高中物理机械波工具软件设计与应用

唐国安

摘要：在高中物理课堂上，学生需要了解很多自然科学知识。通过学习这些知识，能够帮助学生更好地认识世界。机械波是一种较为复杂的机械运动，也是每个高中生应该学习的内容。机械波知识较为复杂、抽象，学生在学习的时候难免会感到困难。为了提高机械波课程教学效率，教师就应该使用合适的机械波教学软件，让学生深刻形象地学习机械波知识。本文具体研究了机械波教学工具软件，对该软件在机械波教学中的应用前景做出了展望。

关键词：高中物理；工具软件

一、高中物理工具软件教学的现状

当前物理教学软件的教学内容空洞，不能和物理课堂教学需求相结合，不能系统地、全面地设计物理教学的重难点知识。物理教学软件不注意分析学生的学习需求，使很多学生无法有效地使用物理教学软件。很多物理教学软件虽然能够激发学生的学习兴趣，但却不能有效地巩固学生的物理知识，使物理教学软件的实用性降低。

二、高中物理机械波工具软件设计及应用

（一）设计原则

1.可视化原则

机械波中的教学内容，学生在现实生活中难以见到。由于缺乏直观的视觉体现，学生就无法理解机械波的传播规律。在设计机械波工具软件的时候，应该具有可视化原则，要让学生能够直观地看到机械波的传播、叠加等过程。

2.快捷化原则

机械波教学软件还应该具有快捷性，在学习机械波的过程中，经常会需要利用各种波的图形来与振动图像进行比对，所以利用软件设计可以使教学内容变得更加快速。要能够对教学内容进行快速的编辑、选择，以适应高中物理课堂的教学环境。

3.智能化原则

机械波工具软件还应该具有较高的智能水平，要能够自行推断出机械波的运动规律。对于某一时间、某一地点上的机械波状态，工具软件要能够准确地进行预测。

4.个性化原则

机械波工具软件在设计的时候，还呈现出了个性化的特点，在设计过程中需要多考虑学生的实际学习需求，要为学生制定出丰富的教学内容，培养学生自主学习的能力。

（二）设计内容

设计出的软件应明确其目标定位，并具体对学科内容展开分析，清楚地明白需要为学生传授的内容是什么，然后展开理想的教学过程设计，并找到设计中的整合点和整合内容，最后利用信息技术展开分析和支撑。

通过机械波工具软件，应该使学生正确理解机械波的波长、波速、频率、周期之间的关系，使学生可以熟练地画出机械波的变化规律。在机械波工具软件的帮助下，学生应该掌握机械波上质点的运动状态，要会分析横波的图象。根据波的传播规律，学生要能准确推测出质点的位移、回复力、加速度、运动方向等情况，同时也应该根据质点的运动状态来推测机械波的传播规律。

机械波主要通过画出波的图象，从而确定波长、振幅、方向等要素。波的传播具有双向性，这就造成了实际问题的多解性，比如某质点的位移就可能用最大正位移、最大负位移两种情况。某质点从平衡位置开始，可能向y轴正方向运动，也可能向负方向运动。对于这类问题，应该多观察波的变化规律，尤其应该注意两波在相遇时的情况。

在理想情况下展开教学设计，是指严格按照教学内容及教学要求展开教学，在不对教学条件进行考虑的情况下，突破了时空的限制对课堂教学步骤进行构思，通过这种方式来提高学生的学习效率与学习质量。从机械波部分的学习来看，对机械波生成过程进行营造，首先应对波形进行观察，然后随时对任意时刻的波形进行观察与分析，其次观察两列不同波相遇时的具体情况，最后观察波中不同质点的振动情况，着重观察质点的回复力、加速度等相关物理量。

（三）软件应用

1.通过情境创设，努力激发学生探疑兴趣

在课堂教学中寻找两位学生开展教学实验，让其将粗绳子摆动起来并进行现象观察（在此注意需使用特殊颜色在绳子上实施标记），譬如手如何振动？波传播方向是什么？基于此，教师能够引导学生举出生活中跟实验相似的例子，进而引出“波”这一概念。实验中，学生手左右进行摆动，可观察到波能够由绳中向前进行传播，做往复动作，此刻，教师可鼓励学生大胆猜想：若需形成水波以及声波则应具备哪些条件？通过总结，学生可归纳出介质与波源的相关概念。教师进行提问，即如何形成波，同时将绳波作为实例，针对其实际产生过程展开模拟，学生通过对教材的阅读分析总结提炼出，能够将绳子看作为通过大量质量共同组成的，由于外力作用，首个质点发生振动，由于各个质点相互间存在作用力，因此第一个质点运动能够将第二个质点运动带动，第二个质点运动又可带动第三个质点发生运动，以此类推，绳子上各个质点均相继发生运动，其对应形成波。

2.不断延伸扩展，使学生视野更为开阔

在高中物理课堂教学中，开展演示实验，让学生针对弹簧波与绳波的不同之处进行观察探究。通过问题探究，总结分析可知，绳波各质点振动方向垂直其传播方向，存在有凸凹差别；弹簧波质点振动方向跟波传播方向共在相同直线上，存在有疏密差别。归纳得出，类似于绳波的个支点振动方向跟传播方向相互垂直的波可称作横波，包括凸部与凹部，其中，凸部是波峰，凹部是波谷。

纵览案例实践成效，机械波工具颇具较高使用价值，其能够针对现今机械波教学中所存在的各类问题进行有效解决，有助于学生物理能力的显著提高。

總之，机械波作为高中物理的重要内容，因为具有较强的抽象性、复杂性，学生往往难以有效地理解这一部分内容。为了更好地帮助学习机械波知识，教师应该采用机械波工具软件教学，为学生提供直观形象的教学内容。在机械波工具软件的帮助下，学生会熟练地画出机械波质点的运动状态，会发现机械波上的质点会随着振源变化。