淺談物理有效教學設計-以機械波教學為例

淺談物理有效教學設計-以機械波教學為例

    【摘 要】：本文從理論上論述了高中物理課堂中有效的教學設計的步驟，并以機械波教學為例對學科教學中的教學設計進行了應用方面的有益探索。本文的探討有助于物理課堂授課效率的提高。
    【關鍵詞】：：教學設計 機械波 模型
    引言
    教學設計是一門新興的實踐性很強的科學，也是日益受到重視、應用范圍廣闊的多學科研究領域。在教育技術的五個研究范疇中，教學設計被認為是“教育技術對整個教育科學領域具有最大理論貢獻的”一個范疇，在教育技術學科體系中占據著核心地位。為此，本文結合本人所授課程對高中物理有效教學設計進行探討。
    1．物理有效教學設計的基本步驟
    （1）利用前概念引入概念，再轉變錯誤前概念，建立正確概念
    如果在教學過程中，教師草率地用所謂的正確的觀點去覆蓋學生原有的想法，那么其教學效果就可想而知了。所以在教授新概念之前，教師應充分了解學生已有的認知情況，尤其是與新概念有密切關系的已有概念和原理的認識，才能選擇有效的教學策略和方法進行有的放矢的教學。
    （2）建立模型，給學生以創造學習的空間
    從教學內容中選擇和確定要研究的物理模型，根據此模型學生要能夠建立起相應的物理情境，在這個問題情境中有供學生進行假設、猜想的空間。學生經過思考形成一定的假設或猜想。并通過學生的探究活動能夠從中受到某種啟發、或得到階段性的結果。比如教材在分析彈簧振子振動的過程中，提出了簡諧運動的概念，這樣的處理比較具體、直觀，教師在利用彈簧振子幫助學生理解簡諧運動的概念時，最后一定要讓簡諧運動的概念從彈簧振子這一具體形態中“脫胎”出來，成為獨立的物理模型。
    （3）提出一些研究的課題，幫助學生進一步發展概念，鞏固概念
    課堂教學過程中向學生明確的提出研究的課題：彈簧振子、單擺的振動周期與哪些因素有關。提出課題后一定要給學生時間使學生形成自己的假設和猜想。在此期間，教師要做好引導、也可在小組內進行適當的討論。學生在形成假設和猜測的過程中是在進行積極地思維，在用自己的直接經驗和間接經驗做著各種判斷。
    2 機械振動和機械波概念教學設計案例
    以機械波的形成和傳播一節為例，設計教學案例。這一節的教學目的要求是，讓學生知道什么是機械波，產生機械波的條件，波是傳遞能量的一種方式，知道機械波的兩種形式；橫波、縱波及橫波波形圖。
    （1）創設情景，發展學生“機械波”的概念
    基于大部分學生都承認水波是機械波這一事實，教學之初從分析討論水波這一常見的現象對學生“機械波”概念進行發展。 
    教學中教師先提出一個總體性的問題：水波是如何形成的？然后層層設疑，將問題引向教學核心：水波是否與水做機械振動有關系？一個水分子是否可以形成機械波？針對 教 師 的問題，師生共同討論后得出正確的認識。① 水波是大量水共同形成的，是大量質點的集體行為，是一種宏觀現象；② 水波和水上下振動有關。   （2）建立機械波傳播的物理模型，轉變學生機械波中錯誤前概念
    a.實驗演示現象，引發學生的認知沖突
    由調查可知，不少學生認為機械波是由于介質不停的向前傳播而形成的。因此，首先通過實驗或生活中的例子讓學生看到實際情況并非如此，從而引發認知沖突。
演示:在水波中人一小的紙屑或泡沫，可以看到，紙屑或泡沫只是在上下振動，并沒有隨著水波傳到盛水盒的邊緣。
    這個實驗說明，機械波的形成與傳播，并非因為介質向前運動.介質僅在原來的位置附近振動。此時學生頭腦中就產生了強烈的疑問:機械波到底是如何形成的?
    b.通過實驗，建立正確的機械波形成與傳播的概念
    為了便于分析機械波是如何形成與傳播的，必須建立波傳播的簡化模型:一維波傳播模型。該模型不能從水波直接建立，通過下面過程逐步進行:
    演示“繩波”，可以看到一孤立的向上凸起的波向前傳播，水平振動，可以看到連續完整的波向前傳播。
    比較繩波與水波，找出二者共同點;介質各部分均振動、均形成凹凸相間的形狀向前傳播。最后得出結論:繩中傳播的是機械波，它的形成與傳播原理，就是所有機械波的形成與傳播的原理。
    第一步：建立理模型，將軟繩簡化為若干質點連接而成，第二步：利用箱式橫波演示儀演示機械波是如何形成與傳播的，
    通過以上教學過程，學生建立如下概念:① 在介質中，前面質點振動，帶動后面質點也跟著振動，但時間上有延遲，大量質點相互“配合”形成機械波；②質點只是在各自的平衡位置附近振動，不會隨波遷移；機械波傳播的是“機械振動”這種運動形式。
    （3）進一步發展科學概念，讓科學概念理解更全面深刻
    前面所分析的機械波均屬于橫波，對于一個完整科學的概念而言，還需分析縱波的情況:
    演示彈簧中傳播機械波的情況并分析此現象，讓學生明確該現象傳播的也是一種振動形式，是機械波并給出橫波與縱波的概念；借助箱式縱波演示儀說明縱波是如何形成與傳播的;
    總結對機械波的形成與傳播概念的理解，不論是橫波還是縱波，均有:
    理解1，機械波的形成是因為前面的質點帶動后面的質點，后面的質點重復前面的質點運動；
    理解2，介質中的質點并不隨波遷移，只是在各自的平衡位置附近振動；
    理解3，機械波是大量質點的集體行為，機械波傳播的是振動這種形式。
    由于教學內容的不同，采取的教學策略也會不相同，“概念變化”策略并不排斥其它策略，甚至是同一堂課的教學設計，也有可能會多種教學策略并用。但是，關注學生原有的知識經驗，采取恰當的教學策略有效促進學生對物理概念的理解，是每一個教師應當具備的教學理念，這也正是新課程中所提倡的。
參考文獻：
【1】蘇剛：皮亞杰理論與物理教學[M],黑龍江科學技術出版社,1990年.

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