子的方法:如水槍射水法，激光照射法等，觀察振動物體的圖像。

設計意圖:第一個活動讓學生猜想并畫出簡諧運動圖像，充分發揮學生的主觀能動性。第二個活動通過多媒體動畫分析圖像獲得的方法。第三個活動讓學生體驗圖像獲得的方法，并通過討論其它方法來拓展學生的思維，激發學生的興趣。

②對獲得的xt圖像研究分析:

活動一:研究前面得出的彈簧振子的xt圖像，討論圖像上每一點對應的時刻、位移大小和方向、運動方向。

問題1:將振子描繪的圖像對比課前預備知識圖3，能得出哪些可能的結論?(目的是為了讓學生猜想彈簧振子的運動是正弦曲線。)

問題2:如何證明彈簧振子的xt圖像是正弦圖像?

活動二:理論研究法:

方法一:利用幾個特殊點寫出正弦解析式，在圖像上任取幾點的坐標，代入檢驗。

方法二:將測量得出的數據用計算機擬合。

活動三:實驗驗證法:

學生分組實驗研究彈簧振子的運動，讓氣墊彈簧振子振動，學生得出彈簧振子的振動圖像，讓學生測量振動圖像，用正弦函數的“五點法”測出不同時刻的位移，并用代入法和擬合法驗證。然后再在課堂上交流，老師糾正點評。

板書:④彈簧振子的運動學特征:位移圖像為正弦圖像。

板書:⑤簡諧運動:如果質點的位移與時間的關系遵從正弦函數的規律，即它的振動圖像(xt圖像)是一條正弦曲線，這樣的振動叫做簡諧運動。

提問:同學們剛才用手拉紙帶的運動是否為簡諧運動?為什么?

設計意圖:第一個活動讓學生理解簡諧運動位移圖像的物理意義。并通過問題1呼應課前質疑。第二個活動讓學生掌握如何用數學方法判斷所得的曲線為正弦曲線。第三個活動讓學生實驗得出圖像并用活動二的方法來證明曲線為正弦曲線。增強學生的動手能力和數據處理能力。

7.4 圖像獲得方法的鞏固與運用

(1)用彈簧豎直懸掛的鋼球的振動(如圖4)是否為簡諧運動?通過討論，要求說出獲得圖形的方法及判斷的依據。

教師點評:動畫演示分析。

(2)簡諧運動與單位圓的動畫顯示與分析(如圖5)。

(3)簡諧運動圖像中的位移和速度方向、路程和位移大小分析。

例 一質點做簡諧運動時，其振動圖像如圖6。由圖可知，在t1和t2時刻，質點運動的( )

A.位移相同

B.位移不相同

C.速度相同

D.速度不相同

設計意圖:知識與技能可以在實際的應用中得到鞏固，充分利用不同的表現形式以加強學生知識的遷移能力。第一題設計為圖形獲得方法的再次運用，即由運動情況得出圖像。第二題通過單位圓與正弦圖像更好理解數學知識與物理現象結合的外在美。第三題與第一題相反，是逆向思維過程，通過圖像描述分析運動情況。

7.5 圖形描述運動的方法在生活中的應用

(1)閱讀教材和資料了解以下儀器的使用:心電圖儀、地震儀。

(2)查找資料找出圖形描述運動的示例。

設計意圖:通過心電圖儀的研究讓物理走向社會，增加對科學的持續學習的興趣和動力。

8 教學反思

簡諧運動教學在傳統教學中很少設計相應的活動，不利于學生的知識建構，本節課利用不同活動充分展現知識的形成過程和研究的方法，調動學生的積極性和主觀能動性。從課后的反饋來看，很好地完成了教學目標。案例設計過程中的一點啟示:針對每一個教學環節，概念、規律等知識的本位教學應盡可能多角度多方式呈現給學生。知識學習中涉及到的方法技巧和策略應及時向生活中滲透和應用即從生活走向物理，從物理走向社會。另外在概念課的教學中也應盡可能讓學生探究發現，真正體現學生主體、教師主導。

(欄目編輯張正嚴)