“波的形成和传播”教学设计探讨

文 徐冬梅

一、教学思路的明确

“波的形成和传播”作为高中物理“机械波”“机械振动”等教学内容的延伸和扩展，着重介绍了有关波的共性知识，机械振动只讨论物体的运动状态随时间的变化，波动讨论的是振动在空间介质中的传播。波的形成和传播主要介绍介质中某处发生振动时，由于介质质点之间存在相互作用，一个质点的振动会引起相邻质点的振动，使振动沿介质传播出去，这一振动的传播就是机械波。

在认知层面，学生已经了解了物体运动的几种形式：平动、转动和振动，并且知道或熟悉如水波、声波、电磁波等概念。在能力层面，学生已经具备了一定的逻辑推理与归纳能力。但本章内容则对学生的理解力和空间想象力都有较高的要求。在非智力因素方面，应注意的是，高中生对物理现象仍然有较高热情，而对于能够观察的物理情景则会形成较深的印象。

针对学生的知识结构与背景，学生学完简谐振动，知道做简谐振动物体的位移—时间图像是一条正弦曲线，而水波形状也类似于正弦，这两者之间究竟有什么联系和区别呢？本节教学就是要由此“破题”，激发学生探究事物本质的动力，尝试改变学生的学习方式，变被动接受为主动探索和思考。这就是本节课教学的指导思想。

在教学策略上，鉴于学生对波的认识和理解需要一个过程，因此，教师就需要将讲解转变为注重学生的亲身体验和对实验的观察。通过播放录像，并设置合适的问题引导学生思考，帮助学生逐步体会和理解本节的知识。

二、教学目标的厘定

在课程改革的背景下，强化目标意识是实现高效教学的重要内涵。本节教学目标厘定如下：

(1)知识与技能：通过观察和分析认识波是振动的传播，知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。能区分横波和纵波，知道什么是波峰和波谷，密部和疏部，知道什么是机械波和机械波形成的条件，理解波的图像的物理意义。

(2)过程与方法：通过“学生依次下蹲、起立，看起来好像是波浪在前进”，建立波形成的形象思维认识。加强利用图像法理解问题的能力。

(3)情感态度与价值观：感悟波的形成和传播，增强参与意识，培养团队协作的精神。培养透过现象看本质的思维品质。

本节的教学重点是：机械波的形成过程及传播。教学难点则是机械波传播过程中的特点。

三、教学环节的安排

基于以上思考，笔者安排了六个教学环节(如图1所示)，并逐一进行阐释。

图1

1.提出问题，启发思考

在第一个教学环节，教师就需要提出引起学生积极思考的问题，并维持思维活动贯穿整个过程。而“思维始于问题”，因此，利用合理的问题，就是本环节“引入”的关键。并且，这种问题引导策略亦被贯穿于后续环节之中。(以下“Q”代表问题，“A”代表学生可能的回答)

本环节，教师首先提出问题—

Q1：生活中有哪些形式的波？

A1：声波、水波、光波……

Q2：什么是波？它有哪些特性？这就是我们本章开始学习的内容。

在问题1提出后，学生能举出大量波的例子，但需注意，波究竟是什么？他们并没有明确且具体的概念。正如本章引言所说：“有一些概念是如此普遍，其意义是如此深远，以致对于我们还理解不深的某些事物，这些概念也能提供一些重要的情况。在这些概念中最了不起的应该算是波了。我们会遇到各种各样的波：具有极大破坏力的地震波，海洋湖泊中的水波，空气中的声波，弥漫在空中的无线电波以及光波……我们会问：波究竟是什么？不过，还不如问：关于波，我们能够说些什么？”

2.观看视频，提出问题

教师先展示生活中如艺术体操中的带操、绳波、声波等常见的波形，随后将问题具体化，明确本节主要以绳波为例来研究机械波是如何形成并传播的。

教师播放抖动绳子形成绳波的动态视频，模拟绳波在介质中的传播。然后引导学生模拟绳波。可选择16个学生手臂相挽，并手持扇子，使扇面形成一条直线。模拟时，先后让左右2名学生开始上下运动，让学生观察所有扇面运动时所形成的波形及每个学生的运动特点。

观察前教师应向学生提出系列问题，引导学生有预期、有目的地观察：

Q1：如果同学们之间没有手臂相挽，当某同学(打头)开始运动的时候，扇面能否形成波形？

Q2：谁带动大家运动起来的？

Q3：让扇面形成波形需要哪些必要条件？

Q4：在波形向前传播的过程中，还传播了什么？

3.总结归纳，给出定义

通过学生模拟绳波的形成，概括出机械波形成的必要条件：(1)振源(波源)；(2)介质。同时明确机械波在传播过程中传播了波形以及振源的振动形式。通过归纳总结给出机械波的概念：机械振动在介质中传播，形成了机械波。组成介质的质点之间有相互作用，一个质点的振动会引起相邻质点的振动。在初步建立概念之后，还应指导学生进一步明确概念的一些要点，以深化理解。

由此，教师继续指导学生观看视频，并启发学生思考系列问题：

Q1：每个同学的水平位置是否改变？

Q2：每个同学起始运动方向是否相同？

Q3：每个同学运动的先后顺序如何？

该组问题旨在引导学生理解：机械波在传播过程中质点不随波迁移；每个质点起振方向与振源相同。第三个问题的设置目的则是要引导学生观察振源在左右两边先后开始运动过程中，传播到中间两个学生时，运动的先后顺序是否相同？以及如何描述每个质点运动的先后？最后，在学生得出“振动过程中前一同学带动后一同学运动”的结论时，教师应强调“前”“后”均是相对振源的位置而言的。

4.实验演示，验证结论

教师在归纳总结机械波传播过程中的特点之后，用实验验证以上结论。用机械波演示器向学生更清楚地展示机械波传播的特点，同时引导学生注意以下观察要点：(1)观察某一个质点的运动；(2)由振源开始依次观察每一个质点的起振方向；(3)每一个质点运动的先后顺序。

观察后，教师总结：(1)每个质点都在平衡位置附近作简谐振动；(2)每个质点起振方向与振源运动方向都相同；(3)振动过程中前(靠近振源)一质点带动后(远离振源)一质点运动。

5.逻辑推理，实验验证

在初步建立并巩固了机械波的概念之后，面临的又一问题是机械波的分类问题，即横波与纵波。该环节的处理需要用逻辑推理与实验验证相结合的方式。

总结完波在传播过程中的特点后，教师可以进一步引导学生观察质点运动方向与传播方向的关系，从而给出横波的定义：质点运动方向与波的传播方向垂直。同时指出波峰与波谷的位置。

随后，教师指导学生运用逻辑推理的方式大胆给出纵波的定义：质点的运动方向与传播方向在同一条直线上。那么纵波究竟是什么样的呢？教师可安排演示实验。

实验演示1：软弹簧中振动的传播

学生通过运用逻辑推理、对比的科学方法建立纵波的概念，实验演示验证纵波的特点，从而体验物理学中的对称美。再进一步，教师在观察时直接指出纵波的疏部和密部。

实验演示2：纵波演示仪演示纵波传播过程中的特点

该实验通过纵波传播过程再次印证机械波传播过程中的特点。

6.联系拓展，开阔思维

教师再次呈现前面所展示的图片让学生分析绳波、带操中的彩带、声波分别是横波还是纵波。继而进行拓展，介绍地震波的传播及其中横波纵波的传播快慢以及破坏性。

作为知识巩固环节，本环节安排的当堂练习包括学案选择题，内容涉及机械波的形成及其传播特点。最后安排拓展讨论：简谐运动的位移时间图像与机械波图像的物理意义的区别是什么？

四、教学设计的总结

回顾本节教学设计的整个过程，充分体现了由浅入深、由感性到理性、由形象到抽象的教学次序。六个教学环节条理清晰、连贯周密，对学生的思维训练贯穿始终。在教学方法层面，积极利用问题串、演示实验、多媒体演示、学生活动等形式，合理化解教学难点，并调动了学生的积极性。此外，归纳、验证、推理等科学方法的采用也是本节教学设计的一大特色。

[1] 邢红军,陈清梅,胡扬洋.科学方法纳入《课程标准》：基础教育课程改革的重大理论问题[J]. 教育科学研究,2013(7)：5-12.

[2] 王慧,陈清梅,邢红军.简谐运动的高端备课[J].课程教学研究,2014(3).