讓物理課因“生活”而更精彩——談“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)設(shè)計(jì)

王怡秋 呂有功

（江蘇省沙溪高級(jí)中學(xué)，江蘇 太倉(cāng) 215400）

1 新課導(dǎo)入時(shí)創(chuàng)設(shè)生活化情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣

物理知識(shí)源于生活，又服務(wù)于生活，我們應(yīng)把生活知識(shí)與物理課堂巧妙結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生去獲取新的知識(shí)和技能，從中獲得情感體驗(yàn)，提升素養(yǎng)和品質(zhì).在物理教學(xué)中創(chuàng)設(shè)“生活化問題的情境”可使學(xué)生對(duì)日常生活中所覺察到的現(xiàn)象或規(guī)律進(jìn)行合理的解釋，可以提高學(xué)習(xí)效率，進(jìn)而提升課堂教學(xué)的有效性.生活化問題情境創(chuàng)設(shè)對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、愉悅學(xué)生心情具有積極的作用.

教學(xué)環(huán)節(jié)1：課題引入.

動(dòng)畫展示：擺鐘的運(yùn)動(dòng)、人挑水時(shí)扁擔(dān)的運(yùn)動(dòng)、鼓膜的運(yùn)動(dòng)……

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：（1）輕拉鉤碼，觀察豎直方向彈簧下所掛鉤碼的運(yùn)動(dòng).

（2）手壓鋼尺一端，輕壓另一端，觀察鋼尺的運(yùn)動(dòng).

教師：這些物體的運(yùn)動(dòng)各不相同.運(yùn)動(dòng)軌跡有直線的、曲線的；運(yùn)動(dòng)方向有水平的、豎直的；物體各部分的運(yùn)動(dòng)情況有相同的、不同的.那么，它們的運(yùn)動(dòng)有什么共同特征呢？

教師小結(jié)：（1）往復(fù)性；（2）有一個(gè)中心位置（平衡位置）——物體原來靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)所處的位置.

得出機(jī)械振動(dòng)的定義：物體在平衡位置兩側(cè)所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，叫做機(jī)械振動(dòng)，通常簡(jiǎn)稱為振動(dòng).

教師：你們能再舉些例子嗎？

多媒體展示：汶川地震時(shí)大地的劇烈振動(dòng)；在彈簧下端掛一個(gè)小球，拉一下小球后球所做的運(yùn)動(dòng)；水中浮標(biāo)的上下浮動(dòng)；樹梢在微風(fēng)中的擺動(dòng)；飛鳥翅膀的振動(dòng)……這樣一來，大大調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了他們強(qiáng)烈的求知欲望.

2 對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行科學(xué)抽象處理，培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力

物理學(xué)所分析、研究的實(shí)際問題往往很復(fù)雜，為了便于分析與研究，我們常常采用“簡(jiǎn)化”的方法，對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行科學(xué)抽象的處理，用一種能反映原物本質(zhì)特性的理想物質(zhì)（過程）或假想結(jié)構(gòu)，去描述實(shí)際的事物（過程）.這種理想物質(zhì)（過程）或假想結(jié)構(gòu)稱之為物理模型.物理模型是抽象性和形象性的統(tǒng)一.物理模型的建立是舍棄次要因素，把握主要因素，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，完成由現(xiàn)象到本質(zhì)、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(diǎn).

通過前面的教學(xué)，學(xué)生已感知了什么是“機(jī)械振動(dòng)”，為了進(jìn)一步了解機(jī)械振動(dòng)的特點(diǎn)，本節(jié)課我們就遵循研究的規(guī)律，從最簡(jiǎn)單、最基本的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)入手.

教學(xué)環(huán)節(jié)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(dòng)起來.

提問：請(qǐng)問鉤碼的振動(dòng)情況有什么變化？

學(xué)生討論：振動(dòng)的幅度越來越小.

提問：為什么會(huì)越來越小呢？

學(xué)生回答：因?yàn)槭艿搅丝諝庾枇?

提問：如果不考慮空氣阻力呢？

學(xué)生：會(huì)一直振動(dòng)下去.

教師：還有，如果彈簧的質(zhì)量不考慮的話，便會(huì)使我們研究的問題變得簡(jiǎn)單，物理學(xué)中常把這樣的模型叫做彈簧振子.（指導(dǎo)學(xué)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(xué)生：彈簧的質(zhì)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(xué)生：理想模型.

教師：請(qǐng)大家回憶一下，過去我們學(xué)過的理想化模型有哪些？

學(xué)生：質(zhì)點(diǎn)，勻速直線運(yùn)動(dòng)，勻變速直線運(yùn)動(dòng)，自由落體運(yùn)動(dòng)，平拋運(yùn)動(dòng)……

猜想：彈簧振子的運(yùn)動(dòng)是怎樣的一種運(yùn)動(dòng)呢？我們應(yīng)如何來研究它的運(yùn)動(dòng)呢？

3 利用生活素材，引導(dǎo)學(xué)生在探究過程中突破難點(diǎn)、突出重點(diǎn)

“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”這節(jié)課，在以往的老教材中都是從實(shí)驗(yàn)的角度將簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)進(jìn)行演示，從中得到一些結(jié)論，但整個(gè)教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)的是教師的講解和學(xué)生的接受，而忽略了學(xué)生的主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和自主學(xué)習(xí).這一節(jié)課的重點(diǎn)是建立簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的概念和認(rèn)識(shí)它的位移－時(shí)間函數(shù)圖像，難點(diǎn)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移－時(shí)間函數(shù)關(guān)系的揭示.如果學(xué)生并未親身經(jīng)歷該知識(shí)的獲取過程，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解上就會(huì)有種種困難.所以對(duì)于本節(jié)課，筆者在教學(xué)過程和內(nèi)容安排上做了一些改進(jìn)和調(diào)整，刻意指導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)碼相機(jī)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(shí)刻振子的位移在坐標(biāo)紙上反映出來，讓他們親自體驗(yàn)彈簧振子的位移－時(shí)間圖像的產(chǎn)生過程，從中探究得到簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移－時(shí)間函數(shù)關(guān)系.具體如下.

教學(xué)環(huán)節(jié)3：探究圖像.

討論交流：回憶研究自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的頻閃照片.

教師：頻閃照片得到的是不同時(shí)刻的位移情況.為了研究問題的方便，我們應(yīng)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(duì)于平衡位置而言的.

實(shí)驗(yàn)探究：利用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行頻閃照相，探究彈簧振子的位移變化.

實(shí)驗(yàn)器材：每組配有一個(gè)數(shù)碼相機(jī)，一個(gè)固定有米尺的鐵架臺(tái)，一根軟彈簧，質(zhì)量較大的小球（這樣方便讀數(shù)）.

利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能拍得小球在不同時(shí)刻的位移情況，然后將圖片輸入計(jì)算機(jī)投影出來，要求學(xué)生讀數(shù)并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表1中.

圖1

表1

教師：接下來我們應(yīng)如何處理數(shù)據(jù)進(jìn)行研究？

學(xué)生：作出它的位移－時(shí)間圖像.

思考：用什么方法作出圖像呢？

學(xué)生：用描點(diǎn)法.

學(xué)生活動(dòng)：要求各實(shí)驗(yàn)小組作出彈簧振子的位移—時(shí)間圖像.

展示交流學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組作出的圖像，強(qiáng)調(diào)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(shí)進(jìn)一步得到鞏固、提升

圖2

學(xué)生經(jīng)歷了如何得到彈簧振子的位移－時(shí)間圖像這一探究過程后，他們對(duì)圖像就有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí).但是若要對(duì)圖像有一個(gè)深刻的了解，還需做進(jìn)一步的鞏固深化工作.為此，筆者又設(shè)置了如下的環(huán)節(jié).

教學(xué)環(huán)節(jié)4：鞏固知識(shí).

教師：彈簧振子的位移－時(shí)間圖像是彈簧振子的軌跡嗎？

學(xué)生：觀察彈簧振子的運(yùn)動(dòng)，自己得出結(jié)論（不是）.

合作游戲：每個(gè)小組配有一塊帶有狹縫的硬紙板（紙板長(zhǎng)約15cm，寬約3cm，縫寬約3mm）、一張白紙.

同桌的兩位學(xué)生組成一個(gè)小組，桌上先放好白紙，一位學(xué)生用鉛筆或圓珠筆在縫中來回劃線，代替振子的來回振動(dòng).同時(shí)，另一位學(xué)生沿垂直鉛筆運(yùn)動(dòng)的方向勻速拉白紙，分3次進(jìn)行（一次不拉，另外兩次以不同速度拉），用來模擬振動(dòng)圖像的產(chǎn)生過程.

交流展示：分析圖像不同的原因，跟拉動(dòng)的速度有關(guān).

教師：大家看，畫出來的圖像反映了什么函數(shù)關(guān)系？

學(xué)生：正弦函數(shù)關(guān)系.

教師：我們不能光憑大概就判斷是正弦函數(shù).一個(gè)結(jié)論往往要經(jīng)過科學(xué)、嚴(yán)密的證明才能確認(rèn)，再請(qǐng)大家思考一下有什么方法可以證明？

學(xué)生閱讀教材，教師加以總結(jié).

方法1：代數(shù)驗(yàn)證法；

方法2：計(jì)算機(jī)擬合法（有條件的學(xué)校可進(jìn)行）.

教師：利用這兩種方法我們確實(shí)證實(shí)了是正弦函數(shù)的關(guān)系.

教師：給出簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的定義、圖像，進(jìn)而介紹相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用.

最后布置練習(xí)，鞏固深化.

雖然本節(jié)課有體現(xiàn)、反映新課改的亮點(diǎn)，仔細(xì)品味起來，整個(gè)課堂中還有需要進(jìn)一步挖掘和改進(jìn)的地方.如利用數(shù)碼相機(jī)得到彈簧振子不同時(shí)刻的位置坐標(biāo)，數(shù)據(jù)在讀數(shù)時(shí)會(huì)有較大誤差，因此導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不太精確.課上只是展示了部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，另一部分學(xué)生的數(shù)據(jù)由于時(shí)間限制未能展示出來.如果有DIS系統(tǒng)的話，則可大大節(jié)約時(shí)間，進(jìn)一步提高課堂教學(xué)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(huì)因“生活”而更加精彩.

1 朱軼成，張晶.中學(xué)物理“生活化”教學(xué)的策略.教育科學(xué)研究，2010（1）：64－66

2 王攀峰.走向生活世界的課堂教學(xué).北京：教育科學(xué)出版社，2007.